JPH01136970A - プラズマｃｖｄ装置のクリーニング方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、プラズマＣＶ　Ｄ　（Ｃａｓ＋１ｃａｌ　Ｖ
ａｐｏｒＤａｐｏｇｉｔｉｏｎ）法によって、薄膜を形
成する装置のクリーニング方法に関する。

（従来の技ｖ＃） プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法は、真空容器内
に試料を保持し、形成すべき薄膜の組成元素を含む化合
物ガスを供給しながら、高周波エネルギによって前記化
合物ガスを励起し、試料表面をそのプラズマ雰囲気に当
たるよう配置することによって、試料表面に薄膜を形成
する方法である。この方法は、プラズマの活性を利用し
ているため、室温から４００℃程度までの低温で膜形成
を行なうことができるという特徴がある。

プラズマＣＶＤ装置 形成薄膜の膜質および膜厚分布の制御ならびにピンホー
ルやパーティクルの付着等の膜欠陥の問題である。また
、生産面での課題は堆積速度の向上である。

したがって、良質のプラズマＣＶＤ膜を均一に試料表面
に形成するためには、薄膜形成時の低温プラズマの分布
およびその安定度、試料加熱分布ならびに試料保持温度
等のプロセス条件に工夫が必要である。

以下、図面を参照しながら、上述した従来のプラズマ気
相成長法の一例について説明する。

第１図は、プラズマＣＶＤ装置の概略断面図を示す。第
１図において、１は真空状態の維持が可能な真空容器、
２はプラズマＣＶＤ膜が形成される試料、３は試料２を
保持し、かつ内部に加熱用のヒータを有し、試料２を加
熱することが可能な試料台、４は試料台３の内部に搭載
されたヒータ、５はヒータ４に交流電力を供給するため
の交流電源、６は例えば４００　ｋ　ｌｌｚの高周波電
力が供給される電極、７は周波数４００　ｋ　Ｈｚの高
周波電源、８は真空容器１内の圧力を大気圧以下の真空
度に真空排気すφための真空ポンプ、９は真空容器１と
真空ポンプ８の間を気密に接続する真空排気用のパイプ
、１０は真空容器１内の圧力を、管内抵抗を可変にし、
すなわち真空ポンプ８の有効排気速度を可変にして制御
するバタフライバルブ、１１はガス流量制御装置を介し
て化合物ガスを真空容器１内に導入するためのガスノズ
ルである。

以下、上記のように構成されるプラズマＣＶＤ装置を用
いたプラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法の従来の方
法について説明する。

まず、真空容器１内を真空ポンプ８により、５０ｍＴｏ
ｒｒ以下の真空度まで真空排気した後、試料２表面に形
成すべき薄膜の組成元素を含む化合物ガスをガスノズル
１１から流量制御装置（図示せず）で制御しながら真空
容器１内に導入する。さらに、バタフライバルブ１０を
操作し、薄膜形成条件である圧力、すなわち１００〜４
００ｍＴｏｒｒに真空容器１内を制御する。また、試料
２は試料台３によって３００℃程度の温度に加熱制御す
る。次に、電極６に周波数４００　ｋ　Ｉ（ｚの高周波
電力を供給することによって前記化合物ガスを励起し、
試料２表面をそのプラズマ雰囲気にさらすことによって
、試料２表面にプラズマＣＶＤ膜を形成する。

ところで、試料２表面にプラズマＣＶＤ膜を形成する際
には、電極６．試料台３．真空容器１等々の真空容器１
内構成部品にも類似の膜【無効な膜）が堆積する。すな
わち、類似の膜が真空容器１内構成部品に累積する。こ
の類似の膜は比較的密着力が弱く、その膜厚増加と共に
真空容器１内にフレークを発生させる。その結果、試料
２表面にパーティクルが多量に付着し、試料２表面に形
成したプラズマＣＶＤ膜に膜欠陥を生じさせる。

そこで、定期的に真空容器１内構成部品に付着した無効
な膜を除去する必要がある。その手段として、プラズマ
クリーニングが用いられる。これは、真空容器１内にガ
スノズル１１によりハロゲンガスを導入し、所定の圧力
に保持した後、電極６に高周波電力を供給することによ
って、真空容器１内に低温プラズマを発生させ、低温プ
ラズマ中の活性種によって無効な膜をドライエツチング
するものである０例えば、試料２表面に窒化シリコン膜
を堆積させるプラズマＣＶＤ装置の場合には、前記ハロ
ゲンガスは、六フッ化硫黄（ＳＦｓ）や、四フッ化炭素
（ＣＦ、）と酸素（０２）との混合ガスが用いられる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のような従来の方法では下記の問題
点を有していた。

