JP3576828B2 - Etching method and substrate processing apparatus - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエッチング方法及び基板処理装置に係わり、特に３フッ化塩素（ＣｌＦ_３ ）ガスを用いて、半導体ウェハなどの種々の基板あるいは処理容器内の堆積物を高速にエッチングするためのエッチング方法及び基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣｌＦ_３ ガスは強力なフッ化材であり、室温でシリコン（Ｓｉ）や窒化シリコン（ＳｉＮ_Ｘ ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などと反応し、蒸気圧が高い揮発性のフッ素化合物を形成する一方で、薄膜形成装置の処理容器を形成する石英やステンレスとはほとんど反応しない性質を持つことが知られている。これは、例えば、岩谷産業株式会社・セントラル硝子株式会社提供のＣｌＦ_３ 技術資料（１９９５年２月）において開示されている。そのため１９９０年前後から、ＣｌＦ_３ ガスは半導体デバイスの製造分野において、主にアモルファス・シリコンを対象とした薄膜形成装置の処理容器内クリーニング用ガスとして使用されはじめた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アモルファス・シリコンとは容易に反応し、コスト面でも実用的に充分なエッチング速度を達成できるＣｌＦ_３ であるが、シリコン窒化膜（Ｓｉ_ｘＮ_ｙ）のエッチングに適用した場合の反応速度は遅く、ＣｌＦ_３ ガス単体ではポリシリコンの１／１０乃至１／１００程度のエッチング速度しか得られないという欠点がある（例えば、ＵＬＳＩ生産技術緊急レポート編集委員会編「半導体メーカのウェーハ洗浄仕様と問題点」（株）サイエンスフォーラム、ｐ１２５）。
【０００４】
他の化学反応の場合と同様に、ＣｌＦ_３ ガスを用いた場合も、シリコン窒化膜に対するエッチング速度は温度の上昇と共に高速化する。したがって、エッチング対象物を高温にすれば実用上充分なエッチング速度が得られる。
【０００５】
しかし、実際にはあまり高温にすると処理容器内の構成部材もエッチングされてしまうため処理温度の上限が存在する。その上限温度は、処理容器内にＳＵＳ（ステンレス）を使用している場合に７０℃前後、炭化珪素（ＳｉＣ）を使用している場合には２５０℃前後である。この上限温度におけるエッチング速度は、実際の生産装置、特に枚葉式薄膜形成装置の処理容器クリーニング・プロセスに適用するには不充分な速度である。このため、シリコン窒化膜のエッチングの高速化は、実用的な枚葉式シリコン窒化膜形成装置を実現するための極めて重要な技術課題である。
【０００６】
一方で、ＣｌＦ_３ に他のガスを添加して、シリコン窒化膜のエッチング速度を高速化する試みは以前からなされている。例えば、岩谷産業株式会社・セントラル硝子株式会社提供のＣｌＦ_３ 技術資料（１９９５年２月）によれば、ＣｌＦ_３ にＨＦ（弗酸）を１％添加することにより、シリコン窒化膜のエッチング速度が約５倍になったことが報告されている。しかしながら、ＨＦガスはＣｌＦ_３ と比べても、非常に腐食性が大きい上、毒性を有し、取扱いに注意を要するという欠点がある。ＨＦを使用した場合、処理容器あるいはガス配管の大気解放によって付着するわずかな水分で金属配管は腐食し、金属汚染の原因となるばかりでなく、最悪の場合には金属配管に穴があく可能性もある。
【０００７】
シリコン窒化膜のエッチングには、他にもＣＦ_４／Ｏ_２／Ｎ_２系、あるいはＮＦ_３／Ｏ_２ プラズマによるＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法も有効な方法として考えられている。さらに、ＣＦ_４／Ｏ_２プラズマを用いたプラズマエッチング法において、ＮＯガスが存在するとシリコン窒化膜のエッチング速度が上がることも報告されている（Ｍ．Ｇ．Ｂｌａｉｎ，Ｔ．Ｌ．Ｍｅｉｓｅｎｈｅｉｍｅｒ，ａｎｄ Ｊ．Ｅ．Ｓｔｅｖｅｎｓ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ａ１４（４），２１５１（１９９６））。しかしながら、プラズマを使うためには、マイクロ波電源あるいはＲＦ電源といった付帯設備が必要となり、さらに、プラズマによって生じるラジカルを効率よくエッチング対象物まで輸送する技術も必要となるため、装置は繁雑化し、装置コストも上昇する結果となっている。
【０００８】
以上詳述したように、従来のエッチング方法及び基板処理装置を用いてシリコン窒化膜をエッチングする場合、プラズマを用いない装置コストの安いエッチング方法では実用上充分なエッチング速度が得られないという問題があった。
【０００９】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、前述のような従来のエッチング方法及び基板処理装置における欠点を除去し、所望のガスを用いて安全・高速で低コストのエッチングを実現するためのエッチング方法と基板処理装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明においては、処理基板、あるいは処理容器内の堆積物をＣｌＦ_３ ガスを用いてエッチングする際に、同時にＮＯガスを供給することを特徴とするものである。
【００１１】
すなわち、本発明のエッチング方法は、基板処理装置の処理容器の内部にＣｌＦ_３ ガスと共にＮＯガスを供給し、前記処理容器の内部に載置される被処理基板の表面、または前記処理容器の内部に付着する生成物をエッチングすることを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記被処理基板、あるいは前記処理容器の内部に付着した前記生成物がシリコン窒化物である場合に、本発明は、特に効果的に作用する。
【００１３】
また、前記被処理基板、あるいは前記処理容器の内部に付着した前記生成物の温度を制御しながらエッチングすることが望ましい。
【００１４】
さらに、前記処理容器の内部を７６０ｔｏｒｒ以下の減圧にしてエッチングすることにより、エッチングガスとの反応生成物の気化を促進してエッチングを安定させ、且つ、エッチングガスの装置外部への漏洩も抑制することができる。
【００１５】
一方、本発明の基板処理装置は、処理容器と、前記処理容器の内部にＣｌＦ_３ ガスとＮＯガスとを供給するガス供給手段と、を備え、前記処理容器の内部に前記ＣｌＦ_３ ガスとともに前記ＮＯガスを供給して前記処理容器の内部に載置される被処理基板の表面、または前記処理室の内部に付着する生成物をエッチングすることを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記被処理基板、または前記処理容器の内部に付着する前記生成物の温度を所定の範囲に制御する温度制御手段をさらに備えたことが望ましい。
【００１７】
また、本発明は、前記処理容器内に基板保持手段を有し、前記被処理基板上にシリコン窒化膜を成膜できる装置の前記処理容器内をクリーニングする場合に特に効果的である。
【００１８】
さらに、前記処理容器を１００Ｐａ以下の圧力に保持できる排気手段としては、真空ポンプを用いることが望ましい。
