JP5751895B2 - 半導体装置の製造方法、クリーニング方法および基板処理装置 - Google Patents
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基板を収容した処理容器内に処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を形成する工程を所定回数実施した後、前記処理容器内にクリーニングガスを
供給して前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理容器内をクリーニングする工程では、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去する半導体装置の製造方法が提供される。
基板上に薄膜を形成する処理が行われる処理容器を提供する工程と、
前記薄膜を形成する処理を所定回数実施した後、前記処理容器内にクリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理容器内をクリーニングする工程では、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去するクリーニング方法が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内に前記処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する処理を所定回数実施した後、前記処理容器内に前記クリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングするようにし、前記クリーニングの際、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去するように前記処理ガス供給系、前記クリーニングガス供給系、前記ヒータおよび前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
図1は、本実施の形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を縦断面で示しており、図2は本実施の形態で好適に用いられる縦型処理炉の概略構成図であり、処理炉202部分を図1のA−A線断面図で示している。
口している。このガス供給孔250aは、反応管203の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。主に、第1ガス供給管232a、マスフローコントローラ241a、バルブ243a、第1ノズル249aにより第1ガス供給系が構成される。また、主に、第5ガス供給管232i、マスフローコントローラ241i、バルブ243iにより、第5ガス供給系が構成される。また、主に、第1不活性ガス供給管232e、マスフローコントローラ241e、バルブ243eにより、第1不活性ガス供給系が構成される。
232jとの接続箇所よりも下流側には、第4不活性ガス供給管232hが接続されている。この第4不活性ガス供給管232hには、上流方向から順に、流量制御器(流量制御部)であるマスフローコントローラ241h、及び開閉弁であるバルブ243hが設けられている。また、第4ガス供給管232dの先端部には上述の第4ノズル249dが接続されている。第4ノズル249dは、ガス分散空間であるバッファ室237内に設けられている。
a、第1ノズル249aを介して処理室201内に供給される。シリコン含有ガスとしては、例えばヘキサクロロジシラン(Si2Cl6、略称:HCD)ガスを用いることができる。なお、HCDのように常温常圧下で液体状態である液体原料を用いる場合は、液体原料を気化器やバブラ等の気化システムにより気化して、原料ガスとして供給することとなる。
ガスを総称してクリーニングガスと称する場合、フッ素含有ガス供給系、酸素含有ガス供給系、および、水素含有ガス供給系によりクリーニングガス供給系が構成される。また、酸素含有ガス、および、水素含有ガスを総称して添加ガスと称する場合、酸素含有ガス供給系、および、水素含有ガス供給系により添加ガス供給系が構成される。
次に、上述の基板処理装置の処理炉を用いて半導体装置(デバイス)の製造工程の一工程として、基板上に絶縁膜としてのシリコン炭窒化膜(SiCN膜)を成膜する例について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
15によって持ち上げられて処理室201内に搬入(ボートロード)される。この状態で、シールキャップ219はOリング220を介して反応管203の下端をシールした状態となる。
第1ガス供給管232aのバルブ243aを開き、第1ガス供給管232a内にHCDガスを流す。第1ガス供給管232a内を流れたHCDガスは、マスフローコントローラ241aにより流量調整される。流量調整されたHCDガスは第1ノズル249aのガス供給孔250aから処理室201内に供給され排気管231から排気される。このとき、同時にバルブ243eを開き、第1不活性ガス供給管232e内にN2ガス等の不活性ガスを流す。第1不活性ガス供給管232e内を流れたN2ガスは、マスフローコントローラ241eにより流量調整される。流量調整されたN2ガスはHCDガスと一緒に処理室201内に供給され排気管231から排気される。
CDが化学吸着することでHCDの化学吸着層が形成される。なお、ウエハ200上にHCDの化学吸着層を形成するよりも、ウエハ200上にシリコン層を形成する方が、成膜レートを高くすることができ好ましい。
ステップ1が終了し処理室201内の残留ガスを除去した後、第2ガス供給管232bのバルブ243bを開き、第2ガス供給管232b内にC3H6ガスを流す。第2ガス供給管232b内を流れたC3H6ガスは、マスフローコントローラ241bにより流量調整される。流量調整されたC3H6ガスは第2ノズル249bのガス供給孔250bから処理室201内へ供給され排気管231から排気される。なお、処理室201内に供給されたC3H6ガスは熱により活性化される。この時同時にバルブ243fを開き、不活性ガス供給管232f内にN2ガスを流す。N2ガスはC3H6ガスと一緒に処理室201内へ供給され排気管231から排気される。
の層が形成される。なお、条件によってはシリコン含有層の一部とC3H6ガスとが反応して、シリコン含有層が改質(炭化)されてシリコンおよび炭素を含む第2の層が形成される場合もある。
処理室内圧力:133〜2666Pa
C3H6ガス分圧:67〜2820Pa
C3H6ガス供給流量:1000〜5000sccm
N2ガス供給流量:300〜1000sccm
C3H6ガス供給時間:6〜100秒