ＣＦ４ガスと０２ガスとの混合ガスを用いたプラズマク
リーニングについては、被エツチング物がプラズマで窒
化シリコン膜の場合、　３０００人／分程度のエツチン
グ速度でプラズマクリーニングすることが可能であるが
、被エツチング面に炭素または炭素化合物が付着しやす
い。すなわち、エツチングとしてはフッ素ラジカルが寄
与し、ＣＦ４ガスの分解成分である炭素が理想的なガス
流れによって真空排気されるか、もしくは、プラズマ中
の酸素ラジカルによってＣＯまたはＣＯ２ガスとして除
去される必要がある。しかし、炭素の除去はＣＦ４と０
２ガス混合比、圧力、高周波電力印加方式、高周波電力
値や反応室の構造等に依存し、理想的な除去は非常に困
難である。その結果１例えば高周波印加電極等に付着し
た炭素または炭素化合物の上にプラズマＣＶＤ膜を堆積
していくと、炭素または／Ｕ索化合物は付着面である電
極表面との密着力が弱いため、プラズマＣＶＤ膜の増加
と共に剥離し、被処理物である基材表面に付着し、プラ
ズマＣＶＤ膜に膜欠陥を発生させる。そこで、頻度高く
プラズマクリーニングをする必要があるため、膜堆積装
置としての設備稼働率を低下させる原因の一つとなって
いる。

ＳＦＧガスを用いたプラズマクリーニングについては、
プラズマ窒化シリコン膜のエツチング速度が５０００人
／分と前者よりも速く、かつガス価格も前者に比べ大幅
に安く、稼働率ならびにコストの点でも有利なものであ
り、また、炭素等の付着による問題もなく最近使用され
るようになってきた。

しかしながら、電ｐｉ６表面や試料台３の電極６に面す
る表面は、活性なエッチャントが寄与しやすいため良好
にプラズマクリーニングができるが、試料台３の裏面や
真空容器１の内側壁面に付着したポーラスな膜は、従来
のプラズマクリーニングで除去することは非常に困難で
ある。

したがって、パーティクルの付着を防ぎ、かつ再現性良
くプラズマＣＶＤ膜を試料表面にデポジシミンするため
には、定期的に真空容器内を機械的にメンテナンスする
必要があるという問題点を有していた。また、プラズマ
クリーニングでとれにくい膜内に、ＳＦ、ガスが放電解
離して生ずる硫黄ラジカルがとり込まれ、真空容器を大
気にもどした際強い悪臭を生じ、機械的メンテナンスの
作業環境を悪化させるという問題点を有していた。

上記悪臭のガスを分析した結果を表１に示す。分析方法
は、反応容器内のガスを１リツトル（Ｑ）採集した後、
稀硫酸および過酸化水素添加の水酸化ナトリウム溶液を
用い、ガスを吸収した後、吸収液を分析した。なお、硫
化水素（Ｈｌｓ）の分析値は吸収液中の硫黄（Ｓ）量よ
り換算して求めた。

表１に示すように、上記悪臭のガスは、硫化水素（Ｈｌ
ｓ）およびアンモニウム（Ｎ）１ｍ）を主成分とするも
のであった。

本発明は上記問題点に鑑み、プラズマＣＶＤ装置の真空
容器内構成部品に付着した無効な膜を効率良くプラズマ
クリーニングすることが可能なプラズマＣＶＤ装置のク
リーニング方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために１本発明のプラズマＣＶＤ
装置のクリーニング方法は、プラズマＣＶＤ装置の反応
容器内構成部品を反応容器内においてプラズマクリーニ
ングする際、プラズマクリーニングガスとして六フッ化
硫黄（ｓＦ、　）と酸素（０，）の混合ガスを用いてプ
ラズマクリーニングを行なうようにしたものである。

（作　用） 本発明は上記した構成によって、プラズマＣｖＤの反応
容器内構成部品を反応容器内においてプラズマクリーニ
ングする際、活性寿命の長い酸素ラジカルがフッ素ラジ
カルを活性状態で、反応容器内のすみずみに拡散するよ
うに寄与する効果、および硫黄ラジカルと酸素ラジカル
が反応し、酸化硫黄ガスとして真空排気する効果とによ
って、反応容器内構成部品に付着した無効な膜を効率良
くプラズマクリーニングすることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例のプラズマＣＶＤ装置のクリー
ニング方法について図面を参照しながら説明する。