【００１９】
また、前記ＣｌＦ_３ ガスとＮＯガスとを前記処理基板上に均一に供給するための多孔整流板を備えることが望ましい。
【００２０】
さらに、前記基板保持手段を前記被処理基板とともに回転させるための機構を備えることにより、より均一なエッチングが可能となる。
【００２１】
本発明の作用について説明すれば、以下の如くである。すなわち、ＣｌＦ_３ ガスでシリコン窒化物をエッチングする場合、シリコン（Ｓｉ）原子は蒸気圧の高いＳｉＦ_４ としてガス化され、残った窒素（Ｎ）原子はＮ２ ガスとして脱離すると考えられる。このとき、エッチング速度を律速するのはＮ原子の脱離であり、Ｎ原子の脱離のし難さのためにシリコン窒化物のエッチング速度は、シリコン単体のエッチング速度に比べ非常に遅くなっていると考えられる。
【００２２】
これに対して、本発明においては、ＣｌＦ_３ と共にＮＯガスを供給することによって、表面に残留した脱離前のＮ原子を、Ｎ_２ＯあるいはＮ_２＋１／２Ｏ_２ といった形で引き抜くことでＮ原子の脱離を促進することになり、高いエッチング速度を得ることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に関わる基板処理装置を概念的に表す要部断面図である。
【００２５】
同図の装置は、半導体ウェハの表面に薄膜を成膜する枚葉式の気相成長装置であり、本発明のエッチング方法を用いることにより、その処理容器内に堆積する付着物を迅速且つ確実にクリーニングすることができる点に特徴を有する。
【００２６】
すなわち、気相成長法で半導体ウェハ表面にシリコン窒化膜を形成する場合、被処理基板である半導体ウェハ面以外の場所、例えば半導体ウェハを保持するホルダ表面や処理容器内壁面にもシリコン窒化物が付着する。付着したシリコン窒化物は、パーティクルとして半導体ウェハ表面を汚染し、製品としての半導体装置の歩留まりを低下させる他、半導体ウェハの放熱条件を変化させて温度分布を悪化させるなど、基板処理上の不都合を生じさせる原因となる。そこで気相成長法による成膜の後に、ＣｌＦ_３ ガスとＮＯガスの混合ガスを処理容器内に導入することにより、ホルダ表面や処理容器内壁面に付着したシリコン窒化物を素早く取り除くことができ、それによって良好な基板処理が持続される。
【００２７】
処理容器１内には処理室２が形成されている。処理容器１は気密が保てる構造となっており、排気配管３を通じて図示しない排気ポンプに接続されている。処理室２と処理容器１の上部壁との間には、石英などの板に多数の穴をあけた整流板４が処理基板と平行に配置されている。整流板４と処理容器１の上部壁との間に形成される空間５はガス導入口６，７を通して図示されないガス供給装置に接続されている。
【００２８】
処理室２内の中央部位置には、被処理基板である半導体ウェハ８を整流板４と平行位置に保持するホルダ９が回転自在に配置されている。ホルダ９の下端部は、気密を保持するためのシール機構を備えた軸受けで保持され、回転駆動装置１１によって回転可能である。ホルダ９の内部には、ホルダ９によって支持される半導体ウェハ８を下面から加熱するための電気ヒータ１０が配置されており、電気ヒータ１０は気密と絶縁を保持しながら処理容器１の下部壁を貫通する電極を通して給電装置１２に接続されている。さらに、給電装置１２は電気ヒータ１０の近傍に固定された熱電対１３、あるいはホルダ９の温度を測定する放射温度計１４の出力信号によって制御可能となっており、これによってホルダ９及びホルダ９に保持された半導体ウェハ８は所定の温度に制御されて維持される。
【００２９】
また、ガス導入口６、７を介して導入されるＮＯガスなどの各種のガスは、処理室２において、薄膜の堆積やエッチングなどに作用した後に、排気配管３を介して排気され、図示しない排ガス処理装置において除害処理される。
【００３０】
以下に、上記のように構成された基板処理装置で処理室２の内部をクリーニングする手順の一例を説明する。
【００３１】
図２は、本実施形態において処理室内をクリーニングする手順を含んだ一連の気相成長工程を例示するフローチャート図である。同図に表したフローチャート図は、大きく分けてウェハ上に薄膜を堆積する工程２００と、処理室をクリーニングする工程３００とからなる。
【００３２】
まず、図２においてステップ２０２として示したように、図示しない排気ポンプを用いて処理室２を１００Ｐａ以下に排気する。この作業によって処理室２内の酸素（Ｏ_２ ）を排気し、電気ヒータ１０を使った加熱時にも半導体ウェハ８及びホルダ９が酸化されることを抑制することができる。
次に、ステップ２０４においてガス導入口６を通して一定量の不活性ガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入しながら排気量を制御して、処理室２を所定の圧力、例えば６６６６Ｐａに保持する。
次に、ステップ２０６において給電装置１２を用いて制御しながら電気ヒータ１０に給電し、半導体ウェハ８を所定の温度、例えば１０００℃に保持する。さらに、ステップ２１０において前記の圧力関係が保たれるように、ガス導入口６から空間５を介して処理室２内にシリコン及び窒素原子を含んだ原料ガスとキャリアガスとの混合ガス、例えばジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）とアンモニア（ＮＨ_３）、アルゴン（Ａｒ）を供給することでシリコン窒化膜の成膜を行う。
【００３３】
成膜が終了したら、全ての原料ガス供給を止め、ステップ２１２においてウェハ８を処理室２から搬出する。そして、必要に応じて、ステップ２０８において次のウェハ８を処理室２に搬入し、ホルダ９に載置する。そして、再びステップ２１０において所定の薄膜を成膜し、ステップ２１２においてウェハ８を処理室２から搬出する。
【００３４】
以上のようにして、１枚以上の規定枚数の半導体ウェハ８に窒化シリコン膜などの薄膜の形成が終了すると、ステップ２１４に示したように成膜工程が終了する。
【００３５】
次に、処理室のクリーニング工程３００を開始する。
【００３６】
まず、ステップ３０２において、図示しない排気ポンプを用いて再び処理室２を１００Ｐａ以下に排気する。この操作によって処理室２内に残留する原料ガスを取り除き、次に供給するＣｌＦ_３ ガスと原料ガスとが反応することを抑制することができる。
【００３７】
次に、ステップ３０４において、再びガス導入口６を通して一定量の不活性ガス、例えばアルゴンガスを処理室２内に導入しながら排気量を制御して、処理室２を所定の圧力、例えば２６６６Ｐａに保持する。
【００３８】
さらに、ステップ３０６において、ホルダ９を電気ヒータ１０とそれに連結される給電装置１２によって加熱し、１００℃乃至４００℃の範囲内の所定の温度、例えば２５０℃になるよう制御される。
【００３９】
次に、ステップ３０８においてクリーニングを実施する。具体的には、前記の圧力関係が保たれるようにガス導入口７から空間５を介して処理室２内にＣｌＦ_３ ガスとＮＯガスを所定の流量に制御しながら供給することで、ホルダ９および処理室２の内壁を高速にクリーニングすることができる。ここで、図２においては、ステップ３０８ａにおいてＣｌＦ_３ ガスを導入し、ステップ３０８ｂにおいてＮＯガスを導入する場合を例示した。しかし、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、これらのガスの供給の順序は、この逆でも良く、または同時に供給しても良い。
