JP4541739B2 - 半導体装置の製造方法、クリーニング方法及び半導体装置の製造装置 - Google Patents
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Description
(1)NF3ガスクリーニングでは、NF3ガスの分解温度が高いため、高温下でドライクリーニングをすることになり腐食の問題や、SiN膜の石英に対するエッチングレート選択比が取れない。
(2)F2クリーニング(HF添加無し)についてはClF3やNF3を用いるクリーニングに比べ比較的低温である350℃程度まで温度を上げなければならないが、それでもエッチング速度が低く、トータル処理時間が長くなってしまうという問題点がある。そのためにCOO(所有コスト:Cost Of Ownership)の点で満足のいくものは得られない。
(3)F2にHFを添加した混合ガスクリーニングについては300℃程度でエッチングが出来ることが報告されているが、選択比が大きすぎるためSiN膜と一緒に剥れた石英製部材がエッチングされずに、石英製部材が石英粉(パウダー)状となって処理室内に残ってしまう。
その結果、処理室内の金属を腐食させず、クリーニング処理時間が短く、しかも石英粉が処理室内に残らないようにすることができる。
ここで、石英部材としては、処理室を構成する反応容器(例えば反応管)や処理ガスを供給するガス導入ノズル、基板を保持するボートなどの基板保持具等が挙げられる。
したがって、第1のクリーニング工程で、処理室内にF2とHFとの混合ガスを流すので、処理室内の温度が、膜のエッチングレートが実用的に許容できる値を示す所望のクリーニング温度となるように設定されれば、成膜工程において石英製部材に付着した膜を短時間で有効に除去できる。
図5に半導体装置の製造方法を実施するための縦型CVD装置の概略構造を示す。
図2はSiN膜エッチングレートのHF流量依存性データ、図3はSiN膜エッチングレートの温度依存性データ、図4はSiN膜エッチングレート及びSiN膜/石英エッチングレート選択比の温度依存性データである。なお、図中、N2は、クリーニングガスHF、F2を希釈化するガスである。また、Para.はパラメータの意である。
また、2段階のうちの前段のクリーニング工程に、クリーニングガスとして、F2にHFを添加し、例えば300℃の温度条件でSiN膜を優先的にエッチングする。後段のクリーニング工程では、クリーニングガスとしてF2のみとし、例えば300〜350℃の温度条件で石英粉を優先的に取り除く。
このような2段階クリーニングシーケンスを組むと、クリーニング後の石英粉(パウダー)なども取り除け、処理室内に異物が少ない状態を保持することが出来る。
(1)石英チップにて評価
いずれもモニタウェーハを用いた基礎テストに基づいている。ここでモニタウェハは、石英(Si)チップであり、SiN成膜時から炉内に石英チップを投入し、そのままクリーニングを実施してSiN膜を除去した。石英チップ投入箇所は、図5において、ボート頂部6a(TOP)、底部6b(BTM)とした。
(2)TOPとBTMの平均
縦型炉のTOP及びBTMに投入した石英チップの膜厚の平均を取っている。
(3)石英チップへ付けたSiN膜厚差にて測定
SiN膜を成膜した石英チップに一定時間クリーニングを実施し、前後の膜厚差によってエッチングレートを得ている。
図1は、上述した実験結果に基づいた半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するクリーニングシーケンス図である。
スタンバイ状態からプレヒート状態になったとき、内部反応管2内の温度は300℃(第1のクリーニング温度)にされる。このとき、F2ガス及びHFガスはまだ内部反応管2(図5参照)内に供給されていない。
なお、この第2のクリーニング工程は、内部反応管2内の温度を300〜350℃にし、この温度を維持した状態で内部反応管2内にF2ガスのみ(F2+N2)を供給するようにしても、同質の効果が得られる。このときのF2ガスおよびN2ガスの流量はそれぞれ2slm及び8slmとするのが好ましい。
また、実施の形態では、縦型処理炉について説明したが、枚葉式の横型処理炉にも適用可能である。さらには実施形態では、ウェハ7を水平に装填したが、ウェハ7を縦方向に装填するものにも適用することができる。
2 内部反応管(石英製部材)
6 ボート(石英製部材)
7 ウェハ(基板)
8 ガス導入ノズル
9 排気管
11 処理室
Claims (11)
- 内部に耐熱性非金属部材を有する処理室内に基板を収容し、成膜用ガスを供給して、前記基板に対して成膜を行う工程と、
前記成膜後の前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記耐熱性非金属部材に付着した付着物を除去する第1の除去工程と、
前記処理室内にF 2 ガス、または、F 2 ガスとHFガスとを供給して、前記付着物除去後に前記耐熱性非金属部材の表面に残留した残留物を除去する第2の除去工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の除去工程では、前記残留物には、前記第1の除去工程において、前記耐熱性非金属部材が前記付着物と一緒に剥がれることでパウダー状となった前記耐熱性非金属部材を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の除去工程では、前記第1の除去工程よりも、前記付着物よりも前記耐熱性非金属部材の表面のエッチングレートが大きくなる条件にて、前記耐熱性非金属部材の表面をエッチングすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記耐熱性非金属部材とは、石英製部材であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の除去工程では、前記処理室内の温度を300〜350℃とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 内部に耐熱性非金属部材を有する処理室内の基板に対して成膜した後の前記処理室内にクリーニングガスを供給して前記耐熱性非金属部材に付着した付着物を除去する第1の除去工程と、
前記処理室内にF 2 ガス、または、F 2 ガスとHFガスとを供給して、前記付着物除去後に前記耐熱性非金属部材の表面に残留した残留物を除去する第2の除去工程と、
を有することを特徴とするクリーニング方法。 - 前記第2の除去工程では、前記残留物には、前記第1の除去工程において、前記耐熱性非金属部材が前記付着物と一緒に剥がれることでパウダー状となった前記耐熱性非金属部材を含むことを特徴とする請求項6に記載のクリーニング方法。
- 前記第2の除去工程では、前記第1の除去工程よりも、前記付着物よりも前記耐熱性非金属部材の表面のエッチングレートが大きくなる条件にて、前記耐熱性非金属部材の表面をエッチングすることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のクリーニング方法。
- 前記耐熱性非金属部材とは、石英製部材であることを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれかに記載のクリーニング方法。
- 前記第2の除去工程では、前記処理室内の温度を300〜350℃とすることを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれかに記載のクリーニング方法。
- 内部に耐熱性非金属部材を有し、内部で基板に対し成膜処理する処理室と、
前記処理室内に成膜ガスまたはF 2 ガス、または、F 2 ガスとHFガスとを含むクリーニングガスを供給する給気系と、
基板に対して成膜した後の前記処理室内に前記クリーニングガスを供給して前記耐熱性非金属部材に付着した付着物を除去し、
前記処理室内に前記F 2 ガス、または、前記F 2 ガスとHFガスとを供給して、前記付着物除去後に前記耐熱性非金属部材の表面に残留した残留物を除去するように前記給気系を調整する調整部と、
を有すること特徴とする半導体装置の製造装置。
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