JP7367703B2 - 付着物除去方法及び成膜方法 - Google Patents

付着物除去方法及び成膜方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7367703B2
JP7367703B2 JP2020563037A JP2020563037A JP7367703B2 JP 7367703 B2 JP7367703 B2 JP 7367703B2 JP 2020563037 A JP2020563037 A JP 2020563037A JP 2020563037 A JP2020563037 A JP 2020563037A JP 7367703 B2 JP7367703 B2 JP 7367703B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
chamber
passivation
sulfur
deposits
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020563037A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2020137528A1 (ja
Inventor
陽祐 谷本
師門 長田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Showa Denko Materials Co Ltd
Resonac Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd, Showa Denko Materials Co Ltd, Resonac Corp filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Publication of JPWO2020137528A1 publication Critical patent/JPWO2020137528A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7367703B2 publication Critical patent/JP7367703B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32853Hygiene
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02301Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment in-situ cleaning
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56After-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B5/00Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/305Sulfides, selenides, or tellurides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/405Oxides of refractory metals or yttrium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041Cleaning
    • H01L21/02057Cleaning during device manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/02227Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a process other than a deposition process

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Description

本発明は付着物除去方法及び成膜方法に関する。
近年、半導体分野において、シリコン(Si)以外の元素を含有する半導体材料が注目されている。シリコン以外の元素を含有する半導体材料としては、例えば、ゲルマニウム(Ge)、インジウムガリウム砒素(InGaAs)等のIII-V族元素を含有する半導体材料や、金属カルコゲナイドを含有する半導体材料が挙げられる。
これらの半導体材料は、シリコン材料と比較してモビリティ(移動度)が高いというメリットを有しているものの、成膜が困難である場合や、材料間の界面の欠陥密度が高くなる場合があった。