【００４０】
所定の時間が経過し、処理室２の内部の堆積物が除去されたら、ステップ３１０においてクリーニングを終了する。
【００４１】
図３は、上述の基板処理装置を用い、ＮＯガスを供給しない条件でシリコンおよびシリコン窒化物のエッチング速度を測定し、アレニウス型プロットした実験結果を表すグラフ図である。
【００４２】
同図からわかるように、実験範囲の全てにおいて、シリコン窒化物のエッチング速度はシリコンのエッチング速度より２桁近くも小さい結果が得られている。ＣｌＦ_３ ガスでシリコン及びシリコン窒化物をエッチングする場合、Ｓｉ原子が蒸気圧の高いＳｉＦ_４ としてガス化されることでエッチングが進行する。さらに、シリコン窒化物の場合、残ったＮ原子はＮ_２ として脱離すると考えられるが、このとき、エッチング速度を律速するのはＮ原子の脱離であり、Ｎ原子の脱離のし難さのためにシリコン窒化物のエッチング速度は、シリコン単体のエッチング速度に比べ非常に遅くなっていると考えられる。
【００４３】
図４は、ＣｌＦ_３ ガスにＮＯガスを添加して、シリコン窒化膜をエッチングしたときに得られたエッチング速度の実験値を表すグラフ図である。
【００４４】
ここでは、エッチング雰囲気の全圧を６６６６Ｐａ、ＣｌＦ_３ ガスの分圧を３３３３Ｐａ、またエッチング温度を２５０℃にそれぞれ維持した。図４から、ＮＯガスの添加量を増加するにつれてシリコン窒化物のエッチング速度は増加し、ＮＯガスの分圧が約１０００Ｐａにおいて、エッチング速度は、約４倍近くまで上昇することが分かる。
【００４５】
すなわち、本発明によれば、ＣｌＦ_３ と同時にＮＯガスを供給することによって、表面に残留した脱離前のＮ原子をＮ_２Ｏ あるいはＮ_２＋１／２Ｏ_２といった形で引き抜き、Ｎ原子の脱離を促進することで、高速エッチングが可能となる。
【００４６】
また、本発明によれば、プラズマが不要であるので、複雑且つ高価なプラズマ発生装置が不要であり、プラズマを用いない従来の気相成長装置に広く適用してクリーニングを確実に行うことができるという効果も得られる。
【００４７】
さらに、本発明によれば、装置コストが安くなる。すなわち、従来の方法によって、プラズマ・エッチングを行うためには、通常の装置に加え、マイクロ波電源、マイクロ波マッチング装置、マイクロ波反応炉、ラジカル輸送管といった高価な付帯設備が新たに必要になる。さらに、エッチング用（あるいはＳｉＮ成膜用）反応炉にはＳＵＳ等の金属が使えなくなり、高価なアルミチャンバーにするか、内面にテフロンコートをかけるといった表面処理が必要になる。そのため、装置にかかる余分なコストは装置全体のコストに比べてもかなり大きくならざるを得ない。これに対して本発明によれば、装置の構成が簡略であり、コストを大幅に下げることができる。
【００４８】
また、本発明によれば、装置の自由度が増える。すなわち、成膜装置のクリーニングを目的とした場合、装置の形状（あるいは材質）の最適化は成膜に対して行うべきものであるが、プラズマクリーニングを使う場合、同時にラジカル輸送に対する最適化も行わなければならなくなる。そのため、成膜に対する最適化は大きな制約を受けることとなり、装置設計上の自由度も大きく制限される。
【００４９】
例えば、成膜用の原料ガスを均一に供給するための整流板を設けた場合、ラジカル供給の観点から言えば、整流板の材質はテフロン、アルミナ、あるいは石英といった材質に限られてしまう。テフロンを使った場合、テフロンの耐熱温度の制限によって、成膜時に基板の温度を充分に高温にすることが困難になるかもしれない。また、アルミナや石英を使った場合、成膜中に整流板が汚れることを防ぐために整流板の冷却が必要になった時、その冷却が非常に難しくなる可能性がある。これに対して、本発明によれば、これらの制約が必要とされず、装置の自由度が改善される。
【００５０】
また、本発明によれば、圧力変化が小さくて済む。すなわち、プラズマを使ったエッチングの場合、気相の圧力（全圧）は１００Ｐａ以下程度の低圧に保つ必要がある。これは、プラズマ生成時の電離を効率的に行わせることと、生成したラジカルの寿命を確保するためである。
【００５１】
一方、熱ＣＶＤ等の方法で成膜を行う場合、成膜速度は原料ガスの圧力によって決まる場合が多い。従って、枚葉式の成膜装置等で、高速な成膜が必要な場合、気相の全圧は１０００〜１００００Ｐａ程度の圧力に設定される。
【００５２】
これは、成膜の時の圧力とクリーニングの時の圧力で大きな違いがあり、圧力調整の過程で大量のパーティクルが巻き上げられる可能性があることを示す。下流の配管などに残ったパーティクルがクリーニング後の圧力上昇時に巻き上げられ、基板に到達すると成膜時の異常成長や、デバイスの導通不良を起こす大きな原因となり得る。
【００５３】
これに対して、本発明のＣｌＦ_３／ＮＯ によるクリーニングでは、成膜圧力とクリーニング圧力を同じに保つことは非常に容易である。
【００５４】
さらに、本発明によれば、金属配管内のクリーニングもできる。すなわち、ＳｉＨ_４／ＮＨ_３を原料ガスとした熱ＣＶＤでＳｉ_３Ｎ_４の成膜を行うと、冷却したチャンバー内壁や下流の配管等の低温部にＳｉの粉がたまることがある。プラズマクリーニングの場合、通常ＳＵＳ等の金属で作られる配管表面でラジカルは全て失活する。そのため、下流配管のクリーニングをすることは、事実上不可能である。
【００５５】
しかしながら、ＣｌＦ_３を使った場合、下流の金属配管までＣｌＦ_３は到達し、堆積したＳｉの粉と容易に反応する。そのため、下流配管などの低温部にシリコンの粉が堆積するような場合には、下流配管まで含めたクリーニングを行うことができる。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５７】
本実施形態においては、半導体ウェハなどの上に形成されたシリコン窒化物などを高速でエッチングすることができるエッチング方法及びその装置について説明する。
【００５８】
図５は、本発明の第２の実施形態に関わる基板処理装置を表す要部断面図である。すなわち、同図に例示した装置は、半導体ウェハの表面をエッチングする枚葉式のエッチング装置である。なお、図５においては、図１と同一部分を同一符号で表し、重複する部分の詳細な説明は省略する。
【００５９】
この例に係わる装置では、ガス導入口６から不活性ガス、例えばアルゴンガスのみが供給され、薄膜堆積のための原料ガスを供給するガス供給系は設けられていない。すなわち、第１の実施形態にあるような気相成長手段を持たない枚葉式のエッチング装置として構成されている。
【００６０】
放射温度計１４は半導体ウェハ８を直接測温し、半導体ウェハが所定の温度に保持されるように制御する。そこに、ガス導入口７から空間５を介して処理室２内にＣｌＦ_３ ガスとＮＯガスを所定の流量に制御しながら供給することで、半導体ウェハ８上にあらかじめ成膜されていたシリコン窒化物などの層を高速にエッチングすることができる。
【００６１】
