JPH04155827A

JPH04155827A - クリーニング方法

Info

Publication number: JPH04155827A
Application number: JP28079290A
Authority: JP
Inventors: Reiji Niino; 礼二新納; Yasuo Imamura; 今村　靖男; Yuichi Mikata; 見方　裕一; Shinji Miyazaki; 伸治宮崎; Takahiko Moriya; 守屋　孝彦; Katsuya Okumura; 勝弥奥村
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1992-05-28
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3058909B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、クリーニング方法に関する。

（従来の技術）従来から、半導体デバイスの製造工程において、半導体
ウェハ等の被処理基板へのシリコンナイトライド被膜を
減圧ＣＶＤや常圧ＣＶＤ等によって成膜することか行わ
れている。

このようなＳｉ３Ｎ　４系被膜の成膜工程では、石英等
からなる反応容器の周囲に加熱用ヒータを配置して構成
された熱処理装置か一般的に用いられており、例えば所
定温度に保持された反応容器内にウェハボートに収納さ
れた多数枚の半導体ウェハをローディングした後、Ｓｉ
Ｈ４や５ｉ８２　ＣＩ２、ＮＨ３等の反応性ガスを反応
容器内に導入することによって、Ｓｉ３Ｎ　４系被膜の
成膜処理が行われる。

なお、半導体ウェハのロード・アンロードは、通常、処
理温度近傍の温度に保持された反応容器に対して行われ
る。

ところで、上記したような成膜工程を実施すると、熱処
理装置の反応容器やその他石英治具類等にもＳｔ、　Ｎ
　、系被膜が被着する。この反応容器等に被着した８１
３　Ｎ　４系被膜は、膜厚が増加すると剥離して飛散し
半導体ウェハに付着し・て、半導体ウェハの歩留り低下
要因等となるため、通常は、ある頻度で反応容器内の温
度を常温付近まで降温した後、反応容器や石英治具類等
を取り外し、ウェット洗浄することによって５ｊ３Ｎ　
４系被膜を除去することか行われている。

（発明か解決しようとする課題）しかしなから、上述したようなウェット洗浄による熱処
理装置のクリーニング法では、反応容器内温度の昇降温
や反応容器等の取り外し等に伴う装置停止時間が非常に
長いため、熱処理装置の稼働効率を低下させてしまうと
いう問題かあった。

また、熱処理装置においてもロードロックシステムのよ
うに、反応容器内やロープインク部を常に真空保持する
ことが考えられており、このような場合には、クリーニ
ング対象物を容易に取り外すことかできなくなるという
問題がある。また、半導体ウェハの大口径に伴い装置が
大型化した場合、同様な問題を有する。

一方、最近になって装置内にエツチングガスを流してク
リーニングを行う方法か用いられ始めており、特にＣｌ
Ｆ３を用いるとプラズマ状態にしなくてもクリーニング
を行えることが報告されている。しかしなから、ＣｌＦ
３は反応性か高いため、４００℃以上で使用することは
行われず、通常クリーニングは４００℃以下で行われて
いる。従って、４００℃以上特に６００℃以上て成膜を
行う工程においては、ＣｌＦ３クリーニングを行うため
には装置内の温度を４００℃以下まで降温しなければな
らす、長時間のクリーニングとなっていた。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、処理容器内に付着したＳｉ３Ｎ４系被膜のクリー
ニングを、短時間で効率よくかつ安全に実施することを
可能にしたクリーニング方法を提供することを目的とし
ている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち本発明のクリーニング方法は、被処理物を収容
し、該被処理物に処理を施す処理容器の内部に付着した
５ｊ３Ｎ　４系被膜を除去クリーニングするに際し、前
記処理容器内を前記ＳｆＢ　Ｎ　ａ系被膜を形成する温
度よりも若干低い温度でかつ４５０℃以上に保った状態
で、該処理容器内に希釈されたＣｌＦ３を含むクリーニ
ングガスを供給することにより、反応容器のエツチング
を押えながら該反応容器内に付着した５ｊ３Ｎ４系被膜
を除去することを特徴としている。