そこで、材料間の界面の欠陥密度を低くするために、ゲルマニウム、モリブデン等の基板の上に硫化水素(H2S)ガスを用いてパッシベーション膜を形成する方法が提案されている(例えば特許文献1を参照)。また、金属カルコゲナイドの成膜方法として、モリブデン酸化物層、タングステン酸化物層を硫化水素ガスで処理して硫化モリブデン層、硫化タングステン層を形成する方法が提案されている(例えば特許文献2を参照)。
日本国特許公開公報 2016年第207789号 日本国特許公開公報 2017年第61743号 日本国特許公開公報 2011年第189338号
材料間の界面の欠陥密度を低くする上記方法においては、高温下で反応が行われるため、該反応が行われるチャンバーの内面や、チャンバーの下流側に配された配管の内面に、硫化水素の分解によって生成した硫黄を含有する付着物が付着する場合があった。
チャンバーの内面やチャンバーの下流側に配された配管の内面に硫黄を含有する付着物が付着した状態で、ウエハ等の基板をチャンバー内に導入すると、チャンバー内を真空にして不活性ガスで置換した際に硫黄のパーティクルがウエハ等の基板に付着するおそれがあった。そして、硫黄のパーティクルが基板に付着すると、製造された半導体構造の性能が低下するおそれがあった。
例えば特許文献3には、プラズマ洗浄装置を用いて基板を洗浄する技術が開示されている。この技術においては、基板の洗浄に使用した六フッ化硫黄ガスに由来する硫黄が基板に付着するので、この付着した硫黄をアルゴンによるスパッタリングで除去している。
しかしながら、特許文献3に開示の技術では、硫黄を物理的に除去しているため、除去された硫黄がプラズマ洗浄装置内の別の場所に再付着したり、プラズマ洗浄装置の下流側に配された配管に再付着したりするという問題があった。
したがって、チャンバーの内面やチャンバーの下流側に配された配管の内面に、硫黄を含有する付着物が付着した場合には、チャンバーを解体して洗浄を行う必要があった。
本発明は、チャンバーの内面又はチャンバーに接続された配管の内面に付着している、硫黄を含有する付着物を、チャンバーを解体することなく除去することが可能な付着物除去方法及び成膜方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明の一態様は以下の[1]~[6]の通りである。
[1] チャンバーの内面及び前記チャンバーに接続された配管の内面の少なくとも一方に付着している、硫黄を含有する付着物を、フッ素含有化合物ガスを含有するクリーニングガスと反応させることにより除去する付着物除去方法。
[2] 温度20℃以上800℃以下、圧力20Pa以上101kPa以下の条件下で、前記クリーニングガスを前記付着物に接触させる[1]に記載の付着物除去方法。
[3] 前記フッ素含有化合物ガスが、フッ素ガス、三フッ化窒素ガス、及びフッ素化炭化水素ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記フッ素化炭化水素ガスが、下記式(1)、(2)、(3)、及び(4)で表される化合物のうちの少なくとも1種のガスである[1]又は[2]に記載の付着物除去方法。
CH4-mm ・・・(1)
26-nn ・・・(2)
38-qq ・・・(3)
410-rr ・・・(4)
ただし、上記式(1)中のmは1以上4以下の整数であり、上記式(2)中のnは1以上6以下の整数であり、上記式(3)中のqは1以上8以下の整数であり、上記式(4)中のrは1以上10以下の整数である。
[4] 前記フッ素含有化合物ガスがフッ素ガスである[1]又は[2]に記載の付着物除去方法。
[5] 硫黄含有化合物ガスを含有するパッシベーションガスを、基板が収容されたチャンバーに供給し、前記基板と前記パッシベーションガスとを反応させて、前記基板の表面にパッシベーション膜を成膜するパッシベーション工程と、
前記パッシベーション工程を行った後に、前記チャンバーの内面及び前記チャンバーに接続された配管の内面の少なくとも一方に付着している、硫黄を含有する付着物を除去する付着物除去工程と、
を備え、
前記付着物除去工程を、[1]~[4]のいずれか一項に記載の付着物除去方法によって行う成膜方法。
[6] 前記硫黄含有化合物ガスが硫化水素ガスである[5]に記載の成膜方法。
本発明によれば、チャンバーの内面又はチャンバーに接続された配管の内面に付着している、硫黄を含有する付着物を、チャンバーを解体することなく除去することが可能である。
本発明に係る成膜方法の一実施形態を説明する成膜装置の概略図である。
本発明の一実施形態について以下に説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。
〔第一実施形態〕