このエッチングの手順は、図２において工程３００として例示したものと概略同様とすることができる。本実施形態においても、ＣｌＦ_３ ガスとＮＯガスとを供給することにより、従来よりも高速でシリコン窒化物をエッチングすることができる。しかも、プラズマを用いないので、半導体ウェハがプラズマにより損傷されるという問題を解消することができる。また、プラズマが不要であるので、エッチング時の圧力などのエッチング条件の自由度が大幅に拡大される。さらに、プラズマが不要であるので、装置の構成が簡素となり、コストも大幅に低減することができる。
【００６２】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００６３】
図６は、本発明の第３の実施の形態に関わる基板処理装置を表す要部断面図である。
【００６４】
すなわち、同図に例示した装置は、半導体ウェハの表面にシリコン窒化物などの各種の薄膜を成膜するバッチ式の気相成長装置である。このようなバッチ式の装置においても、枚葉式の装置と同様に半導体ウェハを保持するサセプタ表面や処理容器の内壁面にシリコン窒化物は付着し、パーティクルとして半導体装置の歩留まりを低下させる他、半導体ウェハの放熱条件を変化させて温度分布を悪化させるなど、基板処理上の不都合を生じさせる原因となる。そのため、前述した第１実施形態と同様に、バッチ式の装置に対しても本発明は有効である。
【００６５】
図中２１は赤外光を透過する透明な材質、例えば石英で構成された処理容器を示し、処理容器２１内には処理室２２が形成されている。処理容器２１は気密が保てる構造とされ、排気配管２３を通じて図示しない排気ポンプに接続されている。処理室２２内には被処理基板である半導体ウェハ２６が、赤外光を透過する材質、例えば石英で構成されたサセプタ２７の上に平行して多数枚並べられて導入されている。処理容器２１の外部には、半導体ウェハ２６を加熱するための赤外線ランプ２８が配置されており、半導体ウェハ２６は所定の温度に昇温されて維持される。多数枚の半導体ウェハ２６の温度を制御するため、赤外線ランプ２８はそれぞれ独立して出力を制御できる複数のランプ群であっても良い。原料ガス、例えばジクロルシランとアンモニアガスを、図示されないガス供給装置からガス導入口２４を通して流量を制御しながら供給することで半導体ウェハ２６上にシリコン窒化物を形成することができる。
【００６６】
本実施形態においても、図２に例示した手順と概略同様にして処理室２２をクリーニングすることができる。すなわち、所定の成膜プロセス終了後に半導体ウェハ２６を全て取り除き、再び加熱、温度制御しながら導入口２５を通してＣｌＦ_３ ガスとＮＯガスを供給するだけで、サセプタ２７表面および処理容器２１の内壁についたシリコン窒化物をすばやくクリーニングすることができる。
【００６７】
本発明によれば、図６のようなバッチ式の気相成長装置についてもプラズマ発生装置を付加する必要がなく、効率良く且つ容易に処理室２２の隅々までクリーニングすることができる。
【００６８】
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。
【００６９】
しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。すなわち、本発明のクリーニング方法は、従来のあらゆる気相成長装置やエッチング装置などに対して同様に適用して同様の効果を得ることができる。また、その際の雰囲気の圧力やガスの流量、温度などの条件は、適宜最適化することができる。さらに、ＣｌＦ_３ ガスとＮＯガスに加えてその他のガスを混入しても良い。
【００７０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した形態で実施され、以下に説明する効果を奏する。
【００７１】
まず、本発明によれば、ＮＯガスを添加することにより、プラズマレス・低コストで高速なシリコン窒化物のエッチングおよびクリーニングを行うことができ、特に気相成長法によってシリコン窒化膜を成膜する薄膜形成装置のｉｎ−ｓｉｔｕ（その場）クリーニングに有効である。
【００７２】
特に、本発明を基板処理装置のクリーニングに適用した場合には、従来のプラズマを用いた場合と比較して、処理室の隅々まで確実且つ容易にクリーニングすることができる点で優れる。その結果として、処理室内壁に堆積した「フレーク」などの残留物に起因するパーティクルの発生や、異常成長、あるいはクロスコンタミネーションなどの問題を確実且つ容易に解消することができる。
すなわち、本発明によれば、従来のプラズマを用いるクリーニング方法と比較して、はるかに簡略な構成で広く適用することが可能となり、しかも格別の効果を得ることができる。
【００７３】
また、本発明を半導体ウェハなどの基板上の薄膜のエッチング方法として適用した場合には、プラズマによる損傷を防ぎつつ、効率的且つ容易にシリコン窒化物のエッチングを行うことができる。近年の半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、半導体ウェハ上に形成する半導体素子は、その製造過程においてプラズマなどの荷電粒子に対して損傷を受けやすくなっている。また、エッチング工程においてプラズマが不要となるので、半導体素子の損傷を解消し、各種の半導体装置の信頼性を改善し、製造歩留まりも改善することができる。
【００７４】
以上説明したように、本発明によれば、プラズマを用いることなく、効率的且つ容易にシリコン窒化物のエッチングまたはクリーニングを実施することができるようになり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に関わる基板処理装置を概念的に表す要部断面図である。
【図２】本発明において処理室内をクリーニングする手順を含んだ一連の気相成長工程を例示するフローチャート図である。
【図３】図１の基板処理装置を用い、ＮＯガスを供給しない条件でシリコンおよびシリコン窒化物のエッチング速度を測定し、アレニウス型プロットした実験結果を表すグラフ図である。
【図４】ＣｌＦ_３ ガスにＮＯガスを添加して、シリコン窒化膜をエッチングしたときに得られたエッチング速度の実験値を表すグラフ図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に関わる基板処理装置を表す要部断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に関わる基板処理装置を表す要部断面図である。
【符号の説明】
１、２１ 処理容器
２、２２ 処理室
３、２３ 排気配管
６、７、２４、２５ ガス導入口
８、２６ 半導体ウェハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching method and a substrate processing apparatus, and particularly to chlorine trifluoride (ClF). ₃ The present invention relates to an etching method and a substrate processing apparatus for rapidly etching various substrates such as semiconductor wafers or deposits in a processing container using a gas.