まず、試料表面へのプラズマＣＶＤ膜の形成について説
明する。第１図において、真空容器１内を真空ポンプ８
によって３０ｍＴｏｒｒ以下の真空度まで真空排気した
後、試料２表面に形成すべき薄膜の組成元素を含む化合
ガス、すなわちモノシラン（ＳｉＨ４）　Ｉアンモニア
（ＮＨ３）　、窒１７４（Ｎ、）の混合ガスを各々４０
０５ＣＣＭ、　５００ＳＣＣＭ、　１６００ｓｃｃＭの
ガス流量で、ガスノズル１１より真空容器１内に導入し
、かつ真空容器１内の圧力をバタフライバルブ１０を操
作して２６０ｍＴｏｒｒに保持する。また、試料２は試
料台３によって３００℃の温度に加熱制御する。次に、
電極６に高周波電源７より周波数４００ｋｌ（ｚの高周
波゛電力を供給することによって、試料２を含む空間に
低温プラズマを発生させる１以上の結果、試料２上に屈
折率１，９９８±０．０２．膜厚分布±３％のシリコン
ナイトライド膜を形成することができた。

次に、プラズマクリーニングについて説明する。

まず、試料２を真空容器１内より取り出した後、真空容
器１内を真空ポンプ８によって、３０ｍＴｏｒｒ以下の
真空度まで真空排気した後、六フッ化硫黄（ＳＦＧ）と
酸素ガス（０□）を各々２０ＱＯ５ＣＣＭ、　３００Ｓ
ＣＣＭのガス流址でガスノズル１１より真空容器１内に
導入し、かつ真空容器１内の圧力を３００ｍＴｏｒｒに
保持する。次に、電極６に高周波電源７より周波数４０
０ＫＨｚの高周波電力を供給することによって低温プラ
ズマを発生させ、プラズマクリーニングを実施する。上
記実施例により、プラズマＣＶＤ装置の真空容器１内構
成部品に付着した無効な膜を効率良くプラズマクリーニ
ングすることができた。

本発明の効果を明確にするために、下記の追加実験を試
みた。

プラズマＣＶＤ装置の真空容器１内に５ｉｎ４゜Ｎｉｌ
、、Ｎ、の混合ガスを導入し、試料２に窒化シリコン膜
が１０２℃程度成長するまでプラズマを発生させた後、
真空容器１内のガス雰囲気をととのえた後、プラズマク
リーニングを一定時間実施する。

本実験では、本発明方法および従来方法共に１２０分間
プラズマクリーニングを行なった。電極６に印加する高
周波電力の電力密度は０．６６Ｗ／ｄ一定とし、圧力も
３００ｍＴｏｒｒ一定とした。プラズマクリーニング用
ガス流量は、従来方法ではＳＦ、ガス２０００ＳＣＣＭ
とし、本発明方法ではＳＦ、ガス２０００ＳＣＣＭ　。

０２ガス３００ＳＣＣＭの混合ガスとした。

表２は、プラズマクリーニング後、真空容器１内に生ず
る臭気について分析したものである。実験は３回試みた
。なお、分析法は従来例の説明中に示したものと同様で
ある。

表２に示すように２本発明を適用することにより、プラ
ズマクリーニング後、ＮＨ，やＨ，Ｓの発生をほぼ抑止
することが可能であった。また、各々プラズマクリーニ
ング後、真空容器１内を大気にもどし、クリーニング状
態を目視評価した結果を表３に示す。０印は下地面が目
視できる良好なりリーニング状態を表わし、ｘ印は下地
面目視できない悪いクリーニング状態を意味する０表３
に示すように、本発明は効率の良いクリーニングができ
ることがわかる。

