JP4322346B2

JP4322346B2 - 成膜装置のクリーニング方法

Info

Publication number: JP4322346B2
Application number: JP05095399A
Authority: JP
Inventors: 謙一久保; バンソンブザン; 恭子池田; 秀樹吉川
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP2000248363A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の金属化合物を用いて金属膜を形成する成膜装置のクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの製造においては、シリコン等の半導体ウエハ上に配線を形成するが、このようなＬＳＩの配線としては、ＡｌやＣｕが用いられており、従来これらは主にスパッタリング法により成膜することにより形成されている。
【０００３】
しかしながら、配線の微細化が進んでいる現在、スパッタリングでは要求される微細化レベルの配線を得ることが困難となりつつある。このため、微細化に対応可能なＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて配線を形成することが求められており、種々の検討がなされている。
【０００４】
Ｃｕ配線をＣＶＤで成膜する場合には、例えばＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳやＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳ等の有機銅化合物が成膜原料として用いられ、これを気化器により気化させてチャンバー内に供給し、チャンバー内に配置された半導体ウエハを加熱しつつ、その上に有機銅化合物が分解して生成されたＣｕを堆積させる。
【０００５】
しかし、このような成膜装置においては、成膜処理中に気化器にＣｕが堆積し、気化器内に目詰まりが生じ、成膜原料を有効にチャンバー内に導入することができない自体が生じてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、気化器の目詰まりを有効に解消することが可能な成膜装置のクリーニング方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、液体状または固体状の金属化合物を含む成膜原料を気化器により気化させてチャンバー内に供給し、チャンバー内の被処理体にＣｕ膜を成膜する成膜装置のクリーニング方法であって、
前記気化器にＨ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、ハロゲンガスと、水素ガスとを含むクリーニング物質を導入することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の第２の観点によれば、液体状または固体状の金属化合物を含む成膜原料を気化器により気化させてチャンバー内に供給し、チャンバー内の被処理体にＣｕ膜を成膜する成膜装置のクリーニング方法であって、
前記気化器にＨ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、ＡｌＣｌ_３とを含むクリーニング物質を導入することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法が提供される。
【０００９】
本発明においては、液体状または固体状の金属化合物を含む成膜原料を気化する気化器にクリーニング物質を直接導入するので、気化器に付着した金属をクリーニングすることができ、気化器の目詰まりを有効に解消することができる。また、気化器を介してさらにチャンバー内にもクリーニング物質を導入すれば、チャンバー内をもクリーニングすることが可能である。
【００１３】
上記クリーニング方法において、クリーニング物質を、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、ハロゲンガスとを含むものとすることにより、気化器に付着した金属とＨ（ｈｆａｃ）との化合物を形成させて気化器から金属を有効に除去することができる。また、クリーニング物質として、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、ハロゲンガスと、水素ガスとを含むものを用いることにより、金属とＨ（ｈｆａｃ）との化合物を形成させて気化器から金属を有効に除去することができるとともに、水素が存在しない時に生じる固体の副生成物、例えばＣｕＣｌ_２の生成を抑制することができ、クリーニング効果を一層高めることができる。この場合に、ハロゲンガスとしては、Ｃｌ_２ガスまたはＦ_２ガスを用いることが好ましい。
【００１４】