[0002]
[Prior art]
ClF ₃ The gas is a strong fluorinated material, which can be silicon (Si) or silicon nitride (SiN) at room temperature. _X ), Tungsten (W), molybdenum (Mo), etc., to form volatile fluorine compounds with a high vapor pressure, while hardly reacting with quartz or stainless steel forming the processing container of the thin film forming apparatus. It is known to have. This is, for example, ClF provided by Iwatani Corporation and Central Glass Co., Ltd. ₃ It is disclosed in the technical data (February 1995). Therefore, from around 1990, ClF ₃ Gas has begun to be used as a cleaning gas in a processing chamber of a thin film forming apparatus mainly for amorphous silicon in the field of semiconductor device manufacturing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
ClF that easily reacts with amorphous silicon and can achieve a practically sufficient etching rate in terms of cost ₃ However, the silicon nitride film (Si _x N _y The reaction rate is slow when applied to etching of ₃ There is a disadvantage that only gas can obtain an etching rate of only about 1/10 to 1/100 of that of polysilicon (for example, ULSI Production Technology Emergency Report Editing Committee, "Wafer Cleaning Specifications and Problems of Semiconductor Manufacturers" (Co., Ltd.) ) Science Forum, p125).
[0004]
As with other chemical reactions, ClF ₃ Even when a gas is used, the etching rate for the silicon nitride film increases as the temperature increases. Therefore, if the etching target is heated to a high temperature, a practically sufficient etching rate can be obtained.
[0005]
However, in practice, if the temperature is too high, the components inside the processing container are also etched, so that there is an upper limit of the processing temperature. The upper limit temperature is around 70 ° C. when SUS (stainless steel) is used in the processing vessel, and around 250 ° C. when silicon carbide (SiC) is used. The etching rate at this upper limit temperature is insufficient for application to an actual production apparatus, particularly a processing container cleaning process of a single wafer type thin film forming apparatus. Therefore, speeding up the etching of the silicon nitride film is a very important technical issue for realizing a practical single-wafer silicon nitride film forming apparatus.
[0006]
On the other hand, ClF ₃ Attempts have been made to increase the etching rate of the silicon nitride film by adding another gas to the silicon nitride film. For example, ClF provided by Iwatani Corporation and Central Glass Co., Ltd. ₃ According to the technical data (February 1995), ClF ₃ It has been reported that the addition of 1% HF (hydrofluoric acid) increased the etching rate of a silicon nitride film by about 5 times. However, HF gas is ClF ₃ Compared with the above, there are drawbacks that they are extremely corrosive, toxic, and require careful handling. When HF is used, the metal pipe corrodes due to the slight moisture attached due to the release of the processing vessel or gas pipe to the atmosphere, which not only causes metal contamination, but in the worst case, the metal pipe may have holes. There is also.
[0007]
For etching the silicon nitride film, besides CF ₄ / O ₂ / N ₂ System or NF ₃ / O ₂ A CDE (Chemical Dry Etching) method using plasma is also considered as an effective method. Furthermore, CF ₄ / O ₂ In a plasma etching method using plasma, it has also been reported that the etching rate of a silicon nitride film increases when NO gas is present (MG Blain, TL Meisenheimer, and JE Stevens, J. Am. Vac.Sci.Technol.A14 (4), 2151 (1996)). However, the use of plasma requires ancillary equipment such as a microwave power supply or an RF power supply, and also requires a technique for efficiently transporting radicals generated by the plasma to an etching target. Costs have also risen.
[0008]
As described in detail above, when etching a silicon nitride film using a conventional etching method and a substrate processing apparatus, there is a problem that a practically sufficient etching rate cannot be obtained by an inexpensive etching method without using plasma. there were.
[0009]
The present invention has been made based on the recognition of such a problem. That is, an object of the present invention is to provide an etching method and a substrate processing apparatus for eliminating the drawbacks of the conventional etching method and the substrate processing apparatus as described above and realizing safe, high-speed, low-cost etching using a desired gas. To provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, the processing substrate or the deposit in the processing container is treated with ClF. ₃ When etching using a gas, a NO gas is supplied at the same time.
[0011]
That is, according to the etching method of the present invention, the ClF ₃ The method is characterized in that a NO gas is supplied together with a gas to etch a product adhering to the surface of a substrate to be processed placed inside the processing container or the inside of the processing container.
[0012]
Here, the present invention works particularly effectively when the product adhered to the substrate to be processed or the inside of the processing container is a silicon nitride.
[0013]
Further, it is preferable that the etching is performed while controlling the temperature of the product adhered to the substrate to be processed or the inside of the processing container.
[0014]
Further, by etching the inside of the processing container at a reduced pressure of 760 torr or less, vaporization of a reaction product with the etching gas is promoted to stabilize the etching, and leakage of the etching gas to the outside of the apparatus is suppressed. be able to.
[0015]
On the other hand, the substrate processing apparatus of the present invention includes a processing container and a ClF inside the processing container. ₃ Gas supply means for supplying a gas and a NO gas, wherein the ClF ₃ The method is characterized in that the NO gas is supplied together with a gas to etch a product adhering to the surface of the substrate to be processed placed inside the processing container or the inside of the processing chamber.
[0016]
Here, it is preferable that the apparatus further comprises a temperature controller for controlling the temperature of the product adhered to the inside of the substrate to be processed or the inside of the processing container within a predetermined range.
[0017]
Further, the present invention is particularly effective when cleaning the inside of the processing container of an apparatus having a substrate holding means in the processing container and capable of forming a silicon nitride film on the substrate to be processed.
[0018]
Further, it is desirable to use a vacuum pump as an exhaust unit capable of holding the processing container at a pressure of 100 Pa or less.
[0019]
In addition, the ClF ₃ It is desirable to provide a porous straightening plate for uniformly supplying gas and NO gas onto the processing substrate.
[0020]
Further, by providing a mechanism for rotating the substrate holding means together with the substrate to be processed, more uniform etching becomes possible.
[0021]
The operation of the present invention will be described as follows. That is, ClF ₃ When etching silicon nitride with a gas, silicon (Si) atoms are converted to SiF having a high vapor pressure. ₄ It is considered that the remaining nitrogen (N) atoms are desorbed as N2 gas. At this time, it is the desorption of N atoms that controls the etching rate, and the etching rate of silicon nitride is much lower than that of silicon alone due to the difficulty of desorption of N atoms. It is thought that there is.