本発明の第一実施形態は、付着物除去方法の実施形態であり、チャンバーの内面及びチャンバーに接続された配管の内面の少なくとも一方に付着している、硫黄を含有する付着物(以下、単に「付着物」と記すこともある)を、フッ素含有化合物ガスを含有するクリーニングガスと反応させることにより除去する方法である。なお、フッ素含有化合物ガスとクリーニングガスは硫黄原子を含有しない。
硫黄を使用する反応をチャンバー中で行った場合などにおいては、チャンバーの内面や、チャンバーに接続された配管(例えば、チャンバーの上流側に接続されたクリーニングガスの給気用配管や、チャンバーの下流側に接続された排気用配管)の内面に、硫黄を含有する付着物が付着する場合がある。付着物が付着したまま次の反応を行うと、反応に悪影響が及ぶおそれがあるので、付着物を除去した後に次の反応を行うことが好ましい。
第一実施形態に係る付着物除去方法は、付着物にクリーニングガスを接触させ、付着物中の硫黄とクリーニングガス中のフッ素含有化合物ガスとを反応させて六フッ化硫黄等の硫黄フッ化物ガスを生成することによって付着物を除去するので、チャンバーの内面やチャンバーに接続された配管の内面に付着している付着物を、チャンバーを解体することなく除去することが可能である。よって、付着物の除去を容易に行うことができる。
クリーニングガスと付着物との接触は、温度20℃以上800℃以下の条件下で行うことが好ましく、温度40℃以上600℃以下の条件下で行うことがより好ましい。800℃以下の温度であれば、クリーニングガス中のフッ素含有化合物ガスや生成した硫黄フッ化物ガスがチャンバーや配管を形成するステンレス鋼等の金属材料を腐食させにくいことに加えて、付着物中の硫黄とクリーニングガス中のフッ素含有化合物ガスとの反応によって生成した硫黄フッ化物ガスが硫黄へ戻る逆反応が起こりにくい。一方、20℃以上の温度であれば、付着物中の硫黄とクリーニングガス中のフッ素含有化合物ガスとの反応が進行しやすい。
また、クリーニングガスと付着物との接触は、絶対圧力で圧力20Pa以上101kPa以下の条件下で行うことが好ましく、圧力60Pa以上90kPa以下の条件下で行うことがより好ましい。101kPa以下の圧力であれば、チャンバーや配管に不具合が生じにくい。例えば、チャンバーが、基板とパッシベーションガスとを反応させて基板の表面にパッシベーション膜を成膜する成膜装置の反応容器である場合には、減圧環境下での使用が前提となるので、圧力条件は101kPa以下であることが好ましい。一方、20Pa以上の圧力であれば、付着物中の硫黄とクリーニングガス中のフッ素含有化合物ガスとの反応が進行しやすい。
フッ素含有化合物ガスは、フッ素原子を有する化合物のガスであって、さらには硫黄原子を有しないガスであり、例えば、フッ素ガス(F2)、三フッ化窒素ガス(NF3)、及びフッ素化炭化水素ガスを挙げることができる。フッ素化炭化水素ガスとしては、下記式(1)、(2)、(3)、及び(4)で表される化合物のうちの少なくとも1種のガスが挙げられる。
CH4-mm ・・・(1)
26-nn ・・・(2)
38-qq ・・・(3)
410-rr ・・・(4)
ただし、上記式(1)中のmは1以上4以下の整数であり、上記式(2)中のnは1以上6以下の整数であり、上記式(3)中のqは1以上8以下の整数であり、上記式(4)中のrは1以上10以下の整数である。
上記式(1)で表される化合物の例としては、テトラフルオロメタン(CF4)、トリフルオロメタン(CHF3)、ジフルオロメタン(CH22)、フルオロメタン(CH3F)が挙げられる。上記(2)で表される化合物の例としては、ヘキサフルオロエタン(C26)、ペンタフルオロエタン(C2HF5)、テトラフルオロエタン(C224)、トリフルオロエタン(C233)、ジフルオロエタン(C242)、フルオロエタン(C25F)が挙げられる。上記(3)で表される化合物の例としては、オクタフルオロプロパン(C38)、ヘプタフルオロプロパン(C3HF7)、ヘキサフルオロプロパン(C326)、ペンタフルオロプロパン(C335)、テトラフルオロプロパン(C344)、トリフルオロプロパン(C353)、ジフルオロプロパン(C362)、フルオロプロパン(C37F)が挙げられる。上記(4)で表される化合物の例としては、デカフルオロブタン(C410)、ノナフルオロブタン(C4HF9)、オクタフルオロブタン(C428)、ヘプタフルオロブタン(C437)、ヘキサフルオロブタン(C446)、ペンタフルオロブタン(C455)、テトラフルオロブタン(C464)、トリフルオロブタン(C473)、ジフルオロブタン(C482)、フルオロブタン(C49F)が挙げられる。
なお、上記式(1)、(2)、(3)、及び(4)で表される化合物であれば、上記の化合物に限定されず、異性体も含めることができる。
これらのフッ素含有化合物ガスの中では、フッ素ガス、三フッ化窒素ガス、及びテトラフルオロメタンが好ましく、フッ素ガスがより好ましい。
