JP3989205B2 - Ｃｖｄ膜の形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度プラズマを用いたＣＶＤ膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の素子パターンの微細化に伴って、配線間の高アスペクト比スペースを層間絶縁膜によって如何にしてボイドの発生なく埋めるか、また配線間の容量を低誘電率膜によって如何にして低減し配線遅延を低減させるか、が重要になってきている。このため、成膜とＡｒスパッタリングエッチとを同時実施することができ、絶縁膜などの埋め込み特性を向上できるだけでなく、低誘電率化のためにフッ素添加しても高品質の絶縁膜を形成できる高密度プラズマＣＶＤ技術が必須となってきている。
【０００３】
図４は高密度プラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。このＣＶＤ装置は半導体基板を１枚づつ処理する枚葉式ＣＶＤ装置であり、反応室１の内部に、処理対象の半導体基板２を載置する静電チャック３が設けられている。
【０００４】
この反応室１には、反応性ガス供給ライン４と、クリーニングガス供給ライン５と、排気バルブ６を介装し一端においてドライポンプ７に接続したメイン排気ライン８と、排気バルブ９，スロットルバルブ１０を介装しスロットルバルブ１０側の一端においてドライポンプ７に接続したラフ排気ライン１１とが接続している。
【０００５】
クリーニングガス供給ライン５には、クリーニングガスをプラズマ化するアプリケータ１２が介装されている。メイン排気ライン８には、反応室１と排気バルブ６との間に、スロットルバルブ１３、ゲートバルブ１４、ターボポンプ１５が反応室１側より順に介装されている。ターボポンプ１５を使用するのは、ＣＶＤ膜形成中に反応性ガスを排気することができ、しかも反応室１を高い到達真空度にできるからであり、このような条件を満たすのは現状ではターボポンプのみである。
【０００６】
上記した高密度プラズマＣＶＤ装置を利用してＣＶＤ膜を形成する工程を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、＃４００において、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を閉じた状態で、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入しながら、ドライポンプ７に接続した低真空のラフ排気ライン１１を通じて排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧力に制御し、反応室内１のクリーニングを行う。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【０００７】
次に、＃４０１ａにおいて、反応性ガス供給ライン４よりモノシラン（ＳｉＨ4）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）を混合した反応性ガスを導入し、反応室１の圧力を６ｍＴｏｒｒに制御する。すなわち、ラフ排気ライン１１の排気バルブ９を閉じ、反応性ガス供給ライン４より反応性ガスを導入するとともに、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を開け、ターボポンプ１５を駆動し、スロットルバルブ１３で排気速度を調整して、メイン排気ライン８を通じて排気することにより、上記圧力値に維持する。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。この状態で、図示していない高周波電源により反応室１内の反応性ガスに電力を印加して高密度プラズマを発生させることにより、半導体基板２の上にＣＶＤ膜を形成する。反応性ガスが流れる経路は、反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【０００８】
次に、＃４０１ｂにおいて、＃４００と同様にして、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスを導入しながら、ラフ排気ライン１１に排気することにより、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒに制御し、反応室１内をクリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【０００９】
そして、＃４０１ａ，＃４０１ｂの工程を１サイクルとして半導体基板２の枚数だけ、ここでは＃４０２ａ，＃４０２ｂ・・＃４５０ａ，＃４５０ｂまで５０サイクル繰り返すことで、５０枚の半導体基板２にＣＶＤ膜を形成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＣＶＤ膜形成方法では、１枚の半導体基板２への成膜が終了するごとに高圧ＮＦ3で反応室１のクリーニングを行なっているにもかかわらず、半導体基板２上の微細パターン形成不良を引き起こすパーティクルが多く発生し、半導体デバイスの歩留り低下を来たすという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題を解決するもので、生産性を低下させることなく、微細パターン形成不良の原因となるパーティクルを低減することができ、半導体デバイスの歩留りを向上できるＣＶＤ膜の形成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために研究したところ、パーティクルの発生は、クリーニングガスＮＦ3の排気をラフ排気ラインを通じて行なっていることが原因であることが判明した。このラフ排気ラインの利用は、ターボポンプを備えたメイン排気ラインに高圧のクリーニングガスを流すことでターボポンプの温度が上昇して、羽根の変形等が生じ、故障が発生するのを避けるためであるが、このことが、メイン排気ラインにクリーニングガスが全く流れず、ゲートバルブ内部やターボポンプ内部に堆積する反応物（高密度プラズマＣＶＤ膜が絶縁膜系の時はＳｉＯ2が大部分）をエッチング除去する機会がなくなり、反応物のパーティクルが発生して、成膜中の半導体基板に付着する原因となっているのである。
【００１３】
このため本発明では、クリーニングガスの圧力を低くするか、あるいはターボポンプの回転数を低くする状態において、ターボポンプを含んだ排気ラインにクリーニングガスを流すことで、この排気ラインに付着した反応物を除去するようにした。
【００１４】
すなわち本発明の請求項１記載のＣＶＤ膜の形成方法は、ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程と、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第２の圧力より高い第３の圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする第２の工程とを行なうことを特徴とする。第１の排気ラインを用いて第２の圧力より高い圧力でクリーニングする第２の工程は、第１の工程の前と後の少なくとも一方で実施する。
【００１５】
請求項２記載のＣＶＤ膜の形成方法は、ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程を行なうことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載のＣＶＤ膜の形成方法は、ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程と、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第２の圧力より低い第３の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする第２の工程とを行なうことを特徴とする。第２の排気ラインを用いて第２の圧力より低い圧力でクリーニングする第２の工程は、第１の工程の前と後の少なくとも一方で実施する。