[0022]
In contrast, in the present invention, ClF ₃ Together with the supply of NO gas, the N atoms remaining on the surface before desorption are converted to N ₂ O or N ₂ + 1 / 2O ₂ Thus, the removal of N atoms is promoted, and a high etching rate can be obtained.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a sectional view of a principal part conceptually showing a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
[0025]
The apparatus shown in the figure is a single-wafer type vapor phase growth apparatus for forming a thin film on the surface of a semiconductor wafer. By using the etching method of the present invention, deposits deposited in the processing vessel can be quickly and reliably removed. It is characterized in that it can be cleaned.
[0026]
That is, when a silicon nitride film is formed on the surface of a semiconductor wafer by a vapor phase growth method, silicon nitride is also applied to a place other than the surface of the semiconductor wafer as a substrate to be processed, for example, the surface of a holder holding the semiconductor wafer or the inner wall surface of the processing container. Adhere to. The attached silicon nitride contaminates the surface of the semiconductor wafer as particles, lowering the yield of semiconductor devices as products, and changing the heat radiation conditions of the semiconductor wafer to worsen the temperature distribution, thereby causing inconvenience in substrate processing. It may cause it to occur. Therefore, after film formation by the vapor phase growth method, ClF ₃ By introducing the mixed gas of the gas and the NO gas into the processing container, silicon nitride adhering to the surface of the holder and the inner wall surface of the processing container can be quickly removed, whereby good substrate processing can be maintained.
[0027]
A processing chamber 2 is formed in the processing container 1. The processing vessel 1 has a structure capable of maintaining airtightness, and is connected to an exhaust pump (not shown) through an exhaust pipe 3. Between the processing chamber 2 and the upper wall of the processing chamber 1, a rectifying plate 4 having a large number of holes formed in a plate made of quartz or the like is arranged in parallel with the processing substrate. A space 5 formed between the current plate 4 and the upper wall of the processing container 1 is connected to a gas supply device (not shown) through gas inlets 6 and 7.
[0028]
At a central position in the processing chamber 2, a holder 9 for holding a semiconductor wafer 8 as a substrate to be processed in a position parallel to the current plate 4 is rotatably arranged. The lower end of the holder 9 is held by a bearing provided with a seal mechanism for maintaining airtightness, and is rotatable by a rotation drive device 11. Inside the holder 9, an electric heater 10 for heating the semiconductor wafer 8 supported by the holder 9 from the lower surface is arranged. The electric heater 10 holds the lower wall of the processing container 1 while maintaining airtightness and insulation. It is connected to the power supply device 12 through a penetrating electrode. Further, the power supply device 12 can be controlled by a thermocouple 13 fixed in the vicinity of the electric heater 10 or an output signal of a radiation thermometer 14 for measuring the temperature of the holder 9. The held semiconductor wafer 8 is controlled and maintained at a predetermined temperature.
[0029]
In addition, various gases such as NO gas introduced through the gas inlets 6 and 7 are exhausted through the exhaust pipe 3 after acting on deposition and etching of a thin film in the processing chamber 2 and are not shown. Detoxification treatment is performed in an exhaust gas treatment device.
[0030]
Hereinafter, an example of a procedure for cleaning the inside of the processing chamber 2 with the substrate processing apparatus configured as described above will be described.
[0031]
FIG. 2 is a flowchart illustrating a series of vapor phase growth steps including a procedure for cleaning the inside of the processing chamber in the present embodiment. The flowchart shown in the figure is roughly divided into a step 200 for depositing a thin film on a wafer and a step 300 for cleaning the processing chamber.
[0032]
First, as shown as step 202 in FIG. 2, the processing chamber 2 is evacuated to 100 Pa or less using an exhaust pump (not shown). By this operation, the oxygen (O 2) in the processing chamber 2 is ₂ ) Is evacuated, and oxidation of the semiconductor wafer 8 and the holder 9 during heating using the electric heater 10 can be suppressed.
Next, in step 204, the processing chamber 2 is maintained at a predetermined pressure, for example, 6666 Pa by controlling the exhaust amount while introducing a fixed amount of inert gas, for example, argon (Ar) gas through the gas inlet 6.
Next, in step 206, power is supplied to the electric heater 10 while controlling using the power supply device 12, and the semiconductor wafer 8 is maintained at a predetermined temperature, for example, 1000 ° C. Further, in step 210, a mixed gas of a raw material gas containing silicon and nitrogen atoms and a carrier gas, for example, dichlorosilane, is introduced into the processing chamber 2 from the gas inlet 6 through the space 5 so that the above-mentioned pressure relationship is maintained. (SiH ₂ Cl ₂ ) And ammonia (NH ₃ ), A silicon nitride film is formed by supplying argon (Ar).
[0033]
When the film formation is completed, the supply of all the source gases is stopped, and the wafer 8 is unloaded from the processing chamber 2 in step 212. Then, if necessary, in step 208, the next wafer 8 is carried into the processing chamber 2 and placed on the holder 9. Then, a predetermined thin film is formed again in step 210, and the wafer 8 is unloaded from the processing chamber 2 in step 212.
[0034]
As described above, when the formation of a thin film such as a silicon nitride film on one or more specified number of semiconductor wafers 8 is completed, the film forming process is completed as shown in step 214.
[0035]
Next, the process chamber cleaning step 300 is started.
[0036]
First, in step 302, the processing chamber 2 is evacuated again to 100 Pa or less using an exhaust pump (not shown). By this operation, the source gas remaining in the processing chamber 2 is removed, and the ClF to be supplied next is removed. ₃ Reaction between the gas and the source gas can be suppressed.
[0037]
Next, in step 304, the exhaust amount is controlled while introducing a predetermined amount of an inert gas, for example, argon gas into the processing chamber 2 again through the gas inlet 6, and the processing chamber 2 is brought to a predetermined pressure, for example, 2666 Pa. Hold.
[0038]
Further, in step 306, the holder 9 is heated by the electric heater 10 and the power supply device 12 connected to the electric heater 10 so as to be controlled to a predetermined temperature in the range of 100 ° C to 400 ° C, for example, 250 ° C.
[0039]
Next, in step 308, cleaning is performed. Specifically, ClF is introduced into the processing chamber 2 from the gas inlet 7 through the space 5 so that the above-mentioned pressure relationship is maintained. ₃ By supplying the gas and the NO gas while controlling them at predetermined flow rates, the holder 9 and the inner wall of the processing chamber 2 can be cleaned at high speed. Here, in FIG. 2, in step 308a, ClF ₃ The case where the gas is introduced and the NO gas is introduced in step 308b is exemplified. However, the present invention is not limited to this. That is, the order of supplying these gases may be reversed, or they may be supplied simultaneously.
[0040]
When a predetermined time has elapsed and the deposits inside the processing chamber 2 have been removed, the cleaning is ended in step 310.
[0041]
FIG. 3 is a graph showing an Arrhenius-type plot of experimental results obtained by measuring the etching rates of silicon and silicon nitride using the above-described substrate processing apparatus under the condition where no NO gas is supplied.