また、クリーニング物質として、Ｈ（ｈｆａｃ）と、Ｃｌ_２および／またはＡｌＣｌ_３とを含むものを用いることにより、気化器に付着した金属を有効に除去することができるとともに、ＡｌＣｌ_３が存在する場合には、副生成物として蒸気圧の低いＡｌＣｕＣｌ_２を生成させることができるので、この副生成物を気体状態で容易に排出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るＣＶＤ成膜装置を示す断面図である。この成膜装置は、ＣＶＤによりＣｕを成膜するものであり、略円筒状をなし、真空排気可能に構成されたチャンバー１を有している。チャンバー１の中には被処理体である半導体ウエハＷを水平に支持するためのサセプター２が支持部材３により支持された状態で配置されている。サセプター２の外縁部には半導体ウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプター２にはヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５は電源６から給電されることにより被処理体である半導体ウエハＷを所定の温度に加熱する。電源６にはコントローラー７が接続されており、これにより図示しない温度センサーの信号に応じてヒーター５の出力が制御される。
【００１６】
チャンバー１の底壁１ｂには、排気ポート８が形成されており、この排気ポート８にはターボ分子ポンプ９が接続されている。また、ターボ分子ポンプ９に至る排気路には、自動的に排気量を制御するための自動圧力制御バルブ１０が設けられている。ターボ分子ポンプ９の下流側には、バルブ１１を介してドライポンプ１２が接続されている。これらターボ分子ポンプ９およびドライポンプ１２によりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができる。
【００１７】
チャンバー１の天壁１ａには、シャワーヘッド１３が取り付けられている。シャワーヘッド１３は、その内部に空間１３ａを有しており、またその下壁には多数のガス吐出孔１３ｂを有している。このシャワーヘッド１３の側壁には、原料導入ポート１４が形成されており、この原料導入ポート１４には配管１５が接続されている。配管１５はバルブ１６を介して気化器１７に接続されている。
【００１８】
気化器１７には配管１８を介して後述する成膜原料供給系２０が接続されており、そこから供給される液体の有機銅化合物であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳが気化器１７で気化される。そして、気化器１７で気化された原料が配管１５を介してシャワーヘッド１３のガス吐出孔１３ｂから吐出され、ウエハＷ上にＣｕ膜が形成される。この場合に、気化器１７内においてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳは６０℃程度に加熱されるが、その際の熱伝達用のキャリアガス（例えば、Ｈｅガス、Ｈ_２ガス）が配管５０を介して気化器１７に供給される。なお、配管５０にはバルブ５１が設けられている。
【００１９】
一方、気化器１７には、配管１９を介して、気化器１７に付着した金属Ｃｕを除去するためのクリーニング物質を気化器１７に供給するためのクリーニング物質供給系３０が接続されている。
【００２０】
成膜原料供給系２０は、図２に示すように、成膜原料として、液体の有機銅化合物であるＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳが貯留された原料タンク（成膜原料供給源）２１を備えている。原料タンク２１には成膜原料を圧送するための加圧管２２が接続されており、この加圧管２２にはバルブ２３が設けられている。一方、配管１８の気化器１７と反対側の端部は、原料タンク２１内の原料に浸漬されており、加圧管２２からの加圧ガスによって加圧された原料タンク２１内の液体原料は配管１８によって導かれる。配管１８には、上流側から、バルブ２４、液体マスフローコントローラ（ＬＭＦＣ）２５、バルブ２６が設けられている。
【００２１】
クリーニング物質供給系３０は、図２に示すように、配管１９から分岐するように、配管３４，４２，４５，４８が設けられており、これら配管の他端側には、それぞれ、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）を貯留するタンク３１、Ｈ_２ボンベ４１、Ｃｌ_２ボンベ４４、ＡｌＣｌ_３ボンベ４７が接続されており、クリーニング物質として、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）、Ｈ_２ガス、Ｃｌ_２ガス、ＡｌＣｌ_３ガスが供給可能となっている。そして、このクリーニング物質供給系３０から気化器１７にこれらクリーニング物質を供給して気化器１７に付着したＣｕを除去するようになっている。
【００２２】