【００１７】
請求項４記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１に記載の方法において、前記第２の圧力が０．５Ｔｏｒｒ以上、１．５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする。
請求項５記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項２または請求項３のいずれかに記載の方法において、前記第２の圧力が１．５Ｔｏｒｒより大きいことを特徴とする。
請求項６記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１に記載の方法において、前記第３の圧力が１．５Ｔｏｒｒより大きいことを特徴とする。
請求項７記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項３に記載の方法において、前記第３の圧力が０．５Ｔｏｒｒ以上、１．５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法において、前記第１の工程の内のクリーニング時に、前記ターボポンプが作動している
ことを特徴とする。
請求項９記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項２記載の方法において、前記第１の工程の内のクリーニング時の前記ターボポンプの回転数が１００００ｒｐｍ以上、２００００ｒｐｍ以下であることを特徴とする。
請求項１０記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項３に記載の方法において、前記第２の工程において、前記ターボポンプが作動していることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１に記載の方法において、前記第１の工程の内のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスと不活性ガスとを用いることを特徴とする。
請求項１２記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１に記載の方法において、前記第２の工程のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスを用いることを特徴とする。
請求項１３記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項２または請求項３のいずれかに記載の方法において、前記第１の工程の内のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスを用いることを特徴とする。
請求項１４記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項３に記載の方法において、前記第２の工程のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスと不活性ガスとを用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項１５記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１１または請求項１４のいずれかに記載の方法において、前記不活性ガスがアルゴンガスであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１６記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項２に記載の方法において、前記第１の工程の前と後の少なくとも一方で、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングすることを特徴とする。
請求項１７記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１または請求項３のいずれかに記載の方法において、前記第１の工程の前に、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングすることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるＣＶＤ膜の形成方法を図面に基づいて具体的に説明する。以下の各実施の形態では図４を用いて説明した従来の高密度プラズマＣＶＤ装置を使用するものとして、同装置については図４を参照する。
（実施の形態１）
図１のフローチャートに示すように、まず、＃１００において、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入しながら、ドライポンプ７に接続した低真空のラフ排気ライン１１を通じて排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧力に制御し、反応室内１を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００２３】
次に、＃１０１ａにおいて、反応性ガス供給ライン４よりモノシラン（ＳｉＨ4）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）を混合した反応性ガスを導入し、反応室１の圧力を６ｍＴｏｒｒに制御する。すなわち、ラフ排気ライン１１の排気バルブ９を閉じ、反応性ガス供給ライン４より反応性ガスを導入するとともに、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を開け、ターボポンプ１５を駆動し、スロットルバルブ１３で排気速度を調整して、メイン排気ライン８を通じて排気することにより、上記圧力値に維持する。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。この状態で、図示していない高周波電源により反応室１内の反応性ガスに電力を印加して高密度プラズマを発生させることにより、半導体基板２の上にＣＶＤ膜を形成する。反応性ガスが流れる経路は、反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００２４】
次に、＃１０１ｂにおいて、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスと５００ｓｃｃｍのＡｒを導入しながら、メイン排気ライン８に排気することにより、反応室１内の圧力を１Ｔｏｒｒの低圧力に制御して、反応室１内並びにメイン排気ライン８を低圧クリーニングする。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００２５】
そして、上記した＃１０１ａ，＃１０１ｂ工程を１サイクルとして同様に半導体基板２の枚数だけ、ここでは＃１０２ａ，＃１０２ｂ・・＃１５０ａ，＃１５０ｂまで５０サイクル繰り返すことで、５０枚の半導体基板２にＣＶＤ膜を形成する。
【００２６】
最後に、＃１５１において、＃１００と同様にして、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスを導入しながら、ラフ排気ライン１１に排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒに制御して、反応室１内を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００２７】
このようにして、ＣＶＤ膜形成ごとに実施する反応室１内のクリーニング（＃１０１ｂ，＃１０２ｂ，・・）をメイン排気ライン８を通じて実施することにより、ゲートバルブ１４やターボポンプ１５の近傍に堆積する反応物をもエッチング除去することができ、パーティクルの発生を抑制できる。
【００２８】