処理室201内の残留ガスを除去した後、第3ガス供給管232cのバルブ243cを開き、第3ガス供給管232c内にNH3ガスを流す。第3ガス供給管232c内を流れたNH3ガスは、マスフローコントローラ241cにより流量調整される。流量調整されたNH3ガスは第3ノズル249cのガス供給孔250cから処理室201内に供給され排気管231から排気される。なお、処理室201内に供給されたNH3ガスは熱により活性化される。この時同時にバルブ243gを開き不活性ガス供給管232g内にN2ガスを流す。N2ガスはNH3ガスと一緒に処理室201内に供給され排気管231から排気される。
処理室内圧力:133〜2666Pa
NH3ガス分圧:67〜2820Pa
NH3ガス供給流量:1000〜5000sccm
N2ガス供給流量:300〜1000sccm
NH3ガス供給時間:6〜100秒
ら排除する効果を高める。
次に、処理室201内をクリーニングする方法について説明する。尚、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ121により制御される。
2スを用いて、処理室201内に付着したSiCN等の薄膜を含む堆積物を、ノンプラズマの雰囲気下で、サーマルエッチングにより除去する例について説明する。
処理室内の温度:300℃〜700℃、好ましくは400〜600℃、
処理室内の圧力:133Pa(1Torr)〜53200Pa(400Torr)、
NF3ガス供給流量:0.1〜5slm、
O2ガス供給流量:0.05〜2.5slm、
H2ガス供給流量:0.05〜2.5slm、
N2ガス供給流量:0〜20slm
が例示され、それぞれのエッチング条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することで薄膜のエッチング、すなわちサーマルエッチングがなされる。
ス、一酸化窒素(NO)ガス、亜酸化窒素(N2O)ガス等を用いてもよい。また、水素含有ガスとしては、H2ガス以外に、重水素(D2)ガス、アンモニア(NH3)ガス、メタン(CH4)ガス等を用いてもよい。
本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
49dからO2ガス、H2ガスがウエハ200に向かって直接に供給されるようにすることも可能である。また、第4ノズル249dを設けず、バッファ室237のみを設けるようにしてもよい。
次に第1実施例について説明する。
Poly−Si膜、SiN膜、SiCN膜、SiO膜のサンプルを用意し、それぞれのサンプルに対してクリーニングを行い、それぞれのエッチングレート(除去速度)を測定した。また、その測定結果に基づき、SiO膜に対するPoly−Si膜、SiN膜、SiCN膜の選択比、すなわち、SiO膜のエッチングレートに対するPoly−Si膜、SiN膜、SiCN膜のエッチングレートの比を、それぞれ計算した。なお、本実施例では、石英の代わりにSiO膜を用い、SiO膜を石英に見立てており、SiO膜のエッチングレートを石英のエッチングレートと仮定し、SiO膜に対するそれぞれの膜の選択比を、石英に対するそれぞれの膜の選択比と推定した。なお、石英はSiO膜よりもエッチングレートが低いことから、石英に対するそれぞれの膜の実際の選択比は、本実施例におけるそれぞれの値よりもさらに大きくなると考えられる。本実施例のクリーニングにおいては、クリーニングガスとして次の4種類のガスを用いた。
(2)NF3ガスにH2ガスを添加したガス
(3)NF3ガスにO2ガスを添加したガス
(4)NF3ガスにO2ガスとH2ガスを添加したガス
(2)NF3ガス流量:0.5slm、H2ガス流量:0.2slm、N2ガス(希釈ガス)流量:0.3slm
(3)NF3ガス流量:0.5slm、O2ガス流量:0.3slm、N2ガス(希釈ガス)流量:0.2slm
(4)NF3ガス流量:0.5slm、O2ガス流量:0.3slm、H2ガス流量:0.2slm
ガスにO2ガスとH2ガスを添加したガスを用いた場合には、SiO膜に対するPoly−Si膜、SiN膜、SiCN膜の選択比が極めて大きくなることが確認された。この結果は、NF3ガスにO2ガスとH2ガスを添加したガスをクリーニングガスとして用いることで、石英で形成された反応管内やボート表面に堆積したPoly−Si膜や、SiN膜や、SiCN膜を除去する際に、オーバークリーニングを行っても、下地である石英(SiO)に与えるダメージが小さいことを表している。
次に第2実施例について説明する。
Poly−Si膜、SiN膜、SiCN膜、SiO膜のサンプルを用意し、それぞれのサンプルに対して、クリーニングガスとしてNF3ガスにO2ガスとH2ガスを添加したガスを用いてクリーニングを行い、それぞれのエッチングレート(除去速度)を測定した。なお、本実施例におけるクリーニングでは、処理室内温度を600℃、NF3ガス流量を0.5slm、O2ガス流量を0.3slm、H2ガス流量を0.2slmとし、処理室内圧力を複数通りに変化させた。
基板を収容した処理容器内に処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を形成する工程を所定回数実施した後、前記処理容器内にクリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理容器内をクリーニングする工程では、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去する半導体装置の製造方法が提供される。
基板上に薄膜を形成する処理が行われる処理容器を提供(providing)する工程と、
前記薄膜を形成する処理を所定回数実施した後、前記処理容器内にクリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理容器内をクリーニングする工程では、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去するクリーニング方法が提供される。
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内に前記処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する処理を所定回数実施した後、前記処理容器内に前記クリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングするようにし、前記クリーニングの際、加熱された大気圧未満の圧
力下にある前記処理容器内に前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを供給して、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去するように前記処理ガス供給系、前記クリーニングガス供給系、前記ヒータおよび前記圧力調整部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
