JPH11224858A - Cvd装置のクリーニング方法 - Google Patents

Cvd装置のクリーニング方法

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JPH11224858A JP2559998A JP2559998A JPH11224858A JP H11224858 A JPH11224858 A JP H11224858A JP 2559998 A JP2559998 A JP 2559998A JP 2559998 A JP2559998 A JP 2559998A JP H11224858 A JPH11224858 A JP H11224858A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】CVD装置を用いる成膜で、高品質で生産性の
高い薄膜が形成できるようにする。 【解決手段】CVD法により基板上に薄膜成膜を行うC
VD処理装置において、上記CVD処理装置内にフッ素
含有のガスを導入してプラズマを発生させチャンバー内
を洗浄した後、このチャンバー内のコーティング処理と
水素プラズマ処理とを順次施すようにする。ここで、上
記フッ素含有のガスとしてNF3 ガスが用いられる。こ
のようにして、CVD装置内をクリーニングしてから薄
膜を成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はCVD装置内のクリ
ーニング方法に関し、特に残留ガスを容易に除去できる
CVD装置のクリーニング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置あるいは表示用デバイス等で
使用される薄膜トランジスタ(以下、TFTという)の
製造では、プラズマ励起ガスを用いたCVD法により成
膜される珪素系薄膜が多用される。ここで、このような
珪素系薄膜には、アモルファスシリコン膜、窒化シリコ
ン膜等がある。
【0003】しかし、通常のプラズマCVD装置による
このような珪素系薄膜の成膜時には、装置のチャンバー
壁に反応物質が付着する。そして、このような付着物が
剥がれてパーティクルとなる。そこで、ガラス基板にカ
ラー液晶等の表示用デバイスを製造する場合には、10
枚以下のガラス基板に対して製品成膜作業を行った後、
チャンバー内のプラズマ・クリーニングを行うことが必
須となる。
【0004】このプラズマ・クリーニングの方法とし
て、特開平62−214175号公報、特開平63−2
67430号公報に記載されている技術がある。両技術
とも、プラズマCVD装置内で所定の薄膜を成膜後、チ
ャンバー内にNF3 ガスを導入して付着物を除去するも
のである。そして、前者(以下、第1の従来例と記す)
では、さらに水素と窒素との混合ガスをプラズマにして
フッ素を除去する。また、同様に後者(以下、第2の従
来例と記す)では、水素プラズマ処理を施してフッ素を
除去する。
【0005】また、別のプラズマ・クリーニングの方法
として、特開平2−240267号公報に記載されてい
る技術がある。この方法(以下、第3の従来例と記す)
では、成膜後にフッ素を含有するガスを用いてCVD装
置内をプラズマ・エッチングする。そして、このエッチ
ング後に、予めCVD装置のチャンバー内壁をプラズマ
窒化シリコン膜でコーティングし、その後、CVD法で
所定の薄膜を形成する。このようにすることで、SiO
2 膜、PSG膜などの薄膜内に含まれるフッ素量が低減
するものとしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、先述した従来
のCVD装置のクリーニング技術では、以下に述べるよ
うな問題点がある。
【0007】すなわち、第1の従来例では、クリーニン
グ処理の時間が長くなることである。この方法では、通
常のCVD装置での処理時間が30分程度になってしま
う。このために、ガラス基板に表示デバイスを量産製造
する場合に、この長い処理時間で製造コストが大幅に上
昇するようになる。
【0008】また、第2の従来例では、第1の従来例の