その際に、反応室１内のＮＦ3圧力を１Ｔｏｒｒの低圧に制御するようにしたことで、ターボポンプ１５の温度上昇を防止することができる。反応室１の圧力とターボポンプ１５の温度、及び寿命との関係を調べたところ、１.５Ｔｏｒｒ以下の低圧力ではターボポンプ１５をその実用的な回転数の範囲内で１１０℃以下とすることができ、ポンプ寿命に影響がなかった。しかし、０．５Ｔｏｒｒ以下の圧力ではクリーニングレートが著しく低下し、生産性が低下してしまう。このため、低圧クリーニングは０．５Ｔｏｒｒ以上、１．５Ｔｏｒｒ以下の範囲で実施する。望ましいクリーニング条件は、ターボポンプ１５の回転数３００００ｒｐｍ、反応室１内の圧力０．７〜１．０Ｔｏｒｒである。
【００２９】
なおその際に、ＮＦ3だけでなくＡｒも使用するようにした理由を説明する。高密度プラズマＣＶＤ膜成長工程（＃１０１ａ，・・）、低圧クリーニング工程（＃１０１ｂ，・・）とも、同一のスロットルバルブ１３にて圧力制御を行う。このため、高密度プラズマＣＶＤ膜成長工程ではスロットルバルブ１３を開度９０％付近として６ｍＴｏｒｒの圧力制御を行うのに対し、低圧クリーニング工程では開度１０％程度という全閉に近いところで１Ｔｏｒｒの圧力制御を行うことになる。
【００３０】
ところが、特に後者において圧力制御性が悪く、１．０＋／−０．６Ｔｏｒｒ程度の制御性しかないため、上記した１．５Ｔｏｒｒを越えてしまう場合があり、ターボポンプ１５の温度上昇、短命化、という課題が残る。しかし現状では、上記した超低圧６ｍＴｏｒｒから低圧１．５Ｔｏｒｒに及ぶ圧力範囲を安定して制御できるスロットルバルブは存在していない。
【００３１】
そこで、ＮＦ3の流量を１１００ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍに増加させることにより、ストットルバルブ１３の開度を大きくし、圧力の制御性を向上させる方法を検討したが、ＮＦ3はプラズマ化に伴う圧力上昇が大きいため、スロットルバルブ１３の制御が追従できず、圧力変動量は流量１１００ｓｃｃｍの場合と同程度になってしまう。これは、ＮＦ3がプラズマ化によってＮＦ2とＦとに分解し、その分解率に応じた圧力上昇が生じるためと考えられる。
【００３２】
そこでさらに、プラズマ化しても分解の進まないＡｒを添加する方法を検討したところ、Ａｒの添加５００ｓｃｃｍによって、１．０＋／−０．２Ｔｏｒｒに制御できることがわかった。これは、Ａｒの添加によってスロットルバルブ１３の開度を２５％程度にまで大きくできること、またＡｒはプラズマ化してもほとんど圧力変動しないことによると考えられる。不活性ガスであるＡｒを用いることで懸念されるクリーニングレートの低下は見られなかった。Ａｒに代えて、プラズマ化しても体積変化のないヘリウム（Ｈｅ）等の他の不活性ガスを用いても、同様の効果を得ることが可能である。
【００３３】
なお、上記した実施の形態１の方法によれば、従来は高圧で実施していたＣＶＤ膜形成ごとのクリーニングを低圧にて実施するようにしたことでクリーニング効果が低下するが、複数枚の半導体基板２への連続成膜が終了した後に、＃１５１で、ラフ排気ライン１１を用いる従来の高圧クリーニングを幾分長い時間行なうようにすることで、反応室１内を従来と同等にクリーニング可能である。高圧クリーニング時のＮＦ3圧力は小さくとも１．５Ｔｏｒｒより大であり、望ましくは２．０Ｔｏｒｒ以上である。
【００３４】
＃１５１の高圧クリーニングは半導体基板をＣＶＤ成膜設備から取り出すための大気解放操作中に実施できるので、生産性が低下することもない。＃１５１の高圧クリーニングを＃１５０ｂの低圧クリーニングから連続した１つの工程としてもよい。
（実施の形態２）
図２のフローチャートに示すように、＃２００において、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入しながら、ドライポンプ７に接続した低真空のラフ排気ライン１１を通じて排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧力に制御して、反応室内１を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００３５】
次に、＃２０１ａにおいて、反応性ガス供給ライン４よりモノシラン（ＳｉＨ4）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）を混合した反応性ガスを導入し、反応室１の圧力を６ｍＴｏｒｒに制御する。すなわち、反応性ガス供給ライン４より反応性ガスを導入するとともに、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を開け、ターボポンプ１５を駆動し、スロットルバルブ１３で排気速度を調整して、メイン排気ライン８を通じて排気することにより、上記圧力値に維持する。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。この状態で、図示していない高周波電源により反応室１内の反応性ガスに電力を印加して高密度プラズマを発生させることにより、半導体基板２の上にＣＶＤ膜を形成する。反応性ガスが流れる経路は、反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００３６】
次に、＃２０１ｂにおいて、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスを導入しながら、メイン排気ライン８に排気することにより、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧に制御し、反応室１内並びにメイン排気ライン１１を高圧クリーニングする。この時、ターボポンプ１５は１５０００ｒｐｍの低速度とする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００３７】
そして、＃２０１ａ，＃２０１ｂの工程を１サイクルとして同様に半導体基板２の枚数だけ、ここでは＃２０２ａ，＃２０２ｂ・・＃２５０ａ，＃２５０ｂまで５０サイクル繰り返すことで、５０枚の半導体基板２にＣＶＤ膜を形成する。
【００３８】
このようにして、ＣＶＤ膜形成ごとに実施する反応室１内のクリーニング（＃２０１ｂ，＃２０２ｂ，・・）をメイン排気ライン８を通じて実施することにより、ゲートバルブ１４やターボポンプ１５の近傍に堆積する反応物をもエッチング除去することができ、パーティクルの発生を抑制できる。
【００３９】
その際に、ＣＶＤ膜形成時よりも低い回転数でターボポンプ１５を回転させるようにしたことで、ターボポンプ１５の温度上昇、それによる故障も防止することができる。反応室１の圧力とターボポンプ１５の温度、回転数、及び寿命との関係を調べたところ、３Ｔｏｒｒの高圧力領域では、ターボポンプ１５を１５０００ｒｐｍ以下にて低速回転させることで１１０℃以下とすることができ、ポンプ寿命に影響がなかった。１００００ｒｐｍより小さいと回転数が安定せず、したがって圧力が不安定となる。このため、１００００ｒｐｍ以上、多くとも２００００ｒｐｍ以下の範囲で実施する。
【００４０】
ＮＦ3圧力は従来の高圧クリーニングと変わらないため、クリーニング効果は従来と同等に確保でき、この点では実施の形態１よりもメイン排気ライン８のクリーニング効果に優れているといえる。
（実施の形態３）
図３のフローチャートに示すように、＃３００において、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入しながら、ドライポンプ７に接続した低真空のラフ排気ライン１１を通じて排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧力に制御して、反応室１内を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００４１】