（作　用）本発明のクリーニング方法においては、例えば５５０℃
〜６５０℃という処理温度より若干低い温度に処理容器
内を保った状態で、ＣＩＦ、を含むクリーニングガスを
導入することによって、処理容器内のクリーニングを行
うため、５ｔ３Ｎ　４系被膜を効率よく除去することが
可能であると共に、処理容器内温度の若干の変更で、成
膜等の処理工程とクリーニング工程とを連続して行うこ
とか可能となる。よって、クリーニングに伴う装置停止
時間を大幅に低減することか可能となる。また、ＣｌＦ
３が例えば１０〜５０体積％の範囲で含まれるクリーニ
ングガスを使用するため、上記したような温度状態の・
処理容器内にＣＩＦｉを含むクリーニングガスを供給し
ても、エツチング効果を維持した上で処理容器等へのダ
メージを抑制することができる。

（実施例）以下、本発明方法をハツチ式縦型熱処理装置のクリーニ
ングに適用した実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図に示すように、縦型熱処理装置１は処理容器例え
ば２重管構造の反応容器２を有しており、この反応容器
２は、例えば石英によって形成された外筒３と、この外
筒３内に同心的に所定の間隔を設けて収容された、例え
ば石英からなる内筒４とから構成されている。また、反
応容器２の周囲には、この反応容器２を囲繞する如く加
熱ヒータ５および図示を省略した断熱材等が配置されて
いる。

上記反応容器２下方の開口部２ａは、円盤状のキャップ
部６により密閉されるよう構成されており、このキャッ
プ部６上に設置された保温筒７の上方に、被処理物であ
る複数の半導体ウェハ８が所定のピッチで積層収容され
た例えば石英からなるウェハボート９が搭載される。こ
れらウエハボ−ト９、保温筒８およびキャップ部６は、
図示を省略した昇降機構によって、一体となって反応容
器２内にローディングされる。

また、反応容器２の下端部には、ガス導入管１０かガス
吐出部１０ａを内筒４内に直線的に突出させて設けられ
ている。上記ガス導入管１０には、反応ガス供給系１１
とクリーニングガス供給系１２とか接続されており、こ
れらの切替えはバルブ１３．１４て行われる。

上記クリーニングガス供給系１２は、エツチングガス源
であるＣＩＰ３ガス供給部１５と、希釈用のキャリアガ
ス例えばＮ２ガス供給部１６とを有しており、それぞれ
マスフローコントローラ１７．１８およびバルブ１９．
２０等を介してガス導入管１０に接続されている。そし
て、上記マスフローコントローラ１７．１８で、ＣｌＦ
３ガスおよびＮ２ガスそれぞれの供給流量を調節するこ
とによって、ＣｌＦ３濃度が所定濃度に希釈されたクリ
ーニングガスかガス導入管１０側に供給される。また、
ＣＩＰ３ガス供給部供給側１５側系２１には、テープヒ
ータ２２か巻装されており、ＣｌＦ３カスか配管内で再
液化することを防止している。

また、反応容器２内にガス導入管１０を介して導入され
たガスは、反応容器２の下端部の外筒３と内筒４との間
隙に開口された排気管２３を介して真空ポンプ２４へと
排出される。

なお、上記真空ポンプ２４としては、オイルフリーのド
ライポンプを用いることか好ましい。これは、クリーニ
ングガスとしてＣＩＦ”３を用いているため、ポンプオ
イルの劣化やオイル中に混入した塩素やフッ素によるポ
ンプ本体の劣化を招く可能性が高いためである。

また、ポンプ２４から排出されたＣＩＦ３を含むガスは
、有害、危険なガス成分を除害装置２５により取り除き
排気される。除害装置２５には、有害、危険なガスを吸
着または分解する薬剤の入った筒２６か収納されている
。