場合より更にクリーニング処理時間が長くなり、上記表
示デバイスの生産性が低下するようになる。
【0009】そして、第3の従来例では、CVD装置の
チャンバー内に残留するフッ素の成膜での影響を取りき
れないという問題がある。この場合の問題は、CVD装
置で積層する薄膜を連続して堆積させるときに顕著に現
れる。これについては、本発明との比較で詳細に説明さ
れる。
【0010】また、この第3の従来例では、成膜中にコ
ーティング膜がチャンバー壁から剥離し、表示デバイス
の歩留まりが大幅に低下するという問題が生じる。
【0011】本発明の目的は、CVD装置を用いる薄膜
成膜で上記のような問題を解決し、高品質で生産性の高
い半導体装置あるいは表示デバイスの量産製造を容易に
するためのCVD装置のクリーニング方法を提供するこ
とにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】このために本発明のCV
D装置のクリーニング方法は、CVD法により基板上に
薄膜の形成を行うCVD処理装置において、前記CVD
処理装置内にフッ素含有のガスを導入してプラズマを発
生させ反応室内を洗浄した後、前記反応室内のコーティ
ング処理と水素プラズマ処理とを順次施すようにする。
あるいは、前記反応室内のコーティング処理と水素プラ
ズマ処理とを連続して2回以上繰り返すようにする。
【0013】ここで、前記CVD法により基板上に形成
する薄膜と前記コーティング処理で反応室内に形成する
薄膜とが同一の材料で構成されるようにする。そして、
前記コーティング処理では反応室内にプラズマ窒化シリ
コン膜が形成される。
【0014】なお、前記CVD法により基板上に形成す
る薄膜が窒化シリコン膜とアモルファスシリコン膜の積
層膜になるように選択される。そして、前記フッ素含有
のガスとしてNF3 ガスが用いられる。
【0015】フッ素含有のガスを用いてCVD装置内を
洗浄すると、チャンバー(反応室)内にフッ素ガスが残
留するようになる。そこで、予め、チャンバー内をプラ
ズマ窒化シリコン膜等でコーティング処理し、上記残留
のフッ素ガスをプラズマ窒化シリコン膜等の薄膜中に取
り込み捕獲する。そして、水素プラズマ処理を行うと、
生成する水素ラジカルと上記薄膜表面に残留するフッ素
とが反応しフッ化水素となりチャンバー外に排気され
る。このようにして、成膜前のチャンバー内が清浄化さ
れるようになる。
【0016】
【発明の実施の形態】次に、図1と図2とに基づいて本
発明の実施の形態について説明する。ここで、図1はプ
ラズマCVD処理装置を示す図であり、図2は、図1に
示すプラズマCVD装置を用いてプラズマ・クリーニン
グする場合の本発明の代表的なフロー図である。
【0017】以下、初めにプラズマCVD装置について
説明する。図1に示すように、プラズマCVD装置は、
プラズマ反応室であるチャンバー1内に平行平板型の高
周波電極2と接地電極3、接地電極3上に載置されるガ
ラス基板4、接地電極3を所望の温度に保つためのヒー
ター5、接地電極3を上下に動かすための昇降装置6お
よび高周波電源7を有している。そして、チャンバー1
内にプラズマ励起する反応ガスを導入するためのガス供
給装置8を備えている。ここで、例えば、反応ガスとし
てSiH4 、NH3 、N2 、H2 、NF3 等が使用され
る。更には、反応生成ガス等をチャンバー1から排気す
るために用いられるガス排気装置9を備えている。
【0018】このようなプラズマCVD装置を用いたプ
ラズマ・クリーニング方法についてその概略を図2に基
づいて説明する。
【0019】図2に示すように、初めにプラズマ・エッ
チング処理を行う。このプラズマ・エッチング処理は、
図1で説明したチャンバー1内にNF3 等のフッ素含有
のガスを導入し、高周波電極2と接地電極3間に高周波
電力を供給しフッ素含有ガスをプラズマ励起することで
行われる。なお、ここで、接地電極3上にはガラス基板
4は載置されていない。このプラズマ励起されたフッ素
ガスにより、チャンバー1内壁の付着物が除去され、チ
ャンバー内が洗浄される。
【0020】次に、チャンバー1内のコーティング処理