フッ素ガスは101kPaの圧力下では50℃以上の温度で硫黄と反応するため、クリーニングガス中にフッ素ガスを含有する場合は、50℃以上800℃以下の温度でクリーニングガスと硫黄(付着物)を接触させることが好ましい。なお、クリーニングガス中にフッ素ガスを含有する場合は、付着物を効率的に除去するために、チャンバーの内部や配管を加熱しながら付着物の除去を行うことが好ましい。
クリーニングガスにおけるフッ素含有化合物ガスの含有比率は、硫黄(付着物)を除去するのに十分な量であれば特に限定されるものではないが、5体積%以上であることが好ましく、20体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることがさらに好ましく、100体積%であることが特に好ましい。クリーニングガスに含有されるフッ素含有化合物ガス以外の成分は、硫黄原子を有しない化合物のガスであれば特に限定されるものではないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを挙げることができる。
チャンバーは、硫化水素に対する耐性を有する素材で形成されていれば特に限定されるものではないが、所定の圧力に減圧可能な構造を有することが好ましく、素材としては例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムなどを挙げることができる。また、チャンバーに接続された配管についても、硫化水素に対する耐性を有する素材で形成されていれば特に限定されるものではないが、所定の圧力に耐える構造を有することが好ましい。例えば、半導体の成膜装置に反応容器として備えられるチャンバー、及び、該チャンバーに接続された配管に対して、第一実施形態に係る付着物除去方法を好適に適用することができる。
〔第二実施形態〕
本発明の第二実施形態は、成膜方法の実施形態であり、硫黄含有化合物ガスを含有するパッシベーションガスを、基板が収容されたチャンバーに供給し、基板とパッシベーションガスとを反応させて、基板の表面にパッシベーション膜を成膜するパッシベーション工程と、パッシベーション工程を行った後に、チャンバーの内面及びチャンバーに接続された配管の内面の少なくとも一方に付着している、硫黄を含有する付着物を除去する付着物除去工程と、を備える方法である。そして、この付着物除去工程は、第一実施形態の付着物除去方法によって行われるものである。
パッシベーションガスを用いて基板の表面にパッシベーション膜を成膜するパッシベーション工程においては、チャンバーの内面や、チャンバーに接続された配管(例えば、チャンバーの上流側に接続されたパッシベーションガス又はクリーニングガスの給気用配管や、チャンバーの下流側に接続された排気用配管)の内面に、硫黄を含有する付着物が付着する場合がある。
チャンバーの内面や配管の内面に付着物が付着した状態で基板をチャンバー内に導入すると、チャンバー内を真空にして不活性ガスで置換した際に硫黄のパーティクルが基板に付着するおそれがある。そして、硫黄のパーティクルが基板に付着すると、製造された半導体構造の性能が低下するおそれがある。また、硫黄のパーティクルが基板に付着したまま次のパッシベーション工程を行うと、パッシベーション膜の成膜速度や膜質の低下などの不具合が生じるおそれがある。よって、付着物を除去した後に次のパッシベーション工程を行うことが好ましい。
第二実施形態に係る成膜方法は、付着物にクリーニングガスを接触させ、付着物中の硫黄とクリーニングガス中のフッ素含有化合物ガスとを反応させて六フッ化硫黄等の硫黄フッ化物ガスを生成することによって付着物を除去するので、チャンバーの内面やチャンバーに接続された配管の内面に付着している付着物を、チャンバーを解体することなく除去することが可能である。よって、付着物の除去を容易に行うことができる。また、第二実施形態に係る成膜方法であれば、付着物の除去によって硫黄のパーティクルが基板に付着することを抑制することができるので、優れた性能を有する半導体構造を製造することができる。
なお、第二実施形態に係る成膜方法においては、パッシベーション工程を行うごとに毎回必ず付着物除去工程を行わなければならないわけではなく、パッシベーション工程を複数回行うごとに付着物除去工程を行ってもよい。パッシベーション工程を行う回数に対して付着物除去工程を行う回数を少なくすれば、成膜装置の利用効率を向上させることができる。
硫黄含有化合物ガスを含有するパッシベーションガスの種類は、硫黄を有する化合物のガスであれば特に限定されるものではないが、パッシベーション性能が良好であることから硫化水素ガスが好ましい。