次に、＃３０１ａにおいて、反応性ガス供給ライン４よりモノシラン（ＳｉＨ4）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）を混合した反応性ガスを導入し、反応室１の圧力を６ｍＴｏｒｒに制御する。すなわち、反応性ガス供給ライン４より反応性ガスを導入するとともに、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を開け、ターボポンプ１５を駆動し、スロットルバルブ１３で排気速度を調整して、メイン排気ライン８を通じて排気することにより、上記圧力値に維持する。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。この状態で、図示していない高周波電源により反応室１内の反応性ガスに電力を印加して高密度プラズマを発生させることにより、半導体基板２の上にＣＶＤ膜を形成する。反応性ガスが流れる経路は、反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００４２】
次に、＃３０１ｂにおいて、＃３００と同様にして、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスを導入しながら、ラフ排気ライン１１に排気することにより、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒに制御して、反応室１内を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００４３】
そして、＃３０１ａ，＃３０１ｂの工程を１サイクルとして同様に半導体基板２の枚数だけ、ここでは＃３０２ａ，＃３０２ｂ・・＃３５０ａ，＃３５０ｂまで５０サイクル繰り返すことで、５０枚の半導体基板２にＣＶＤ膜を形成する。
【００４４】
最後に、＃３５１において、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスと５００ｓｃｃｍのＡｒを導入しながら、メイン排気ライン８に排気することにより、反応室１内の圧力を１Ｔｏｒｒの低圧力に制御して、反応室１内並びにメイン排気ライン８を低圧クリーニングする。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。ここでＮＦ3だけでなくＡｒも用いたのは、実施の形態１で示した理由と同様である。
【００４５】
このようにして、ＣＶＤ膜形成ごとに実施する反応室１内のクリーニングは従来と同様のラフ排気ライン１１を用いた高圧クリーニングとして従来と同等のクリーニング効果を確保しながら、複数枚の半導体基板２への成膜終了後にメイン排気ライン８を通じて１Ｔｏｒｒの低圧クリーニングを実施するようにしたことで、ゲートバルブ１４やターボポンプ１５の近傍に堆積する反応物をもエッチング除去することができ、パーティクルの発生を抑制できる。
【００４６】
最後の低圧クリーニングは半導体基板をＣＶＤ製膜設備から取り出すための大気解放操作中に実施できるので、生産性が低下することもない。
なお、ここではメイン排気ライン８の低圧クリーニングを複数枚の半導体基板２への連続成膜終了後に実施したが、連続成膜開始前（半導体基板を設備に入れるための真空引き中）に実施しても同様の効果が得られる。ただし、連続成膜の開始前あるいは終了後だけなので、１枚の半導体基板２への成膜を終了するごとにメイン排気ライン８のクリーニングを行なう実施の形態１または実施の形態２と比較して、メイン排気ライン８のクリーニング効果は小さい。
【００４７】
上記実施の形態１〜３では、フッ素（Ｆ）を含まない反応性ガスを用いた高密度プラズマＣＶＤ膜の形成を例示したが、フッ素等を含んだ反応性ガスを用いて高密度プラズマＣＶＤ膜を形成する場合も同様のクリーニング効果、パーティクル防止効果が得られる。
【００４８】
メイン排気ラインのクリーニング工程は、ターボポンプの低速回転（２５０００ｒｐｍ以下）と低圧力ＮＦ3ガス（圧力１．５Ｔｏｒｒ以下）とを併用するなど、実施の形態１〜３の条件を組み合わせたものとしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のＣＶＤ膜形成方法によれば、反応室内をクリーニングするクリーニングガスを、ターボポンプを介装した排気ラインを通じて排気するようにし、その際にクリーニングガスの圧力あるいはターボポンプの回転数を従来に比べて低くするようにしたことにより、ターボポンプの故障を招くことなく、また生産性を低下させることなく、前記排気ラインをもクリーニングすることが可能になった。その結果、ターボポンプやゲートバルブの近傍に堆積する反応物をエッチング除去して、パーティクルの発生を抑制することが可能になり、半導体デバイスの歩留りの向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるＣＶＤ膜形成工程を示すプロセスフローチャート
【図２】本発明の実施の形態２によるＣＶＤ膜形成工程を示すプロセスフローチャート
【図３】本発明の実施の形態３によるＣＶＤ膜形成工程を示すプロセスフローチャート
【図４】従来よりある高密度プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す説明図
【図５】従来のＣＶＤ膜形成工程を示すプロセスフローチャート
【符号の説明】
１ 反応室
２ 半導体基板
８ メイン排気ライン（第２の排気ライン）
11 ラフ排気ライン（第１の排気ライン）
15 ターボポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度プラズマを用いたＣＶＤ膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の素子パターンの微細化に伴って、配線間の高アスペクト比スペースを層間絶縁膜によって如何にしてボイドの発生なく埋めるか、また配線間の容量を低誘電率膜によって如何にして低減し配線遅延を低減させるか、が重要になってきている。このため、成膜とＡｒスパッタリングエッチとを同時実施することができ、絶縁膜などの埋め込み特性を向上できるだけでなく、低誘電率化のためにフッ素添加しても高品質の絶縁膜を形成できる高密度プラズマＣＶＤ技術が必須となってきている。
【０００３】
図４は高密度プラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。このＣＶＤ装置は半導体基板を１枚づつ処理する枚葉式ＣＶＤ装置であり、反応室１の内部に、処理対象の半導体基板２を載置する静電チャック３が設けられている。
【０００４】
この反応室１には、反応性ガス供給ライン４と、クリーニングガス供給ライン５と、排気バルブ６を介装し一端においてドライポンプ７に接続したメイン排気ライン８と、排気バルブ９，スロットルバルブ１０を介装しスロットルバルブ１０側の一端においてドライポンプ７に接続したラフ排気ライン１１とが接続している。
【０００５】
クリーニングガス供給ライン５には、クリーニングガスをプラズマ化するアプリケータ１２が介装されている。メイン排気ライン８には、反応室１と排気バルブ６との間に、スロットルバルブ１３、ゲートバルブ１４、ターボポンプ１５が反応室１側より順に介装されている。ターボポンプ１５を使用するのは、ＣＶＤ膜形成中に反応性ガスを排気することができ、しかも反応室１を高い到達真空度にできるからであり、このような条件を満たすのは現状ではターボポンプのみである。
【０００６】
上記した高密度プラズマＣＶＤ装置を利用してＣＶＤ膜を形成する工程を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、＃４００において、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を閉じた状態で、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入しながら、ドライポンプ７に接続した低真空のラフ排気ライン１１を通じて排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧力に制御し、反応室内１のクリーニングを行う。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【０００７】