上記タンク３１には加圧管３２が接続されており、この加圧管３２にはバルブ３３が設けられている。一方、配管３４の端部はタンク３１内のＨ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）に浸漬されており、これらが加圧管３２からの加圧ガスによる加圧によって配管３４に導かれる。配管３４には、上流側から、バルブ３５、液体マスフローコントローラ（ＬＭＦＣ）３６、バルブ３７、気化器３８、バルブ３９が設けられている。Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）は気化器３８に気化されるので、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）をガス状態にして気化器１７に導くことができる。なお、気化器３８にも気化器１７と同様、熱伝達用のキャリアガスが導入される。また、上記配管４２，４５，４８の途中には、それぞれ、バルブ４３，４６，４９が設けられており、これらバルブを開閉することによりクリーニング物質を所望の配合のものにすることができる。
【００２３】
上記配管１５は、気化器１７から下流側に延びシャワーヘッド１４に至るが、この配管１５から分岐し、チャンバー１をバイパスしてドライポンプ１２に至るバイパス管５３が設けられている。バイパス管５３の分岐部分近傍にはバルブ５２が設けられており、このバルブ５２と配管１５のバルブ１６のいずれかを開にすることにより、配管１５およびバイパス管５３のいずれかに気化器１７からのガスを流すことができる。そして、クリーニング物質により気化器１７をクリーニングした際のクリーニング物質がバイパス管５３に流されるようになっている。バイパス管５３のドライポンプ１２近傍の下流側部分にはバルブ５４が設けられている。また、チャンバー１の底壁１ｂの側壁近傍部分には、バイパス管５３のバルブ５４下流側の部分に接続される配管５５が設けられている。この配管５５の途中にはバルブ５６が設けられている。
【００２４】
配管１５の周囲にはヒーター６１が巻回されており、またシャワーヘッド１３の内壁にはヒータ６２が設けられている。これらによって配管１５内およびシャワーヘッド１３内を加熱することにより、気化器１７からチャンバー１に供給されるガスが液化されることを防止するようになっている。また、バイパス管５３のバルブ５４に至るまでの部分には、ヒーター６３が巻回されており、これによってバイパス管５３内を加熱することにより、気化器１７をクリーニングした際に生成するクリーニング生成物が液化または固化することを防止して速やかに排気することができる。
【００２５】
このように構成される成膜装置においてＣｕ膜を形成するに際しては、まず、チャンバー１内に半導体ウエハＷを搬入し、サセプタ２の上に載置する。そして、ターボ分子ポンプ９およびドライポンプ１２によりチャンバー１内を減圧しつつ、成膜原料供給系２０の原料タンク（成膜原料供給源）２１から液体状の有機銅化合物原料、例えば、Ｃｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳを気化器１７でガス化して、配管１５および原料導入ポート１４を介してシャワーヘッド１３内に導入し、多数のガス吐出孔１３ａからチャンバー１内へ導入する。なお、この場合には、成膜原料をシャワーヘッド１３に導入可能なように、バルブ１６を開き、バルブ５２は閉じている。また、ヒーター６１，６２により成膜原料ガスが液化することが防止されている。
【００２６】
このように、チャンバー１内にＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳやＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳ等の有機銅化合物からなる成膜原料ガスが供給されると、半導体ウエハＷはサセプタ２内に埋設されたヒーター５により、原料ガスの分解温度以上に加熱されているため、半導体ウエハＷの表面において原料ガスが分解され、半導体ウエハＷ上にＣｕ膜が成膜される。
【００２７】
このようにして成膜処理を繰り返すと、気化器１７およびチャンバー１の内壁には、金属Ｃｕが付着する。特に、気化器１７の内部に金属Ｃｕが付着すると目詰まりを生じ、チャンバー１内に原料ガスを有効に供給することができない事態が生じる。
【００２８】
このため、本実施形態では、所定回数の成膜処理が行われた後、チャンバー１内にウエハＷがない状態で、上述したように、配管１９を介して気化器１７に接続されたクリーニング物質供給系３０から適宜のクリーニング物質を気化器１７内に供給して気化器１７内の金属Ｃｕを除去する。
【００２９】
ここでは、上述したように、タンク３１からは、Ｈ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）が気化器３８で気化された状態で供給可能であり、Ｈ_２ボンベ４１、Ｃｌ_２ボンベ４４、ＡｌＣｌ_３ボンベ４７から、それぞれＨ_２ガス、Ｃｌ_２ガス、ＡｌＣｌ_３ガスが供給可能となっている。そして、クリーニング物質としてＨ（ｈｆａｃ）およびＣｌ_２ガスを用いた場合には、以下の（１）式の反応が生じる。
2Cu＋2Cl_２＋2H(hfac)→Cu^＋＋(hfac)_２＋2HCl＋CuCl_２ ……(1)
すなわち、気化器１７に付着したＣｕがクリーニング生成物であるＣｕ^＋＋（ｈｆａｃ）_２となって除去される。
【００３０】
上記の場合には、Ｃｕは除去されるが、固体の副生成物であるＣｕＣｌ_２が残留するおそれがある。これを残留させないためには、クリーニング物質としてＨ（ｈｆａｃ）、Ｃｌ_２ガス、およびＨ_２ガスを用いればよい。この場合には、以下の（２）式の反応が生じる。