パッシベーションガスにおける硫黄含有化合物ガスの含有比率は、パッシベーション膜の成膜に十分な量であれば特に限定されるものではないが、1体積%以上であることが好ましく、2体積%以上であることがより好ましく、10体積%以上であることがさらに好ましく、100体積%であることが特に好ましい。パッシベーションガスに含有される硫黄含有化合物ガス以外の成分は、特に限定されるものではないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを挙げることができる。
基板を形成する材料の種類は、半導体材料であれば特に限定されるものではないが、例えば、シリコン、ゲルマニウム、III-V族化合物、モリブデン、タングステン等の元素を含有する材料が挙げられる。シリコンとしては、半導体素子の形成に使用されるシリコンが好適であり、例えば、アモルファスシリコン、ポリシリコン、単結晶シリコンなどが挙げられる。ゲルマニウム、III-V族化合物、モリブデン、タングステンについても、半導体素子の形成に使用されるものが好適である。
パッシベーション工程においてパッシベーション膜を成膜する際のチャンバー内の圧力は、特に限定されるものではないが、1Pa以上101kPa以下であることが好ましく、10Pa以上90kPa以下であることがより好ましく、100Pa以上80kPa以下であることがさらに好ましい。
パッシベーション工程において基板とパッシベーションガスとを反応させる際の基板の温度は、特に限定されるものではないが、基板の表面のパッシベーションガスによる処理の高い面内均一性を得るためには、20℃以上1500℃以下であることが好ましく、50℃以上1200℃以下であることがより好ましく、100℃以上1000℃以下であることがさらに好ましい。
パッシベーション工程においてパッシベーション時間の長さは特に限定されるものではないが、半導体素子製造プロセスの効率を考慮すると、120分以内であることが好ましい。なお、パッシベーション時間とは、基板が収容されたチャンバーにパッシベーションガスを供給してから、パッシベーションガスによる基板の表面の処理を終えるためにチャンバー内のパッシベーションガスを真空ポンプ等により排気するまでの時間を指す。
第二実施形態に係る成膜方法は、基板の表面にパッシベーション膜を成膜する半導体の成膜装置に対して好適に適用することができる。この成膜装置の構造は特に限定されるものではなく、反応容器であるチャンバー内に収容された基板と、チャンバーに接続された配管との位置関係も特に限定されない。
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をより詳細に説明する。
(実施例1)
図1に示す成膜装置1を用いて、基板の表面にパッシベーション膜を成膜するパッシベーション工程と、硫黄を含有する付着物を除去する付着物除去工程とを繰り返し行った。成膜装置1は、パッシベーション工程や付着物除去工程を行うチャンバー10と、チャンバー10の内部の温度を調整する温度調整装置(図示せず)と、を有する。チャンバー10の内部には、試料20を支持するステージ11が備えられている。試料20としては、シリコン基板上に厚さ150nmのシリコン酸化膜が形成され、さらにその上に厚さ80nmのゲルマニウム膜が形成されたものを使用した。
チャンバー10には、その上流側に、硫黄含有化合物ガスを含有するパッシベーションガスをチャンバー10に供給するパッシベーションガス給気用配管12と、フッ素含有化合物ガスを含有するクリーニングガスをチャンバー10に供給するクリーニングガス給気用配管13と、不活性ガスをチャンバー10に供給する不活性ガス給気用配管14とが、それぞれバルブ32、33、34を介して接続されている。
また、チャンバー10には、その下流側に、チャンバー10内のガスを外部に排出する排気用配管15が接続されており、排気用配管15の下流側にはバルブ35を介して真空ポンプ38が接続されている。チャンバー10の内部の圧力は、バルブ35を制御する圧力コントローラ37により制御される。
このような成膜装置1を使用して、まずパッシベーション工程を行った。ステージ11上に試料20を設置し、チャンバー10内の圧力を10Pa未満まで減圧した後に、チャンバー10内の温度を800℃に昇温した。その後、バルブ32を開状態とし、パッシベーションガス給気用配管12からチャンバー10内にパッシベーションガスとして硫化水素ガスを101kPaの圧力で供給した。このときのパッシベーションガスの流量は100sccmとし、試料20の表面にパッシベーション膜を成膜する際のチャンバー10内の圧力は67kPaとした。なお、sccmは、0℃、101.3kPaにおける流量(mL/min)を表す。
パッシベーションガスの導入を30分間行って、温度800℃、圧力67kPaの条件下で試料20の表面を硫化しパッシベーション膜を成膜したら、パッシベーションガスの導入を停止した。そして、チャンバー10の内部を真空ポンプ38で真空にし、不活性ガス給気用配管14からチャンバー10内に不活性ガスを供給してチャンバー10の内部を不活性ガスで置換した。その後、チャンバー10内の温度を室温に下げて、パッシベーション膜を成膜した試料20をチャンバー10から取り出した。