次に、＃４０１ａにおいて、反応性ガス供給ライン４よりモノシラン（ＳｉＨ4）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）を混合した反応性ガスを導入し、反応室１の圧力を６ｍＴｏｒｒに制御する。すなわち、ラフ排気ライン１１の排気バルブ９を閉じ、反応性ガス供給ライン４より反応性ガスを導入するとともに、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を開け、ターボポンプ１５を駆動し、スロットルバルブ１３で排気速度を調整して、メイン排気ライン８を通じて排気することにより、上記圧力値に維持する。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。この状態で、図示していない高周波電源により反応室１内の反応性ガスに電力を印加して高密度プラズマを発生させることにより、半導体基板２の上にＣＶＤ膜を形成する。反応性ガスが流れる経路は、反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【０００８】
次に、＃４０１ｂにおいて、＃４００と同様にして、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスを導入しながら、ラフ排気ライン１１に排気することにより、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒに制御し、反応室１内をクリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【０００９】
そして、＃４０１ａ，＃４０１ｂの工程を１サイクルとして半導体基板２の枚数だけ、ここでは＃４０２ａ，＃４０２ｂ・・＃４５０ａ，＃４５０ｂまで５０サイクル繰り返すことで、５０枚の半導体基板２にＣＶＤ膜を形成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＣＶＤ膜形成方法では、１枚の半導体基板２への成膜が終了するごとに高圧ＮＦ3で反応室１のクリーニングを行なっているにもかかわらず、半導体基板２上の微細パターン形成不良を引き起こすパーティクルが多く発生し、半導体デバイスの歩留り低下を来たすという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題を解決するもので、生産性を低下させることなく、微細パターン形成不良の原因となるパーティクルを低減することができ、半導体デバイスの歩留りを向上できるＣＶＤ膜の形成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために研究したところ、パーティクルの発生は、クリーニングガスＮＦ3の排気をラフ排気ラインを通じて行なっていることが原因であることが判明した。このラフ排気ラインの利用は、ターボポンプを備えたメイン排気ラインに高圧のクリーニングガスを流すことでターボポンプの温度が上昇して、羽根の変形等が生じ、故障が発生するのを避けるためであるが、このことが、メイン排気ラインにクリーニングガスが全く流れず、ゲートバルブ内部やターボポンプ内部に堆積する反応物（高密度プラズマＣＶＤ膜が絶縁膜系の時はＳｉＯ2が大部分）をエッチング除去する機会がなくなり、反応物のパーティクルが発生して、成膜中の半導体基板に付着する原因となっているのである。
【００１３】
このため本発明では、クリーニングガスの圧力を低くするか、あるいはターボポンプの回転数を低くする状態において、ターボポンプを含んだ排気ラインにクリーニングガスを流すことで、この排気ラインに付着した反応物を除去するようにした。
【００１４】
すなわち本発明の請求項１記載のＣＶＤ膜の形成方法は、ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程と、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第２の圧力より高い第３の圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする第２の工程とを行なうことを特徴とする。第１の排気ラインを用いて第２の圧力より高い圧力でクリーニングする第２の工程は、第１の工程の前と後の少なくとも一方で実施する。
【００１５】
請求項２記載のＣＶＤ膜の形成方法は、ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程を行なうことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載のＣＶＤ膜の形成方法は、ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程と、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第２の圧力より低い第３の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする第２の工程とを行なうことを特徴とする。第２の排気ラインを用いて第２の圧力より低い圧力でクリーニングする第２の工程は、第１の工程の前と後の少なくとも一方で実施する。
【００１７】
請求項４記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１に記載の方法において、前記第２の圧力が０．５Ｔｏｒｒ以上、１．５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする。
請求項５記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項２または請求項３のいずれかに記載の方法において、前記第２の圧力が１．５Ｔｏｒｒより大きいことを特徴とする。
請求項６記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１に記載の方法において、前記第３の圧力が１．５Ｔｏｒｒより大きいことを特徴とする。
請求項７記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項３に記載の方法において、前記第３の圧力が０．５Ｔｏｒｒ以上、１．５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法において、前記第１の工程の内のクリーニング時に、前記ターボポンプが作動している
ことを特徴とする。
請求項９記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項２記載の方法において、前記第１の工程の内のクリーニング時の前記ターボポンプの回転数が１００００ｒｐｍ以上、２００００ｒｐｍ以下であることを特徴とする。
請求項１０記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項３に記載の方法において、前記第２の工程において、前記ターボポンプが作動していることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１に記載の方法において、前記第１の工程の内のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスと不活性ガスとを用いることを特徴とする。
請求項１２記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１に記載の方法において、前記第２の工程のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスを用いることを特徴とする。
請求項１３記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項２または請求項３のいずれかに記載の方法において、前記第１の工程の内のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスを用いることを特徴とする。
