(57)【要約】【課題】反応槽のクリーニングのためのドライエッチングの終点判断を正確に行うことができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】製造装置の反応槽内で基板上に構造膜を形成することにより半導体装置を製造するプロセスにおいて、反応槽内のクリーニングを行う。すなわち、反応槽の内壁にホウ素を含有したシリコン窒化膜からなるプレコート膜を堆積させ（ステップＳ１１）、反応槽内において基板上に構造膜としてホウ素を含まないシリコン窒化膜を形成し（ステップＳ１２）、反応槽の内壁をドライエッチングしてクリーニングする（ステップＳ１３）。このとき、ドライエッチングは、反応槽から排出されるガスにホウ素が検出された後で終了させる。【選択図】図２
2010109245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽内で基板上に構造膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記反応槽の内壁に前記構造膜に含まれない検出用元素を含むプレコート膜を堆積させるプレコート工程と、
前記基板上に前記構造膜を形成するプロセス工程と、
前記反応槽の内壁をドライエッチングするクリーニング工程と、
を備え、
前記ドライエッチングは、前記反応槽から排出されるガスに前記検出用元素が検出された後で終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
反応槽内で基板上に構造膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記反応槽の内壁に、前記構造膜に含まれる元素を含みエッチング速度が前記構造膜のエッチング速度とは異なるプレコート膜を堆積させるプレコート工程と、
前記基板上に前記構造膜を形成するプロセス工程と、
前記反応槽の内壁をドライエッチングするクリーニング工程と、
を備え、
前記ドライエッチングは、前記反応槽から排出されるガスに含まれる前記元素の検出量が前記構造膜に相当する検出量から変化した後で終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
反応槽内で基板上に構造膜を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に前記構造膜を形成するプロセス工程と、
前記反応槽の内壁をドライエッチングするクリーニング工程と、
を備え、
前記反応槽の内壁には前記構造膜に含まれない検出用元素が含有されており、
前記ドライエッチングは、前記反応槽から排出されるガスに前記検出用元素が検出された後で終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記プロセス工程の前に、前記反応槽内に前記検出用元素を含むガスを充満させる工程をさらに備えたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記クリーニング工程において、前記内壁の温度も考慮して前記ドライエッチングの終点判断を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、反応槽内で基板上に構造膜を形成することにより半導体装置を製造する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェーハ上に絶縁膜や導電膜等の構造膜を形成することにより半導体装置を製造する半導体装置の製造装置、例えば、ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition：低圧化学気相成長法）等の成膜装置においては、使用により反応槽の内壁に成膜材料が堆積してしまう。このような堆積膜が厚くなり過ぎると、堆積膜が剥離して反応槽内が汚染されたり、堆積膜が局所的に剥がれることにより反応槽内の条件が不均一になったりして、ウェーハ上に形成される構造膜の膜厚や膜質が不均一になるという問題がある。
【０００３】
そこで、成膜装置を継続的に使用する際には、ウェーハ上に構造膜を形成する本来の使用の合間に、反応槽の内部を定期的にドライエッチングして、反応槽の内壁に堆積された堆積膜を除去している（例えば、特許文献１参照。）。例えば、反応槽内にモニタ用ウェーハを設置し、このモニタ用ウェーハ上に堆積された堆積膜の膜厚が基準値以上となったときに、ドライエッチングを行う。このドライエッチングには、ＨＦガスやＦ２ガス等のハロゲン系のクリーニングガスを用いる。
【０００４】