次に、成膜装置1を使用して付着物除去工程を行った。試料20を取り出したチャンバー10内の圧力を10Pa未満まで減圧した後に、チャンバー10内の温度を500℃に昇温した。その後、バルブ33を開状態とし、クリーニングガス給気用配管13からチャンバー10の内部及び排気用配管15にクリーニングガスとしてフッ素ガスと窒素ガスの混合ガス(フッ素ガスの濃度は20体積%であり、窒素ガスの濃度は80体積%である)を供給した。このときのクリーニングガスの流量は100sccmとし、付着物を除去する際のチャンバー10内の圧力は67kPaとした。
クリーニングガスの導入を5分間行って、温度500℃、圧力67kPaの条件下で付着物とフッ素ガスとを反応させて付着物の除去を行ったら、クリーニングガスの導入を停止した。そして、チャンバー10の内部を真空ポンプ38で真空にし、不活性ガス給気用配管14からチャンバー10内に不活性ガスを供給してチャンバー10の内部を不活性ガスで置換した。
付着物除去工程が終了したら、上記と同様にしてパッシベーション工程を行い、新たな試料20にパッシベーション膜を成膜した。そして、上記と同様にして付着物除去工程を行った。このような操作を繰り返して、パッシベーション膜を成膜した試料20を合計で100枚製造した。
(実施例2)
付着物除去工程におけるチャンバー10内の温度を350℃、圧力を100Paとした点以外は、実施例1と同様にして、パッシベーション膜を成膜した試料20を100枚製造した。
(実施例3)
付着物除去工程におけるチャンバー10内の温度を20℃とした点以外は、実施例1と同様にして、パッシベーション膜を成膜した試料20を100枚製造した。
(実施例4)
付着物除去工程におけるチャンバー10内の温度を800℃とした点以外は、実施例1と同様にして、パッシベーション膜を成膜した試料20を100枚製造した。
(実施例5)
付着物除去工程におけるチャンバー10内の圧力を20Paとした点以外は、実施例1と同様にして、パッシベーション膜を成膜した試料20を100枚製造した。
(実施例6)
付着物除去工程におけるチャンバー10内の圧力を101kPaとした点以外は、実施例1と同様にして、パッシベーション膜を成膜した試料20を100枚製造した。
(実施例7)
付着物除去工程におけるクリーニングガス給気用配管13から供給するクリーニングガスを三フッ化窒素ガス(窒素ガスとの混合ガスではなく、100体積%の三フッ化窒素ガス)とした点以外は、実施例1と同様にして、パッシベーション膜を成膜した試料20を100枚製造した。
(実施例8)
付着物除去工程におけるクリーニングガス給気用配管13から供給するクリーニングガスをテトラフルオロメタンガス(窒素ガスとの混合ガスではなく、100体積%のテトラフルオロメタンガス)とした点以外は、実施例1と同様にして、パッシベーション膜を成膜した試料20を100枚製造した。
(比較例1)
付着物除去工程を行わずパッシベーション工程のみを繰り返し行う点以外は、実施例1と同様にして、パッシベーション膜を成膜した試料20を100枚製造した。
実施例1~8及び比較例1の試料20について、1枚目から100枚目の各試料20のパッシベーション工程が終了するたびに、試料20の表面に付着している硫黄のパーティクルの個数を測定した。パーティクルの個数の測定は、KLAテンコール社製のウエハ検査装置サーフスキャン(登録商標)6240を用いて行った。測定結果を表1に示す。
Figure 0007367703000001
表1から分かるように、付着物除去工程を行わずパッシベーション工程のみを繰り返し行う比較例1では、行ったパッシベーション工程の回数が多くなるに連れて、すなわちパッシベーション膜を成膜した試料20の製造枚数が多くなるに連れて、試料20に付着したパーティクルの個数が多くなり、30回目では1000個/m2以上、100回目では6000個/m2以上であった。
これに対して、パッシベーション工程の後に付着物除去工程を行った実施例1~8では、試料20に付着したパーティクルの個数は少なく、パッシベーション工程の回数が100回目でも実施例1、2では100個/m2以下であり、他の実施例でも1000個/m2以下であった。
このように、付着物除去工程を行うことにより、チャンバーを解体洗浄することなく、付着するパーティクルの個数を低く保ったままパッシベーション工程を繰り返し行うことができることが示された。
1・・・成膜装置
10・・・チャンバー
11・・・ステージ
12・・・パッシベーションガス給気用配管
13・・・クリーニングガス給気用配管
14・・・不活性ガス給気用配管
15・・・排気用配管
20・・・試料