請求項１４記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項３に記載の方法において、前記第２の工程のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスと不活性ガスとを用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項１５記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１１または請求項１４のいずれかに記載の方法において、前記不活性ガスがアルゴンガスであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１６記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項２に記載の方法において、前記第１の工程の前と後の少なくとも一方で、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングすることを特徴とする。
請求項１７記載のＣＶＤ膜の形成方法は、請求項１または請求項３のいずれかに記載の方法において、前記第１の工程の前に、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングすることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるＣＶＤ膜の形成方法を図面に基づいて具体的に説明する。以下の各実施の形態では図４を用いて説明した従来の高密度プラズマＣＶＤ装置を使用するものとして、同装置については図４を参照する。
（実施の形態１）
図１のフローチャートに示すように、まず、＃１００において、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入しながら、ドライポンプ７に接続した低真空のラフ排気ライン１１を通じて排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧力に制御し、反応室内１を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００２３】
次に、＃１０１ａにおいて、反応性ガス供給ライン４よりモノシラン（ＳｉＨ4）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）を混合した反応性ガスを導入し、反応室１の圧力を６ｍＴｏｒｒに制御する。すなわち、ラフ排気ライン１１の排気バルブ９を閉じ、反応性ガス供給ライン４より反応性ガスを導入するとともに、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を開け、ターボポンプ１５を駆動し、スロットルバルブ１３で排気速度を調整して、メイン排気ライン８を通じて排気することにより、上記圧力値に維持する。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。この状態で、図示していない高周波電源により反応室１内の反応性ガスに電力を印加して高密度プラズマを発生させることにより、半導体基板２の上にＣＶＤ膜を形成する。反応性ガスが流れる経路は、反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００２４】
次に、＃１０１ｂにおいて、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスと５００ｓｃｃｍのＡｒを導入しながら、メイン排気ライン８に排気することにより、反応室１内の圧力を１Ｔｏｒｒの低圧力に制御して、反応室１内並びにメイン排気ライン８を低圧クリーニングする。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００２５】
そして、上記した＃１０１ａ，＃１０１ｂ工程を１サイクルとして同様に半導体基板２の枚数だけ、ここでは＃１０２ａ，＃１０２ｂ・・＃１５０ａ，＃１５０ｂまで５０サイクル繰り返すことで、５０枚の半導体基板２にＣＶＤ膜を形成する。
【００２６】
最後に、＃１５１において、＃１００と同様にして、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスを導入しながら、ラフ排気ライン１１に排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒに制御して、反応室１内を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００２７】
このようにして、ＣＶＤ膜形成ごとに実施する反応室１内のクリーニング（＃１０１ｂ，＃１０２ｂ，・・）をメイン排気ライン８を通じて実施することにより、ゲートバルブ１４やターボポンプ１５の近傍に堆積する反応物をもエッチング除去することができ、パーティクルの発生を抑制できる。
【００２８】
その際に、反応室１内のＮＦ3圧力を１Ｔｏｒｒの低圧に制御するようにしたことで、ターボポンプ１５の温度上昇を防止することができる。反応室１の圧力とターボポンプ１５の温度、及び寿命との関係を調べたところ、１.５Ｔｏｒｒ以下の低圧力ではターボポンプ１５をその実用的な回転数の範囲内で１１０℃以下とすることができ、ポンプ寿命に影響がなかった。しかし、０．５Ｔｏｒｒ以下の圧力ではクリーニングレートが著しく低下し、生産性が低下してしまう。このため、低圧クリーニングは０．５Ｔｏｒｒ以上、１．５Ｔｏｒｒ以下の範囲で実施する。望ましいクリーニング条件は、ターボポンプ１５の回転数３００００ｒｐｍ、反応室１内の圧力０．７〜１．０Ｔｏｒｒである。
【００２９】
なおその際に、ＮＦ3だけでなくＡｒも使用するようにした理由を説明する。高密度プラズマＣＶＤ膜成長工程（＃１０１ａ，・・）、低圧クリーニング工程（＃１０１ｂ，・・）とも、同一のスロットルバルブ１３にて圧力制御を行う。このため、高密度プラズマＣＶＤ膜成長工程ではスロットルバルブ１３を開度９０％付近として６ｍＴｏｒｒの圧力制御を行うのに対し、低圧クリーニング工程では開度１０％程度という全閉に近いところで１Ｔｏｒｒの圧力制御を行うことになる。
【００３０】
ところが、特に後者において圧力制御性が悪く、１．０＋／−０．６Ｔｏｒｒ程度の制御性しかないため、上記した１．５Ｔｏｒｒを越えてしまう場合があり、ターボポンプ１５の温度上昇、短命化、という課題が残る。しかし現状では、上記した超低圧６ｍＴｏｒｒから低圧１．５Ｔｏｒｒに及ぶ圧力範囲を安定して制御できるスロットルバルブは存在していない。
【００３１】
そこで、ＮＦ3の流量を１１００ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍに増加させることにより、ストットルバルブ１３の開度を大きくし、圧力の制御性を向上させる方法を検討したが、ＮＦ3はプラズマ化に伴う圧力上昇が大きいため、スロットルバルブ１３の制御が追従できず、圧力変動量は流量１１００ｓｃｃｍの場合と同程度になってしまう。これは、ＮＦ3がプラズマ化によってＮＦ2とＦとに分解し、その分解率に応じた圧力上昇が生じるためと考えられる。
【００３２】
そこでさらに、プラズマ化しても分解の進まないＡｒを添加する方法を検討したところ、Ａｒの添加５００ｓｃｃｍによって、１．０＋／−０．２Ｔｏｒｒに制御できることがわかった。これは、Ａｒの添加によってスロットルバルブ１３の開度を２５％程度にまで大きくできること、またＡｒはプラズマ化してもほとんど圧力変動しないことによると考えられる。不活性ガスであるＡｒを用いることで懸念されるクリーニングレートの低下は見られなかった。Ａｒに代えて、プラズマ化しても体積変化のないヘリウム（Ｈｅ）等の他の不活性ガスを用いても、同様の効果を得ることが可能である。
【００３３】