を行う。このコーティング処理は、図1に示すチャンバ
ー1内にSiH4 、NH3 、N2 を導入し高周波電極2
と接地電極3間に高周波電力を供給することで行われ
る。上記の反応ガスはプラズマ励起し、チャンバー1の
内壁等にプラズマ窒化シリコン膜がコーティングされる
ようになる。すなわち、反応室内が薄膜でプラズマ・コ
ーティングされる。
【0021】次に、チャンバー1内の水素プラズマ処理
を行う。この水素プラズマ処理は、図1に示すチャンバ
ー1内にH2 を導入し高周波電極2と接地電極3間に高
周波電力を供給することで行われる。上記のH2 ガスは
プラズマ励起し、チャンバー1内フッ素ガス、特に上記
反応室内の薄膜表面に析出するフッ素ガスを完全に除去
するようになる。
【0022】このようにしてチャンバー1内をプラズマ
・クリーニングした後、接地電極3上にガラス基板4を
載置し、窒化シリコン膜、アモルファスシリコン膜等の
薄膜を堆積させる。
【0023】また、本発明では水素プラズマ処理後、更
にコーティング処理を施してから成膜工程に入ってもよ
い。
【0024】次に、具体的に第1の実施の形態で本発明
を説明する。以下、上記のようなプラズマCVD装置を
用いてガラス基板上にプラズマ窒化シリコン膜とアモル
ファスシリコン膜とを積層して形成する場合を説明す
る。
【0025】ガス排気装置9を用いて、チャンバー1内
のガス圧力を0.4〜0.6Torrに保持し、ガス供
給装置8を通してNF3 ガスを1000cc/min流
量でチャンバー1内に導入する。そして、13.56M
Hzの高周波電源7で1.2kWの高周波電力を高周波
電力2と接地電力3間に印加する。このようにして、チ
ャンバー1内の付着物をエッチング除去する。
【0026】次に、チャンバー1内のガス圧力を0.8
〜2.0Torrに保持し、ガス供給装置8を通してS
iH4 ガスを150cc/min流量、NH3 を750
cc/min流量、N2 を2000cc/min流量で
チャンバー1内に導入する。そして、13.56MHz
の高周波電源7で800Wの高周波電力を高周波電力2
と接地電力3間に印加する。このようにして、チャンバ
ー1内に膜厚0.4μmのプラズマ窒化シリコン膜で第
1のコーティングをする。
【0027】次に、チャンバー1内のガス圧力を0.8
〜2.0Torrに保持し、ガス供給装置8を通してH
2 ガスを1500cc/min流量でチャンバー1内に
導入する。そして、13.56MHzの高周波電源7で
200Wの高周波電力を高周波電力2と接地電力3間に
印加し、チャンバー1内の水素プラズマ処理を行うよう
にする。
【0028】さらに、チャンバー1内のガス圧力を0.
8〜2.0Torrに保持し、ガス供給装置8を通して
SiH4 ガスを150cc/min流量、NH3 を75
0cc/min流量、N2 を2000cc/min流量
でチャンバー1内に導入する。そして、13.56MH
zの高周波電源7で800Wの高周波電力を高周波電力
2と接地電力3間に印加する。このようにして、チャン
バー1内に膜厚0.1μmのプラズマ窒化シリコン膜で
第2のコーティングをする。
【0029】このようなCVD装置内のプラズマ・クリ
−ニングでは、所要時間は15分以下になるようにでき
る。例えば、NF3 ガスによるプラズマ・エッチング処
理時間は10分程度に、第1のコーティング時間は1分
以下に、水素プラズマ処理の時間は3分程度に、そし
て、第2のコーティング時間は1分以下に設定でき、全
工程時間は15分以下になる。
【0030】以上のようにしてCVD装置内をプラズマ
・クリーニングした後、表示デバイスを形成するために
ガラス基板上に窒化シリコン膜とアモルファスシリコン
膜とを積層して堆積させる。ここで、窒化シリコン膜は
TFTのゲート絶縁膜となり、アモルファスシリコン膜
はTFTのチャネル領域となる。
【0031】具体的には、チャンバー1内の接地電極3
上にガラス基板4を載置し、チャンバー1内のガス圧力
を1.5Torrに保持し、ガラス基板4の温度を30
0℃にする。そして、ガス供給装置8を通してSiH4
ガスを150cc/min流量、NH3 を750cc/