200 ウエハ
201 処理室
202 処理炉
203 反応管
207 ヒータ
231 排気管
232a 第1ガス供給管
232b 第2ガス供給管
232c 第3ガス供給管
232d 第4ガス供給管
232e 第1不活性ガス供給管
232f 第2不活性ガス供給管
232g 第3不活性ガス供給管
232h 第4不活性ガス供給管
232i 第5ガス供給管
232j 第6ガス供給管
Claims (8)
- 基板を収容した処理容器内に処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を形成する工程を所定回数実施した後、前記処理容器内にクリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理容器内をクリーニングする工程では、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に、前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを同時に供給し、これらのガスをノンプラズマの雰囲気下で熱的に活性化させて、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去し、
前記処理容器内への前記フッ素含有ガスの供給を、前記処理容器内への前記酸素含有ガスおよび前記水素含有ガスの供給よりも先行して行う半導体装置の製造方法。 - 基板を収容した処理容器内に処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する工程と、
前記薄膜を形成する工程を所定回数実施した後、前記処理容器内にクリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理容器内をクリーニングする工程では、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に、前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを同時に供給し、これらのガスをノンプラズマの雰囲気下で熱的に活性化させて、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去し、
前記堆積物除去後に前記処理容器内への前記フッ素含有ガスの供給を停止した後においても、前記処理容器内への前記酸素含有ガスおよび前記水素含有ガスの供給を継続する半導体装置の製造方法。 - 前記堆積物除去後に前記処理容器内への前記フッ素含有ガスの供給を停止した後においても、前記処理容器内への前記酸素含有ガスおよび前記水素含有ガスの供給を継続することで、前記処理容器内に残留するフッ素を、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内における前記酸素含有ガスと前記水素含有ガスとの反応により生成された反応種と、反応させて排出する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記フッ素含有ガスが、フッ化窒素ガス、フッ素ガス、フッ化塩素ガス、フッ化水素ガスからなる群より選択される少なくとも1つのガスであり、
前記酸素含有ガスが、酸素ガス、オゾンガス、一酸化窒素ガス、亜酸化窒素ガスからなる群より選択される少なくとも1つのガスであり、
前記水素含有ガスが、水素ガス、重水素ガス、アンモニアガス、メタンガスからなる群より選択される少なくとも1つのガスである請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記処理容器内をクリーニングする工程では、前記フッ素含有ガスと、前記酸素含有ガスと、前記水素含有ガスと、を間欠的に供給する請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記処理容器内をクリーニングする工程では、
前記処理容器内に、前記フッ素含有ガスと、前記酸素含有ガスと、前記水素含有ガスと、を同時に供給する工程と、
前記処理容器内に、前記フッ素含有ガスと、前記酸素含有ガスと、前記水素含有ガスと、を封じ込める工程と、
前記処理容器内を真空排気する工程と、
を1サイクルとして、このサイクルを複数回繰り返す請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 基板上に薄膜を形成する処理が行われる処理容器を提供する工程と、
前記薄膜を形成する処理を所定回数実施した後、前記処理容器内にクリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングする工程と、を有し、
前記処理容器内をクリーニングする工程では、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを同時に供給し、これらのガスをノンプラズマの雰囲気下で熱的に活性化させて、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去し、
前記堆積物除去後に前記処理容器内への前記フッ素含有ガスの供給を停止した後においても、前記処理容器内への前記酸素含有ガスおよび前記水素含有ガスの供給を継続するクリーニング方法。 - 基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給系と、
前記処理容器内にクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給系と、
前記処理容器内を加熱するヒータと、
前記処理容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
基板を収容した前記処理容器内に前記処理ガスを供給して前記基板上に薄膜を形成する処理を所定回数実施した後、前記処理容器内に前記クリーニングガスを供給して前記処理容器内をクリーニングするようにし、前記クリーニングの際、加熱された大気圧未満の圧力下にある前記処理容器内に、前記クリーニングガスとして、フッ素含有ガスと、酸素含有ガスと、水素含有ガスとを同時に供給し、これらのガスをノンプラズマの雰囲気下で熱的に活性化させて、前記処理容器内に付着した前記薄膜を含む堆積物を熱化学反応により除去し、前記堆積物除去後に前記処理容器内への前記フッ素含有ガスの供給を停止した後においても、前記処理容器内への前記酸素含有ガスおよび前記水素含有ガスの供給を継続するように前記処理ガス供給系、前記クリーニングガス供給系、前記ヒータおよび前記圧力調整部を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。
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