なお、上記した実施の形態１の方法によれば、従来は高圧で実施していたＣＶＤ膜形成ごとのクリーニングを低圧にて実施するようにしたことでクリーニング効果が低下するが、複数枚の半導体基板２への連続成膜が終了した後に、＃１５１で、ラフ排気ライン１１を用いる従来の高圧クリーニングを幾分長い時間行なうようにすることで、反応室１内を従来と同等にクリーニング可能である。高圧クリーニング時のＮＦ3圧力は小さくとも１．５Ｔｏｒｒより大であり、望ましくは２．０Ｔｏｒｒ以上である。
【００３４】
＃１５１の高圧クリーニングは半導体基板をＣＶＤ成膜設備から取り出すための大気解放操作中に実施できるので、生産性が低下することもない。＃１５１の高圧クリーニングを＃１５０ｂの低圧クリーニングから連続した１つの工程としてもよい。
（実施の形態２）
図２のフローチャートに示すように、＃２００において、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入しながら、ドライポンプ７に接続した低真空のラフ排気ライン１１を通じて排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧力に制御して、反応室内１を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００３５】
次に、＃２０１ａにおいて、反応性ガス供給ライン４よりモノシラン（ＳｉＨ4）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）を混合した反応性ガスを導入し、反応室１の圧力を６ｍＴｏｒｒに制御する。すなわち、反応性ガス供給ライン４より反応性ガスを導入するとともに、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を開け、ターボポンプ１５を駆動し、スロットルバルブ１３で排気速度を調整して、メイン排気ライン８を通じて排気することにより、上記圧力値に維持する。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。この状態で、図示していない高周波電源により反応室１内の反応性ガスに電力を印加して高密度プラズマを発生させることにより、半導体基板２の上にＣＶＤ膜を形成する。反応性ガスが流れる経路は、反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００３６】
次に、＃２０１ｂにおいて、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスを導入しながら、メイン排気ライン８に排気することにより、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧に制御し、反応室１内並びにメイン排気ライン１１を高圧クリーニングする。この時、ターボポンプ１５は１５０００ｒｐｍの低速度とする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００３７】
そして、＃２０１ａ，＃２０１ｂの工程を１サイクルとして同様に半導体基板２の枚数だけ、ここでは＃２０２ａ，＃２０２ｂ・・＃２５０ａ，＃２５０ｂまで５０サイクル繰り返すことで、５０枚の半導体基板２にＣＶＤ膜を形成する。
【００３８】
このようにして、ＣＶＤ膜形成ごとに実施する反応室１内のクリーニング（＃２０１ｂ，＃２０２ｂ，・・）をメイン排気ライン８を通じて実施することにより、ゲートバルブ１４やターボポンプ１５の近傍に堆積する反応物をもエッチング除去することができ、パーティクルの発生を抑制できる。
【００３９】
その際に、ＣＶＤ膜形成時よりも低い回転数でターボポンプ１５を回転させるようにしたことで、ターボポンプ１５の温度上昇、それによる故障も防止することができる。反応室１の圧力とターボポンプ１５の温度、回転数、及び寿命との関係を調べたところ、３Ｔｏｒｒの高圧力領域では、ターボポンプ１５を１５０００ｒｐｍ以下にて低速回転させることで１１０℃以下とすることができ、ポンプ寿命に影響がなかった。１００００ｒｐｍより小さいと回転数が安定せず、したがって圧力が不安定となる。このため、１００００ｒｐｍ以上、多くとも２００００ｒｐｍ以下の範囲で実施する。
【００４０】
ＮＦ3圧力は従来の高圧クリーニングと変わらないため、クリーニング効果は従来と同等に確保でき、この点では実施の形態１よりもメイン排気ライン８のクリーニング効果に優れているといえる。
（実施の形態３）
図３のフローチャートに示すように、＃３００において、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）を導入しながら、ドライポンプ７に接続した低真空のラフ排気ライン１１を通じて排気することで、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒの高圧力に制御して、反応室１内を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００４１】
次に、＃３０１ａにおいて、反応性ガス供給ライン４よりモノシラン（ＳｉＨ4）、酸素（Ｏ2）、アルゴン（Ａｒ）を混合した反応性ガスを導入し、反応室１の圧力を６ｍＴｏｒｒに制御する。すなわち、反応性ガス供給ライン４より反応性ガスを導入するとともに、メイン排気ライン８のゲートバルブ１４を開け、ターボポンプ１５を駆動し、スロットルバルブ１３で排気速度を調整して、メイン排気ライン８を通じて排気することにより、上記圧力値に維持する。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。この状態で、図示していない高周波電源により反応室１内の反応性ガスに電力を印加して高密度プラズマを発生させることにより、半導体基板２の上にＣＶＤ膜を形成する。反応性ガスが流れる経路は、反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。
【００４２】
次に、＃３０１ｂにおいて、＃３００と同様にして、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスを導入しながら、ラフ排気ライン１１に排気することにより、反応室１内の圧力を３Ｔｏｒｒに制御して、反応室１内を高圧クリーニングする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→排気バルブ９→スロットルバルブ１０→ドライポンプ７である。
【００４３】
そして、＃３０１ａ，＃３０１ｂの工程を１サイクルとして同様に半導体基板２の枚数だけ、ここでは＃３０２ａ，＃３０２ｂ・・＃３５０ａ，＃３５０ｂまで５０サイクル繰り返すことで、５０枚の半導体基板２にＣＶＤ膜を形成する。
【００４４】
最後に、＃３５１において、クリーニングガス供給ライン５より１１００ｓｃｃｍのＮＦ3ガスと５００ｓｃｃｍのＡｒを導入しながら、メイン排気ライン８に排気することにより、反応室１内の圧力を１Ｔｏｒｒの低圧力に制御して、反応室１内並びにメイン排気ライン８を低圧クリーニングする。この時、ターボポンプ１５は３００００ｒｐｍとする。ＮＦ3が流れる経路は、アプリケータ１２→反応室１→スロットルバルブ１３→ゲートバルブ１４→ターボポンプ１５→排気バルブ６→ドライポンプ７である。ここでＮＦ3だけでなくＡｒも用いたのは、実施の形態１で示した理由と同様である。
【００４５】
このようにして、ＣＶＤ膜形成ごとに実施する反応室１内のクリーニングは従来と同様のラフ排気ライン１１を用いた高圧クリーニングとして従来と同等のクリーニング効果を確保しながら、複数枚の半導体基板２への成膜終了後にメイン排気ライン８を通じて１Ｔｏｒｒの低圧クリーニングを実施するようにしたことで、ゲートバルブ１４やターボポンプ１５の近傍に堆積する反応物をもエッチング除去することができ、パーティクルの発生を抑制できる。
【００４６】
最後の低圧クリーニングは半導体基板をＣＶＤ製膜設備から取り出すための大気解放操作中に実施できるので、生産性が低下することもない。