Claims (5)

  1. チャンバーの内面及び前記チャンバーに接続された配管の内面の少なくとも一方に付着している、硫黄を含有する付着物を、フッ素含有化合物ガスを含有するクリーニングガスと反応させることにより除去し、前記フッ素含有化合物ガスがフッ素ガスである付着物除去方法。
  2. チャンバーの内面及び前記チャンバーに接続された配管の内面の少なくとも一方に付着している、硫黄を含有する付着物を、フッ素含有化合物ガスを含有するクリーニングガスと反応させることにより除去し、前記フッ素含有化合物ガスが、フッ素ガス及び三フッ化窒素ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種である付着物除去方法。
  3. 温度20℃以上800℃以下、圧力20Pa以上101kPa以下の条件下で、前記クリーニングガスを前記付着物に接触させる請求項1又は請求項2に記載の付着物除去方法。
  4. 硫黄含有化合物ガスを含有するパッシベーションガスを、基板が収容されたチャンバーに供給し、前記基板と前記パッシベーションガスとを反応させて、前記基板の表面にパッシベーション膜を成膜するパッシベーション工程と、
    前記パッシベーション工程を行った後に、前記チャンバーの内面及び前記チャンバーに接続された配管の内面の少なくとも一方に付着している、硫黄を含有する付着物を除去する付着物除去工程と、
    を備え、
    前記付着物除去工程を、請求項1~3のいずれか一項に記載の付着物除去方法によって行う成膜方法。
  5. 前記硫黄含有化合物ガスが硫化水素ガスである請求項4に記載の成膜方法。
JP2020563037A 2018-12-25 2019-12-10 付着物除去方法及び成膜方法 Active JP7367703B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018240575 2018-12-25
JP2018240575 2018-12-25
PCT/JP2019/048352 WO2020137528A1 (ja) 2018-12-25 2019-12-10 付着物除去方法及び成膜方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2020137528A1 JPWO2020137528A1 (ja) 2021-11-04
JP7367703B2 true JP7367703B2 (ja) 2023-10-24