[0042]
As can be seen from the figure, a result that the etching rate of silicon nitride is nearly two orders of magnitude lower than the etching rate of silicon over the entire experimental range. ClF ₃ When etching silicon and silicon nitride with a gas, Si atoms have a high vapor pressure of SiF ₄ Etching proceeds by being gasified as. Further, in the case of silicon nitride, the remaining N atoms are N ₂ At this time, it is considered that the rate of etching is determined by the desorption of N atoms, and the etching rate of silicon nitride is limited by the etching of silicon alone due to the difficulty of desorption of N atoms. It is thought that it is much slower than the speed.
[0043]
FIG. 4 shows ClF ₃ FIG. 9 is a graph showing experimental values of etching rates obtained when a silicon nitride film is etched by adding a NO gas to a gas.
[0044]
Here, the total pressure of the etching atmosphere is 6666 Pa and ClF ₃ The partial pressure of the gas was maintained at 3333 Pa, and the etching temperature was maintained at 250 ° C. FIG. 4 shows that the etching rate of the silicon nitride increases as the amount of addition of the NO gas increases, and that the etching rate increases to about four times when the partial pressure of the NO gas is about 1000 Pa.
[0045]
That is, according to the present invention, ClF ₃ At the same time, by supplying NO gas, N atoms remaining on the surface before desorption are converted to N ₂ O or N ₂ + 1 / 2O ₂ Thus, high-speed etching can be performed by promoting the removal of N atoms.
[0046]
Further, according to the present invention, since plasma is not required, a complicated and expensive plasma generator is not required, and cleaning can be reliably performed by widely applying to a conventional vapor phase growth apparatus that does not use plasma. The effect is also obtained.
[0047]
Further, according to the present invention, the apparatus cost is reduced. That is, in order to perform plasma etching by the conventional method, in addition to the usual equipment, expensive additional equipment such as a microwave power supply, a microwave matching apparatus, a microwave reactor, and a radical transport pipe are newly required. . Further, a metal such as SUS cannot be used in a reaction furnace for etching (or for forming a SiN film), and a surface treatment such as using an expensive aluminum chamber or applying a Teflon coat to the inner surface is required. Therefore, the extra cost for the apparatus has to be considerably larger than the cost of the entire apparatus. In contrast, according to the present invention, the configuration of the device is simple, and the cost can be significantly reduced.
[0048]
Further, according to the present invention, the degree of freedom of the device is increased. That is, when the purpose of cleaning the film forming apparatus is to be optimized, the shape (or material) of the apparatus should be optimized for film formation, but when plasma cleaning is used, optimization for radical transport is also performed at the same time. I have to. Therefore, optimization for film formation is greatly restricted, and the degree of freedom in apparatus design is also greatly restricted.
[0049]
For example, when a rectifying plate for uniformly supplying a source gas for film formation is provided, the material of the rectifying plate is limited to a material such as Teflon, alumina, or quartz from the viewpoint of radical supply. When Teflon is used, it may be difficult to sufficiently raise the temperature of the substrate during film formation due to the limitation of the heat-resistant temperature of Teflon. In addition, when alumina or quartz is used, when it is necessary to cool the current plate in order to prevent the current plate from being contaminated during film formation, the cooling may be extremely difficult. In contrast, according to the present invention, these restrictions are not required, and the degree of freedom of the device is improved.
[0050]
Further, according to the present invention, the pressure change can be small. That is, in the case of etching using plasma, the gas phase pressure (total pressure) needs to be maintained at a low pressure of about 100 Pa or less. This is for the purpose of efficiently performing ionization at the time of plasma generation and ensuring the lifetime of generated radicals.
[0051]
On the other hand, when a film is formed by a method such as thermal CVD, the film forming speed is often determined by the pressure of the source gas. Therefore, when high-speed film formation is required by a single-wafer type film formation apparatus or the like, the total pressure of the gas phase is set to a pressure of about 1,000 to 10,000 Pa.
[0052]
This indicates that there is a great difference between the pressure at the time of film formation and the pressure at the time of cleaning, and a large amount of particles may be wound up in the process of pressure adjustment. Particles remaining in downstream pipes and the like are wound up when the pressure increases after cleaning and reach the substrate, which can be a major cause of abnormal growth during film formation and poor device conduction.
[0053]
In contrast, the ClF of the present invention ₃ In cleaning with / NO 2, it is very easy to keep the film forming pressure and the cleaning pressure the same.
[0054]
Further, according to the present invention, the inside of the metal pipe can be cleaned. That is, SiH ₄ / NH ₃ Si by thermal CVD using ₃ N ₄ When the film is formed, Si powder may accumulate on a low-temperature portion such as a cooled chamber inner wall or a downstream pipe. In the case of plasma cleaning, all radicals are deactivated on the surface of a pipe usually made of metal such as SUS. Therefore, it is practically impossible to clean the downstream piping.
[0055]
However, ClF ₃ If used, ClF to downstream metal pipe ₃ Arrives and easily reacts with the deposited Si powder. Therefore, in a case where silicon powder accumulates in a low-temperature portion such as a downstream pipe, cleaning including the downstream pipe can be performed.
[0056]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0057]
In this embodiment, an etching method and an apparatus for etching silicon nitride or the like formed on a semiconductor wafer or the like at a high speed will be described.
[0058]
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a main part of a substrate processing apparatus according to a second embodiment of the present invention. That is, the apparatus illustrated in FIG. 1 is a single wafer type etching apparatus for etching the surface of a semiconductor wafer. In FIG. 5, the same portions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the overlapping portions will be omitted.
[0059]
In the apparatus according to this example, only an inert gas, for example, an argon gas is supplied from the gas inlet 6, and a gas supply system for supplying a source gas for depositing a thin film is not provided. That is, it is configured as a single wafer type etching apparatus having no vapor phase growth means as in the first embodiment.
[0060]
The radiation thermometer 14 directly measures the temperature of the semiconductor wafer 8 and controls the semiconductor wafer 8 to be maintained at a predetermined temperature. There, ClF is introduced into the processing chamber 2 from the gas inlet 7 through the space 5. ₃ By supplying the gas and the NO gas while controlling them at a predetermined flow rate, a layer of silicon nitride or the like formed in advance on the semiconductor wafer 8 can be etched at a high speed.
[0061]
The procedure of this etching can be substantially the same as that illustrated as the step 300 in FIG. Also in the present embodiment, ClF ₃ By supplying the gas and the NO gas, the silicon nitride can be etched at a higher speed than before. In addition, since no plasma is used, the problem that the semiconductor wafer is damaged by the plasma can be solved. Further, since plasma is not required, the degree of freedom of etching conditions such as pressure during etching is greatly increased. Further, since no plasma is required, the configuration of the apparatus is simplified, and the cost can be significantly reduced.