なお、ここではメイン排気ライン８の低圧クリーニングを複数枚の半導体基板２への連続成膜終了後に実施したが、連続成膜開始前（半導体基板を設備に入れるための真空引き中）に実施しても同様の効果が得られる。ただし、連続成膜の開始前あるいは終了後だけなので、１枚の半導体基板２への成膜を終了するごとにメイン排気ライン８のクリーニングを行なう実施の形態１または実施の形態２と比較して、メイン排気ライン８のクリーニング効果は小さい。
【００４７】
上記実施の形態１〜３では、フッ素（Ｆ）を含まない反応性ガスを用いた高密度プラズマＣＶＤ膜の形成を例示したが、フッ素等を含んだ反応性ガスを用いて高密度プラズマＣＶＤ膜を形成する場合も同様のクリーニング効果、パーティクル防止効果が得られる。
【００４８】
メイン排気ラインのクリーニング工程は、ターボポンプの低速回転（２５０００ｒｐｍ以下）と低圧力ＮＦ3ガス（圧力１．５Ｔｏｒｒ以下）とを併用するなど、実施の形態１〜３の条件を組み合わせたものとしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、本発明のＣＶＤ膜形成方法によれば、反応室内をクリーニングするクリーニングガスを、ターボポンプを介装した排気ラインを通じて排気するようにし、その際にクリーニングガスの圧力あるいはターボポンプの回転数を従来に比べて低くするようにしたことにより、ターボポンプの故障を招くことなく、また生産性を低下させることなく、前記排気ラインをもクリーニングすることが可能になった。その結果、ターボポンプやゲートバルブの近傍に堆積する反応物をエッチング除去して、パーティクルの発生を抑制することが可能になり、半導体デバイスの歩留りの向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるＣＶＤ膜形成工程を示すプロセスフローチャート
【図２】本発明の実施の形態２によるＣＶＤ膜形成工程を示すプロセスフローチャート
【図３】本発明の実施の形態３によるＣＶＤ膜形成工程を示すプロセスフローチャート
【図４】従来よりある高密度プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す説明図
【図５】従来のＣＶＤ膜形成工程を示すプロセスフローチャート
【符号の説明】
１ 反応室
２ 半導体基板
８ メイン排気ライン（第２の排気ライン）
11 ラフ排気ライン（第１の排気ライン）
15 ターボポンプ
Claims (17)
- ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、
前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程と、
前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第２の圧力より高い第３の圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする第２の工程とを行なうことを特徴とするＣＶＤ膜の形成方法。 - ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、
前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程を行なうことを特徴とするＣＶＤ膜の形成方法。 - ＣＶＤ膜を形成するための反応室と、前記反応室に接続したターボポンプを含まない第１の排気ラインと、ターボポンプを含み前記第１の排気ラインとは独立に前記反応室に接続した第２の排気ラインとを備えたＣＶＤ装置で複数枚の半導体基板にＣＶＤ膜を形成するに際して、
前記反応室に反応ガスを供給しつつ、室内を第１の圧力に制御するように前記ターボポンプを駆動し前記第２の排気ラインを通じて排気する状態において、前記反応室内に半導体基板を搬入してＣＶＤ膜を形成し、膜形成を終了した半導体基板を搬出する工程と、前記半導体基板を搬出した反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い第２の圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする工程とを１サイクルとして、前記複数枚の半導体基板の基板枚数に応じた回数だけ繰り返す第１の工程と、
前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第２の圧力より低い第３の圧力に制御するように前記第２の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングする第２の工程とを行なうことを特徴とするＣＶＤ膜の形成方法。 - 前記第２の圧力が０．５Ｔｏｒｒ以上、１．５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第２の圧力が１．５Ｔｏｒｒより大きいことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第３の圧力が１．５Ｔｏｒｒより大きいことを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第３の圧力が０．５Ｔｏｒｒ以上、１．５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項３に記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第１の工程の内のクリーニング時に、前記ターボポンプが作動していることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第１の工程の内のクリーニング時の前記ターボポンプの回転数が１００００ｒｐｍ以上、２００００ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項２記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第２の工程において、前記ターボポンプが作動していることを特徴とする請求項３に記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第１の工程の内のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスと不活性ガスとを用いることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第２の工程のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第１の工程の内のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスを用いることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第２の工程のクリーニング時のクリーニングガスに三フッ化窒素ガスと不活性ガスとを用いることを特徴とする請求項３に記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記不活性ガスがアルゴンガスであることを特徴とする請求項１１または請求項１４のいずれかに記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第１の工程の前と後の少なくとも一方で、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングすることを特徴とする請求項２に記載のＣＶＤ膜の形成方法。
- 前記第１の工程の前に、前記反応室にクリーニングガスを供給しつつ、室内を前記第１の圧力より高い圧力に制御するように前記第１の排気ラインを通じて排気することにより、前記反応室の内部をクリーニングすることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載のＣＶＤ膜の形成方法。
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