Cu＋Cl_２＋2H(hfac)＋2H^＊→Cu^＋＋(hfac)_２＋2HCl＋H_２ ……(2)
この式に示すように、この場合には、実質的にＣｕＣｌ_２を生じさせずに気化器１７に付着した金属Ｃｕを除去することができる。
【００３１】
また、クリーニング物質としてＨ（ｈｆａｃ）およびＣｌ_２ガスに加えて、またはＣｌ_２ガスの代わりにＡｌＣｌ_３ガスを用いることにより、蒸気圧の高いＣｕＣｌ_２に代えて、蒸気圧の低いＡｌＣｕＣｌ_５を生成させることができるので、クリーニング生成物とともに排出することができる。
【００３２】
なお、Ｈ（ｈｆａｃ）の代わりにＨ（ａｃａｃ）を用いても、Ｈ（ｈｆａｃ）と同様な反応が生じ、同様の効果を得ることができる。
【００３３】
このように気化器１７にクリーニング物質を導入する際に、バルブ５２を開け、バルブ１６を閉じることにより、クリーニング生成物および副生成物をチャンバー１内を通らずにバイパス管５３を介してドライポンプ１２により系外に排出することができる。すなわち、チャンバー１に何等影響を与えることなく、気化器１７のみをクリーニングすることができる。この場合に、ヒーター６３によりバイパス管５３内を２００℃以上に加熱することにより、クリーニング生成物であるＣｕ^＋＋（ｈｆａｃ）_２を気体状態で排出させることができる。
【００３４】
また、バルブ１６を開けることにより、クリーニング物質を気化器１７から配管１５およびシャワーヘッド１３を通ってチャンバー１内に導入することができ、気化器１７で未反応のクリーニング物質をチャンバー１内のクリーニングに用いることもできる。この場合に、ヒーター６１，６２、およびヒーター５により配管１５およびシャワーヘッド１３の内部、ならびにサセプター２を２００℃以上に加熱することによってクリーニング生成物であるＣｕ^＋＋（ｈｆａｃ）_２を気体状態で配管５５を介して排出させることができる。
【００３５】
このように、本実施形態では、液体状の成膜原料である有機銅化合物を気化する気化器１７にクリーニング物質を直接導入するので、気化器１７に付着した金属Ｃｕを有効に除去することができ、気化器１７の目詰まりを解消することができる。また、気化器１７を介してさらにチャンバー１内にもクリーニング物質を導入すれば、チャンバー１内をもクリーニングすることが可能である。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、Ｃｕ原料としてＣｕ（ｈｆａｃ）ＴＭＶＳまたはＣｕ（ｈｆａｃ）ＡＴＭＳを用いたが、これに限るものではない。
【００３７】
また、本発明をＣｕのＣＶＤ成膜に適用した場合について示したが、Ｃｕに限らず、Ａｌ、Ｔｉ等他の金属膜を成膜する場合であっても適用可能である。
【００３８】
さらに、上記実施形態では、クリーニング物質の一つとしてＣｌ_２ガスを用いたが、これに限らずＦ_２ガス等、他のハロゲンガスを用いても同様の効果を得ることができる。
【００３９】
さらに、上記実施形態では成膜対象として半導体ウエハを用いた場合について示したが、本発明の性質上、成膜対象によらないことは明らかであり、ＬＣＤ基板等、他の成膜対象の場合でも適用できることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、液体状または個体状の金属化合物を含む成膜原料を気化する気化器にクリーニング物質を直接導入するので、気化器に付着した金属をクリーニングすることができ、気化器の目詰まりを有効に解消することができる。また、気化器を介してさらにチャンバー内にもクリーニング物質を導入すれば、チャンバー内をもクリーニングすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＶＤ成膜装置を示す断面図。
【図２】図１に示した装置の成膜原料供給系およびクリーニング物質供給系を示す図。
【符号の説明】
１……チャンバー
２……サセプター
５……ヒーター
１３……シャワーヘッド
１５，１８……配管
１７……気化器
２０……成膜原料供給系
２１……原料タンク（成膜原料供給源）
３０……クリーニング物質供給系
Ｗ……半導体ウエハ

Claims

液体状または固体状の金属化合物を含む成膜原料を気化器により気化させてチャンバー内に供給し、チャンバー内の被処理体にＣｕ膜を成膜する成膜装置のクリーニング方法であって、
前記気化器にＨ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、ハロゲンガスと、水素ガスとを含むクリーニング物質を導入することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。
前記ハロゲンガスは、Ｃｌ_２ガスまたはＦ_２ガスであることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置のクリーニング方法。
液体状または固体状の金属化合物を含む成膜原料を気化器により気化させてチャンバー内に供給し、チャンバー内の被処理体にＣｕ膜を成膜する成膜装置のクリーニング方法であって、
前記気化器にＨ（ｈｆａｃ）またはＨ（ａｃａｃ）と、ＡｌＣｌ_３とを含むクリーニング物質を導入することを特徴とする成膜装置のクリーニング方法。