[0062]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0063]
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a main part of a substrate processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
[0064]
That is, the apparatus illustrated in the figure is a batch type vapor phase growth apparatus for forming various thin films such as silicon nitride on the surface of a semiconductor wafer. In such a batch-type apparatus, silicon nitride adheres to the surface of the susceptor holding the semiconductor wafer and the inner wall surface of the processing container similarly to the single-wafer-type apparatus, and reduces the yield of the semiconductor device as particles. This may cause inconvenience in substrate processing, such as changing the heat radiation condition of the semiconductor wafer to deteriorate the temperature distribution. Therefore, as in the first embodiment, the present invention is effective for a batch type apparatus.
[0065]
In the figure, reference numeral 21 denotes a processing container made of a transparent material that transmits infrared light, for example, quartz, and a processing chamber 22 is formed in the processing container 21. The processing container 21 has a structure capable of maintaining airtightness, and is connected to an exhaust pump (not shown) through an exhaust pipe 23. A large number of semiconductor wafers 26, which are substrates to be processed, are introduced into the processing chamber 22 in parallel on a susceptor 27 made of a material that transmits infrared light, for example, quartz. An infrared lamp 28 for heating the semiconductor wafer 26 is disposed outside the processing container 21, and the semiconductor wafer 26 is maintained at a predetermined temperature. In order to control the temperature of a large number of semiconductor wafers 26, the infrared lamps 28 may be a plurality of lamp groups each capable of independently controlling the output. By supplying a source gas, for example, dichlorosilane and ammonia gas from a gas supply device (not shown) while controlling the flow rate through a gas inlet 24, a silicon nitride can be formed on the semiconductor wafer 26.
[0066]
Also in the present embodiment, the processing chamber 22 can be cleaned in substantially the same manner as the procedure illustrated in FIG. That is, after the predetermined film forming process is completed, the semiconductor wafer 26 is entirely removed, and the ClF is passed through the inlet 25 while heating and controlling the temperature again. ₃ Only by supplying the gas and the NO gas, the silicon nitride on the surface of the susceptor 27 and the inner wall of the processing container 21 can be quickly cleaned.
[0067]
According to the present invention, it is not necessary to add a plasma generator to the batch-type vapor phase growth apparatus as shown in FIG. 6, and it is possible to efficiently and easily clean every corner of the processing chamber 22.
[0068]
The embodiment of the invention has been described with reference to the specific examples.
[0069]
However, the present invention is not limited to these specific examples. That is, the cleaning method of the present invention can be similarly applied to any conventional vapor phase growth apparatus, etching apparatus, and the like to obtain the same effect. At this time, conditions such as the pressure of the atmosphere, the flow rate of the gas, and the temperature can be appropriately optimized. In addition, ClF ₃ Other gases may be mixed in addition to the gas and the NO gas.
[0070]
【The invention's effect】
The present invention is embodied in the form described above, and has the effects described below.
[0071]
First, according to the present invention, by adding NO gas, plasmaless, low-cost, high-speed etching and cleaning of silicon nitride can be performed, and in particular, a silicon nitride film is formed by a vapor growth method. This is effective for in-situ (in-situ) cleaning of a thin film forming apparatus.
[0072]
In particular, when the present invention is applied to cleaning of a substrate processing apparatus, it is excellent in that it can surely and easily clean every corner of a processing chamber as compared with the case where conventional plasma is used. As a result, it is possible to reliably and easily solve problems such as generation of particles, abnormal growth, and cross contamination caused by residues such as “flakes” deposited on the inner wall of the processing chamber.
That is, according to the present invention, it is possible to widely apply the cleaning method with a much simpler configuration as compared with the conventional cleaning method using plasma, and to obtain a special effect.
[0073]
In addition, when the present invention is applied as a method for etching a thin film on a substrate such as a semiconductor wafer, silicon nitride can be efficiently and easily etched while preventing damage by plasma. With the recent high integration and miniaturization of semiconductor integrated circuits, semiconductor elements formed on a semiconductor wafer are easily damaged by charged particles such as plasma during the manufacturing process. In addition, since plasma is not required in the etching step, damage to semiconductor elements can be eliminated, reliability of various semiconductor devices can be improved, and manufacturing yield can be improved.
[0074]
As described above, according to the present invention, etching or cleaning of silicon nitride can be performed efficiently and easily without using plasma, and the industrial advantage is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a main part of a substrate processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a series of vapor phase growth steps including a procedure for cleaning the inside of a processing chamber in the present invention.
FIG. 3 is a graph showing an Arrhenius-type plot of experimental results obtained by measuring the etching rates of silicon and silicon nitride using the substrate processing apparatus of FIG. 1 without supplying NO gas.
FIG. 4 ClF ₃ FIG. 9 is a graph showing experimental values of etching rates obtained when a silicon nitride film is etched by adding a NO gas to a gas.
FIG. 5 is a sectional view of a main part showing a substrate processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a main part showing a substrate processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,21 processing container
2,22 processing room
3,23 exhaust pipe
6, 7, 24, 25 Gas inlet
8,26 Semiconductor wafer

Claims (3)

処理容器の内部にＣｌＦ₃ガスと共にＮＯガスを供給し、前記処理容器の内部に載置される被処理基板の表面、または前記処理容器の内部に付着する生成物を、前記処理容器内の圧力が１０００Ｐａ〜１００００Ｐａの範囲の値となるように保持してエッチングすることを特徴とするエッチング方法。By supplying NO gas together with ClF ₃ gas into the inside of the processing container, the surface of the substrate to be processed placed inside the processing container, or a product adhering to the inside of the processing container, is subjected to a pressure in the processing container. The etching method characterized in that the etching is carried out while maintaining the value in the range of 1000 Pa to 10000 Pa . 処理容器と、前記処理容器の内部にＣｌＦ₃ ガスとＮＯガスとを供給するガス供給手段と、を備え、前記処理容器の内部に前記ＣｌＦ₃ ガスとともに前記ＮＯガスを供給して前記処理容器の内部に載置される被処理基板の表面、または前記処理容器の内部に付着する生成物を、前記処理容器内の圧力が１０００Ｐａ〜１００００Ｐａの範囲の値となるように保持してエッチングすることを特徴とする基板処理装置。A processing vessel, and gas supply means for supplying ClF ₃ gas and NO gas to the inside of the processing vessel; and supplying the NO gas together with the ClF ₃ gas to the inside of the processing vessel to supply the NO gas to the processing vessel. The surface of the substrate to be processed placed inside, or the product adhering to the inside of the processing container, is etched while holding the pressure in the processing container to be a value in the range of 1000 Pa to 10000 Pa. Characteristic substrate processing equipment. 前記被処理基板、または前記処理容器の内部に付着する前記生成物の温度を所定の範囲に制御する温度制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。3. The substrate processing apparatus according to claim 2, further comprising a temperature control unit configured to control a temperature of the substrate to be processed or the product attached to the inside of the processing container within a predetermined range.

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