表３ 次に、クリーニング性能に起因するデポジションの再現
性、および試料２へのダスト付着について調べた実験結
果を述べる。実験方法は、真空容器１内にＳｉＨ，、Ｎ
Ｈ，、Ｎ２の混合ガスを導入し、試料台３の試料２位置
に窒化シリコン膜が１０２℃程度成長するまでプラズマ
を発生させた後、真空容器１内のガス雰囲気を清浄した
後、プラズマクリーニングを一定時間実施する。ここで
、プラズマクリーニングは、本発明方法、従来方法共に
電極６に印加する高周波電力の電力密度を０．６６Ｗ／
ａｌｔ、圧力を３００ｍＴｏｒｒと一定に保ち、１２０
分間プラズマを発生させた。次に、真空容器１内のガス
雰囲気を清浄した後、デポジション用反応ガス、すなわ
ちＳｉＨ４＋　ＮＨ，ｔ　Ｎｚ混合ガスを導入し、試料
台３の試料２位置に窒化シリコン膜が１μ■成長するよ
うにプラズマＣＶＤを実施し、プリデポジションを行な
う。次に、評価用の試料を設置し、窒化シリコン膜を約
１０００人堆積し、試料２に対し、成長速度、膜厚バラ
ツキ、ＢＨＦエツチング速度およびダスト付着量で評価
を行なう、ここで、ダスト付着呈はレーザ表面欠陥検査
装置を用い、デポジション前後のダスト付着量を測定し
て求めたダスト増加量を表わす、なお、実験は５回実施
し、実験結果を表４にまとめた。

表４ 表４に示すように、本発明の適用により、デポジション
再現性およびダスト低減を可能にすることがわかる。

第２図は、プラズマクリーニングにおけるＯ、ガス添加
量のエツチング速度に及ぼす効果を調べた実験結果であ
る。０．ガスの添加により、エツチング速度はほとんど
影響されないことがわかる。なお、エツチング速度は試
料台３の試料２位置で評価したものである。すなわち、
０２ガスの添加の効果は、本明細書の［作用」の項に記
載したように。

プラズマクリーニングの際、一般に活性寿命の長い酸素
ラジカルがフッ素ラジカルを活性状態で真空容器１内の
すみずみに拡散させるような効果があり、また、硫黄ラ
ジカルと酸素ラジカルは反応しやすい。その結果、反応
容器内構成部品に付着した無効な膜を効率良くプラズマ
クリーニングすることができるものと考える。

以上のように、本実施例によれば、プラズマクリーニン
グの際、プラズマクリーニングガスとして六フッ化硫黄
（ＳＦ６　）と酸素（０，）の混合ガスを用いることに
よって、真空容器１の側壁面等真空容器１内のすみずみ
までプラズマクリーニングすることができ、効率良くか
つ再現性良いプラズマクリーニングができると共に、悪
臭（硫化水素）の発生も防止することができた。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば。

プラズマＣＶＤ装置の反応容器内構成部品を反応容器内
においてプラズマクリーニングする際、プラズマクリー
ニングとして六フッ化硫黄と酸素の混合ガスを用いるこ
とによって反応容器内のすみずみまでプラズマクリーニ
ングすることができ。

効率良くかつ再現性良いプラズマクリーニングができる
と共に、悪臭（硫化水素）の発生も防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマＣＶＤ装置の概略断面図、第２図はプ
ラズマクリーニングにおける０２ガス添加量のエツチン
グ速度に及ぼす効果を調べた実験結果を示す図である。 １・・・真空容器、　２・・・試料、　３・・・試料台
、４・・・ヒータ、　５・・・交流電源、　６・・・電
極。 ７・・・高周波電源、　８・・・真空ポンプ、９・・・
パイプ、１０・・・バタフライバルブ、１１・・・ガス
ノズル。 特許出願人　松下電器産業株式会社 第１図 、７ ｔ・・員嗅番暦　　　　２・・・試料 ３・・・ｊに糾６　　　　４・・・ヒータ５・・・欠浪
電沸　　　６・・・電極 ７・・・＃ｌ司夕（４１源　　　　　　８・・・島゛墾
、ポン７゛９・・・ハ・イア’　　　　　　　　ＩＱ・
−＋％タフライＪｔｒｔ−７”１１・−Ｆ”大ノズレ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　真空状態の維持が可能な反応容器と、反応容器内を減
   圧雰囲気にするための排気手段と、プラズマＣＶＤ膜を
   少なくとも一方の表面に堆積させる試料を保持する試料
   保持手段と、試料を加熱制御するための加熱手段と、反
   応容器内に原料ガスを導入するためのガス供給手段と、
   反応容器内を所定の圧力に保持するための圧力制御手段
   と、少なくとも試料を含む空間に低温プラズマを発生さ
   せる電極と、電極に高周波電力を供給し低温プラズマを
   発生させるためのプラズマ発生手段とからなるプラズマ
   ＣＶＤ装置を用いたプラズマＣＶＤ方法において、プラ
   ズマＣＶＤ装置の反応容器内構成部品を反応容器内にお
   いてプラズマクリーニングする際、プラズマクリーニン
   グガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ＿６）と酸素（Ｏ＿２
   ）の混合ガスを用いるプラズマＣＶＤ装置のクリーニン
   グ方法。