min流量、N2 を2000cc/min流量でチャン
バー1内に導入する。そして、13.56MHzの高周
波電源7で1600Wの高周波電力を高周波電力2と接
地電力3間に印加する。このようにして、膜厚0.1μ
mの窒化シリコン膜をガラス基板4表面に形成する。
【0032】引き続いて、チャンバー1内のガス圧力を
1.0Torrにし、ガラス基板4の温度を300℃に
したままで、ガス供給装置8を通してSiH4 ガスを1
500cc/min流量、H2 を2800cc/min
流量でチャンバー1内に導入する。そして、13.56
MHzの高周波電源7で1200Wの高周波電力を高周
波電力2と接地電力3間に印加する。このようにして、
上記窒化シリコン膜上に積層して膜厚0.1μmのアモ
ルファスシリコン膜を堆積させる。
【0033】次に、本発明の効果について図3と図4に
基づいて説明する。図3は、上記第1の実施の形態で説
明した方法により成膜した積層膜中のフッ素の量をSI
MS分析した結果を示している。また、図4は、比較の
ために、上記第3の従来例の方法で同様に成膜した積層
膜中のフッ素の量をSIMS分析した結果を示してい
る。これらのグラフでSiNは窒化シリコン膜のことで
あり、a−Siはアモルファスシリコン膜のことであ
る。
【0034】なお、上記第3の従来例では、プラズマ・
エッチングの条件はNF3 ガスを使用した上記実施の形
態と同一になるように設定された。また、プラズマ窒化
シリコン膜によるコーティング条件も上記実施の形態で
の第1のコーティングと同一になるように設定された。
【0035】図3から判るように、本発明の方法では、
窒化シリコン膜中には約6×1018原子/cm3 、窒化
シリコン膜とアモルファスシリコン膜との界面には約3
×1019原子/cm3 、アモルファスシリコン膜中には
約5×1016原子/cm3 のフッ素がそれぞれ存在す
る。
【0036】これに対して、図4から判るように、従来
の方法では、窒化シリコン膜中には約2×1019原子/
cm3 、窒化シリコン膜とアモルファスシリコン膜との
界面には約3×1020原子/cm3 、アモルファスシリ
コン膜中には約2×1018原子/cm3 のフッ素がそれ
ぞれ存在する。
【0037】図3と図4を比較して明らかなように、本
発明の方法では、成膜した薄膜中のフッ素の量が大幅に
低減する。特にアモルファスシリコン膜中のフッ素の量
は、従来の方法に比較して2桁ほど低減するようにな
る。また、アモルファスシリコン膜と窒化シリコン膜の
界面では、フッ素の量は従来の方法に比較し1桁程度低
減するようになる。
【0038】また、本発明でのコーティング処理で用い
られるプラズマ窒化シリコン膜は、チャンバーを構成す
る材料との接着性が非常に高く、膜剥離の問題がない。
このために、成膜中のパーティクル発生はほとんどなく
なる。
【0039】このように積層膜中のフッ素量が低減して
くると、膜が高品質になりTFTの信頼性が大幅に向上
するようになる。
【0040】次に、第2の実施の形態でもって本発明を
説明する。この方法は、先述した第1の実施の形態で説
明した方法に、さらに、水素プラズマ処理と第2のコー
ティングとを追加するものである。ここで、水素プラズ
マ処理の条件、第2のコーティング条件は第1の実施の
形態で説明したものと同一になるようにしてよい。
【0041】このプラズマ・クリーニング後に、窒化シ
リコン膜とアモルファスシリコン膜とを積層した場合に
は、膜中のフッ素量は第1の実施の形態より更に低減す
るようになる。
【0042】本発明の特徴であるプラズマ・エッチング
処理後のコーティング処理と水素プラズマ処理の条件
は、上述したものに限定されない。
【0043】コーティング処理では、チャンバー内のガ
ス圧力を0.8〜2.0Torrに保持し、SiH4
スを100〜200cc/min流量、NH3 を500
〜1000cc/min流量、N2 を1000〜300
0cc/min流量に設定する。そして、13.56M
Hzの高周波電力を600〜1000Wの範囲に設定す
る。このようにして、チャンバー内に膜厚0.3〜0.