次に、上記縦型熱処理装置を用いたシリコンナイトライ
ド被膜の成膜工程と、反応容器内のフリーニブ工程につ
いて説明する。

ます、成膜工程を説明する。処理温度例えば６００℃〜
８５０℃程度の温度に加熱された反応容器２内に、多数
枚の８インチ径の半導体ウェハ８を収容したウェハボー
ト９をロープインクし、キャップ部６によって反応容器
２を密閉する。次いで反応容器２内を例えばＩ　Ｘ　１
Ｏ−３Ｔｏｒｒ程度に減圧した後、Ｓ　ｉ　ｔ（４，５
ｉＨＣ１ｉ　、ＮＨ３等の処理ガスをガス導入管１０か
ら所定流量供給し、例えば１．０Ｔｏｒｒ程度の真空度
に保持しながら、半導体ウェハ８へのＳｉ、　Ｎ　４被
膜の成膜処理を行う。この際、クリーニングガス供給系
１２側の切替えバルブ１４は、閉状態とされている。

上記成膜処理を終了した後は、水素パージや窒素パージ
等を行って、反応容器２内の処理ガスを除去し、無害な
雰囲気で常圧状態とした後、ウェハボート９を上記反応
容器２からアンローディングする。この際、反応容器２
内の温度は、上記成膜処理温度を維持する。

次に、キャップ部６によって反応容器２を密閉し、上記
処理温度よりも若干低い温度すなわち５５０℃〜６５０
℃程度の温度にされた反応容器２内に、クリーニングガ
スをガス導入管１０から供給し、反応容器２内に付着し
たＳｉ３Ｎ　４系被膜の除去処理を行う。第２図に５ｔ
３Ｎ　４と５ｉｎ２のエツチングレートの温度依存性を
示す。

上記クリーニング条件は、温度が５５０℃より低い場合
には、十分なエツチングレートか得られず、６５０℃よ
り高い場合には、反応容器の石英のエツチングレートか
高くなりＳｉ３Ｎ　４系被膜も十分なエツチングレート
が得られないと共に、５ｊ３Ｎ　４系被膜のエツチング
レートに対する石英のエツチングレートの割合が大きく
なるため、反応容器２等に対するダメージも大きくなる
。

このクリーニング処理に先立って、予めクリーニングガ
ス中のＣｌＦ３濃度が１０〜５０体積％となるように、
ＣｌＦ３ガスおよびＮ２ガスそれぞれの供給流量をマス
フローコントローラ１７．１８て調節しておく。上記ク
リーニングガス中のＣｌＦ３濃度か１０体積％未満では
、上記したような高温下での処理によってもエツチング
レートが小さすぎ、また５０体積９６を超えると、反応
容器２等に対するダメージか大きくなりすきる。

また、反応容器２内の圧力は、５．０Ｔｏｒｒ以下の範
囲に設定することか好ましい。これは、反応容器２内の
圧力か高いほど反応容器２等に対するダメージか大きく
なるためである。そこで、上記反応容器２内の温度およ
びクリーニングガス中のＣｌＦ３濃度や真空ポンプ２４
の排気能力を考慮した上で、反応容器２内の圧力は上記
した範囲とすることか好ましい。

このように、５５０℃〜６５０℃の温度に加熱された反
応容器２内に、ＣＩｈ／ＩＡ度が１０〜５０体積％のク
リーニングガスを導入し、反応容器２内のクリーニング
を行うことによって、反応容器２等に対してダメージを
与えることなく、十分なエツチングレートで付着したシ
リコンナイトライド被膜を除去することかできる。また
、反応容器２内温度を５５０℃〜６５０℃という処理温
度より若干低い温度に設定しているため、成膜工程およ
びクリーニングガス中での移行の際に、反応容器２内の
温度をあまり昇降温する必要かなく、４００℃以下でク
リーニングすることに比べ、クリーニングに要する時間
を大幅に短縮することかできる。よって、熱処理装置の
稼働効率の向上か図れる。

また、装置構造は、ガス導入管１０のガス吐出部１０ａ
を内筒４内に直線的に突出させているため、保温筒８に
クリーニングガスか当たり、反応容器２内でクリーニン
グガスの乱流か起こり、カス導入管１０と対向する部分
のクリーニングも十分に行うことかできる。