Family

ID=71127187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020563037A Active JP7367703B2 (ja) 2018-12-25 2019-12-10 付着物除去方法及び成膜方法

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220059327A1 (ja)
EP (1) EP3905309A4 (ja)
JP (1) JP7367703B2 (ja)
KR (1) KR102662111B1 (ja)
CN (1) CN113261081B (ja)
IL (1) IL284319A (ja)
SG (1) SG11202106864TA (ja)
TW (1) TWI724689B (ja)
WO (1) WO2020137528A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001520463A (ja) 1997-10-21 2001-10-30 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド エッチングチャンバ洗浄方法
JP2009503882A (ja) 2005-08-04 2009-01-29 アビザ テクノロジー リミティド 基材の処理方法
JP2015534722A (ja) 2012-09-10 2015-12-03 ソルヴェイ(ソシエテ アノニム) F2を用いたチャンバーの洗浄方法及びこの方法のためのf2の製造プロセス
JP2016207789A (ja) 2015-04-20 2016-12-08 東京エレクトロン株式会社 パッシベーション処理方法、半導体構造の形成方法及び半導体構造

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0922892A (ja) * 1995-07-04 1997-01-21 Hitachi Ltd 化合物半導体装置の製造方法
KR100189338B1 (ko) 1996-12-30 1999-06-01 오상수 모터 케이싱용 사출금형
KR100207789B1 (ko) 1997-01-22 1999-07-15 윤종용 폴리건미러의 압착력유지장치
US6566269B1 (en) * 2000-07-14 2003-05-20 Lucent Technologies Inc. Removal of post etch residuals on wafer surface
US6581612B1 (en) * 2001-04-17 2003-06-24 Applied Materials Inc. Chamber cleaning with fluorides of iodine
JP2007530792A (ja) * 2004-03-24 2007-11-01 マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー 表面堆積物を除去するための遠隔チャンバ方法
US20070006893A1 (en) * 2005-07-08 2007-01-11 Bing Ji Free radical initiator in remote plasma chamber clean
GB0516054D0 (en) * 2005-08-04 2005-09-14 Trikon Technologies Ltd A method of processing substrates
JP2009076590A (ja) * 2007-09-19 2009-04-09 Hitachi Kokusai Electric Inc クリーニング方法
JP2011189338A (ja) * 2010-02-22 2011-09-29 Hitachi High-Tech Instruments Co Ltd プラズマ洗浄方法
JP5550412B2 (ja) 2010-03-29 2014-07-16 岩谷産業株式会社 真空吸気配管のクリーニング方法
CN102339775A (zh) * 2011-09-23 2012-02-01 复旦大学 砷化镓表面自体氧化物清洗、纯化及淀积Al2O3介质的方法
US20130220380A1 (en) * 2012-02-29 2013-08-29 Solar Turbines Incorporated Hot air injector cleaning system and process
JP5933347B2 (ja) * 2012-06-04 2016-06-08 大陽日酸株式会社 炭化珪素除去方法
JP6210039B2 (ja) * 2014-09-24 2017-10-11 セントラル硝子株式会社 付着物の除去方法及びドライエッチング方法
KR102647983B1 (ko) * 2018-12-25 2024-03-15 가부시끼가이샤 레조낙 부착물 제거 방법 및 성막 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001520463A (ja) 1997-10-21 2001-10-30 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド エッチングチャンバ洗浄方法
JP2009503882A (ja) 2005-08-04 2009-01-29 アビザ テクノロジー リミティド 基材の処理方法
JP2015534722A (ja) 2012-09-10 2015-12-03 ソルヴェイ(ソシエテ アノニム) F2を用いたチャンバーの洗浄方法及びこの方法のためのf2の製造プロセス
JP2016207789A (ja) 2015-04-20 2016-12-08 東京エレクトロン株式会社 パッシベーション処理方法、半導体構造の形成方法及び半導体構造

Also Published As

Publication number Publication date
IL284319A (en) 2021-08-31
SG11202106864TA (en) 2021-07-29
TWI724689B (zh) 2021-04-11
CN113261081A (zh) 2021-08-13
TW202030354A (zh) 2020-08-16
CN113261081B (zh) 2024-04-12
KR20210092813A (ko) 2021-07-26
JPWO2020137528A1 (ja) 2021-11-04
WO2020137528A1 (ja) 2020-07-02
EP3905309A4 (en) 2022-03-16
KR102662111B1 (ko) 2024-05-03
US20220059327A1 (en) 2022-02-24
EP3905309A1 (en) 2021-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI293900B (en) Free radical initiator in remote plasma chamber clean
KR101953044B1 (ko) 규소 화합물용 에칭 가스 조성물 및 에칭 방법
JP7367703B2 (ja) 付着物除去方法及び成膜方法
TW201903869A (zh) 乾蝕刻方法及乾式清潔方法
JP7409322B2 (ja) 付着物除去方法及び成膜方法
TWI807227B (zh) 附著物除去方法及成膜方法
JP4320389B2 (ja) Cvdチャンバーのクリーニング方法およびそれに用いるクリーニングガス
JP7359159B2 (ja) 付着物除去方法及び成膜方法
TWI760918B (zh) 附著物除去方法及成膜方法
TWI732848B (zh) 半導體製造裝置的洗滌方法
Mitchell et al. NF 3 chamber clean additive

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220921

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20230131

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20230201

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20230307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230425

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230824

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230912

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230925

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7367703

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151