5μmのプラズマ窒化シリコン膜で第1のコーティング
をする。なお、第2のコーティングでは、プラズマ窒化
シリコン膜の膜厚を0.05〜0.2μmにする。
【0044】水素プラズマ処理では、チャンバー1内の
ガス圧力を0.8〜2.0Torrに保持し、H2 ガス
を1000〜2000cc/min流量に設定する。そ
して、13.56MHzの高周波電力を50〜500W
に設定し、チャンバー内の水素プラズマ処理を行う。こ
こで、接地電極3の温度を200〜300℃に設定して
もよい。
【0045】本発明の方法において、フッ素系ガスによ
るプラズマ・エッチング処理後の第1のコーティングの
役割は、チャンバー内の残留フッ素をプラズマ窒化シリ
コン膜中に取り込むことである。そして、水素プラズマ
処理の役割は、チャンバー内の残留フッ素、特に上記コ
ーティング処理で形成したプラズマ窒化シリコン膜表面
に析出するフッ素をフッ化水素にしガス排気装置を通し
てチャンバー外に排気除去することである。さらに、第
2のコーティングの役割は、水素プラズマ処理で排気除
去できなかったフッ素をさらに膜中に取り込むことであ
る。
【0046】なお、本発明のプラズマ・クリーニングで
は、プラズマ・エッチング処理後、コーティング処理と
水素プラズマ処理とを更に繰り返してもよい。これを繰
り返すことで膜中のフッ素量あるいはその他の不純物は
更に低減し、高品質の薄膜が形成されるようになる。こ
こで、最終段階の水素プラズマ処理を省略してもよい。
これによりプラズマ・クリーニング時間が短縮される。
【0047】以上の実施の形態の説明では、コーティン
グ処理でプラズマ窒化シリコン膜が用いられたが、その
他のCVD法により堆積される薄膜であってもよい。な
お、この場合にチャンバー内に堆積する薄膜には、膜剥
離しないものを選択するのがよい。
【0048】また、水素プラズマ処理では、H2 ガスを
用いられたが、その他水素と窒素の混合ガスが使用され
てもよい。
【0049】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のCVD
装置のクリーニング方法は、CVD法により基板上に薄
膜成膜を行うCVD処理装置において、上記CVD処理
装置内にフッ素含有のガスを導入してプラズマを発生さ
せチャンバー内を洗浄した後、このチャンバー内のコー
ティング処理と水素プラズマ処理とを順次施すようにす
る。ここで、上記CVD法により基板上に形成する薄膜
とコーティング処理でチャンバー内に形成する薄膜とが
同一の材料で構成されるようにする。
【0050】具体的には、上記コーティング処理ではチ
ャンバー内にプラズマ窒化シリコン膜が形成される。ま
た、上記CVD法により基板上に形成する薄膜は、窒化
シリコン膜とアモルファスシリコン膜の積層膜である。
そして、上記フッ素含有のガスとしてNF3 ガスが用い
られる。
【0051】このようにすることで、CVD装置のチャ
ンバー内に残留するフッ素ガスの影響を短時間でほぼ完
全に除去できるようになる。そして、プラズマCVD法
等でもって高品質の薄膜が容易に成膜できるようにな
る。
【0052】また、成膜中にコーティング膜がチャンバ
ー壁から剥離することはなくなり、表示デバイス等の歩
留まりが大幅に向上する。
【0053】このようにして、本発明は、高品質で生産
性の高い半導体装置あるいは表示デバイスの量産製造を
容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するためのCVD装
置の説明図である。
【図2】本発明の実施の形態を説明するためのフロー図
である。
【図3】本発明の効果を説明するためのSIMS分析結
果を示す図である。
【図4】従来の技術で形成する薄膜のSIMS分析結果
を示す図である。
【符号の説明】
1 チャンバー 2 高周波電極 3 接地電極 4 ガラス基板 5 ヒーター 6 昇降装置 7 高周波電源 8 ガス供給装置 9 ガス排気装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CVD法により基板上に薄膜の形成を行
    うCVD処理装置において、前記CVD処理装置内にフ
    ッ素含有のガスを導入してプラズマを発生させ反応室内
    を洗浄した後、前記反応室内のコーティング処理と水素
    プラズマ処理とを順次施すことを特徴とするCVD装置
    のクリーニング方法。
  2. 【請求項2】 前記反応室内のコーティング処理と水素
    プラズマ処理とを連続して2回以上繰り返すことを特徴
    とする請求項1記載のCVD装置のクリーニング方法。
  3. 【請求項3】 前記CVD法により基板上に形成する薄
    膜と前記コーティング処理で反応室内に形成する薄膜と
    が同一の材料で構成されるようにすることを特徴とする
    請求項1または請求項2記載のCVD装置のクリーニン
    グ方法。
  4. 【請求項4】 前記コーティング処理で反応室内にプラ
    ズマ窒化シリコン膜が形成されることを特徴とする請求
    項1、請求項2または請求項3記載のCVD装置のクリ
    ーニング方法。
  5. 【請求項5】 前記CVD法により基板上に形成する薄
    膜が窒化シリコン膜とアモルファスシリコン膜の積層膜
    であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の
    CVD装置のクリーニング方法。
  6. 【請求項6】 前記フッ素含有のガスがNF3 ガスであ
    ることを特徴とする請求項1から請求項5のうち1つの
    請求項に記載のCVD装置のクリーニング方法。
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