次に、上記したクリーニング方法による反応容器等に対
するダメージを評価した結果について説明する。

ます、模擬的にシリコンナイトライド被膜を５μ■の膜
厚で成膜した石英治具に対して、６３０℃に加熱した１
、５Ｔｏｒｒの炉内で、ＣｌＦ３濃度を２０体積％に調
整したクリーニングガス（キャリアガス：Ｎ２）で８０
分のクリーニングを実施したところ、シリコンナイトラ
イド被膜はほぼ完全に除去でき、かつ石英治具の厚さ減
少量は６〜７μｍであった。また、石英治具表面の粗さ
もウェット洗浄と比較してほとんど増加せず、上記クリ
ーニングを実施しても反応容器等に対してほとんどダメ
ージを与えることかないことか判明した。

このように、本発明によれば、プラズマレスにてクリー
ニングを実行できるので、容器内を全面均一にクリーニ
ングできる。プラズマクリーニングの場合には、バッチ
処理のような大容量の処理容器内壁面全面の処理は、プ
ラズマを内壁面全面に立たせる必要があり問題があった
。しかし、本発明の処理によれば、このような問題を生
じることなく均一なりリーニングが行える。また、本発
明のクリーニング方法によれば、反応容器に対して悪影
響を及はすことなく、短時間にかつ効率よく反応容器等
に付着したＳｉ３Ｎ　Ｊ系被膜を除去することが可能で
ある。

なお、上記実施例において、クリーニングガスの供給は
、パルス的（間欠的）に供給してもよいし、適宜処理容
器内で乱流が生じるように供給してもよい。

さらに、上記実施例において、処理容器内への少なくと
もクリーニングガス供給期間、処理容器に超音波を印加
するとさらに迅速に処理できる。

この超音波の印加も強弱をつけると、さらに高速クリー
ニングが可能になる場合かある。

なお、上記実施例においては、成膜処理に適用した例に
ついて説明したが、除去処理例えばエツチング処理、ア
ッシング処理等の処理により、処理容器内に５ｔ３Ｎ　
４系被膜か付着した場合にも効果かある。

［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によれ
ば、処理容器等に対してダメージを与えることなく、短
時間にかつ効率よく処理容器内部のクリーニングを実施
することができる。よって、装置の稼働効率の大幅な向
上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用した縦型熱処理装置の概要を
示す図、第２図はＳｉ２　Ｎ　４とＳｉＯ２のエツチン
グレートの温度依存性を示す図である。１・・・縦型熱処理装置、２・・・反応容器、５・・・
・−加熱ヒータ、８・・・・半導体ウェハ、９・・・・
・ウェハホード、１０・・・・ガス導入管、１０ａ・・
・・・・ガス吐出部、１］・・・反応カス供給系、１２
・・・・・・クリーニングガス供給系、１３．１４・・
・・・切替えバルブ、ユ５・・・・・・ＣｌＦ３ガス供
給部、１６・・・・・・Ｎ２ガス供給部、１７．１８・
・・・・マスフローコントローラ、２３・・・・・排気
管、２４・・真空ポンプ。出願人　　　　　　東京エレクトロン株式会社同　　　
　　　　株式会社　東芝代理人　弁理士　　須　山　佐　− （ほか１名）１０００／Ｔ（に−１）第２図

Claims

【特許請求の範囲】　被処理物を収容し、該被処理物に処理を施す処理容器
の内部に付着したＳｉ＿３Ｎ＿４系被膜を除去クリーニ
ングするに際し、前記処理容器内を前記Ｓｉ＿３Ｎ＿４系被膜を形成する
温度よりも若干低い温度でかつ４５０℃以上に保った状
態で、該処理容器内に希釈されたＣｌＦ＿３を含むクリ
ーニングガスを供給して、該反応容器内に付着したＳｉ
＿３Ｎ＿４系被膜を除去することを特徴とするクリーニ
ング方法。