しかしながら、このドライエッチングにおいては、正確な終点判断が困難であり、従来、エッチング時間は経験的に決められていた。このため、アンダーエッチングとなり反応槽の内壁に堆積膜が残留したり、逆に、オーバーエッチングとなり反応槽に損傷を与えたりすることがあった。内壁に堆積膜が残留すると、堆積膜が剥がれて反応槽内に汚染が発生したり、反応槽内の条件が不均一になったりして、半導体装置の歩留まりが低下する。また、反応槽に損傷を与えると、成膜装置の部品の交換頻度が増加する。このように、いずれの場合も半導体装置の生産性を低下させてしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−７７８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、反応槽のクリーニングのためのドライエッチングの終点判断を正確に行うことができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、反応槽内で基板上に構造膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記反応槽の内壁に前記構造膜に含まれない検出用元素を含むプレコート膜を堆積させるプレコート工程と、前記基板上に前記構造膜を形成するプロセス工程と、前記反応槽の内壁をドライエッチングするクリーニング工程と、を備え、前記ドライエッチングは、前記反応槽から排出されるガスに前記検出用元素が検出された後で終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の一態様によれば、反応槽内で基板上に構造膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記反応槽の内壁に、前記構造膜に含まれる元素を含みエッチング速度が前記構造膜のエッチング速度とは異なるプレコート膜を堆積させるプレコート工程と、前記基板上に前記構造膜を形成するプロセス工程と、前記反応槽の内壁をドライエッチングするクリーニング工程と、を備え、前記ドライエッチングは、前記反応槽から排出されるガスに含まれる前記元素の検出量が前記構造膜に相当する検出量から変化した後で終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の更に他の一態様によれば、反応槽内で基板上に構造膜を形成する半導体装置の製造方法であって、前記基板上に前記構造膜を形成するプロセス工程と、前記反応槽の内壁をドライエッチングするクリーニング工程と、を備え、前記反応槽の内壁には前記構造膜に含まれない検出用元素が含有されており、前記ドライエッチングは、前記反応槽から排出されるガスに前記検出用元素が検出された後で終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反応槽のクリーニングのためのドライエッチングの終点判断を正確に行うことができる半導体装置の製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置を例示する模式図である。
本実施形態に係る半導体装置の製造装置は、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit：大規模集積回路）チップ等の半導体装置を製造する装置である。より具体的には、シリコンウェーハ等の基板上に構造膜を形成する成膜装置であり、例えば、ＬＰＣＶＤ装置である。なお、構造膜とは、半導体装置を製造するために基板上に形成することが必要な膜であり、電極等を構成する導電膜、層間膜等を構成する絶縁膜、アクティブエリア等を構成する半導体膜が含まれる。また、構造膜には、これらの半導体装置を構成する膜の他に、犠牲膜、マスク膜、エッチングストッパ膜及び拡散防止膜等のプロセス上必要となる膜も含まれる。構造膜は、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン膜等である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造装置１においては、例えばＬＰＣＶＤ法によってシリコンウェーハ等の基板上に薄膜を形成する反応槽１１が設けられている。また、反応槽１１内には、シリコンウェーハを保持するウェーハボート１２等の治具が設けられている。反応槽１１の内壁及びウェーハボート１２等の治具は、石英（ＳｉＯ２）により形成されている。
【００１３】
反応槽１１には、構造膜を成膜するための材料ガスを反応槽１１内に導入する材料ガス導入管１３ａ及び１３ｂが接続されている。例えば、構造膜がシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）である場合は、材料ガスはＤＣＳ（Dichlorosilane：ジクロロシラン（SiCl2H2））ガス及びアンモニア（ＮＨ３）ガスであり、ＤＣＳガスは材料ガス導入管１３ａを介して反応槽１１内に導入され、アンモニアガスは材料ガス導入管１３ｂを介して反応槽１１内に導入される。なお、材料ガスが３種類の以上のガスからなる場合には、材料ガス導入管は３本以上設けられていてもよい。逆に、１本の材料ガス導入管により複数種類のガスを導入してもよい。
【００１４】
また、反応槽１１には、クリーニングガスを反応槽１１内に導入するクリーニングガス導入管１４が接続されている。クリーニングガスは、例えば、フッ化水素ガス（ＨＦ）及びフッ素ガス（Ｆ２）の混合ガスである。
【００１５】
更に、反応槽１１には、検出用ガスを反応槽１１内に導入する検出用ガス導入管１５が接続されている。検出用ガスとは、構造膜に含まれない元素（以下、「検出用元素」という）が含まれるガスであり、例えば、反応槽１１の内壁及びウェーハボート１２等の治具（以下、「内壁等」ともいう）の表面上に検出用元素を含むプレコート膜を形成するための材料ガスである。本実施形態においては、検出用元素はホウ素（Ｂ）であり、プレコート膜はホウ素を含有したシリコン窒化膜（以下、「Ｂ−ＳｉＮ膜」ともいう）であり、検出用ガスはＢＣｌ３ガスである。
【００１６】
更にまた、反応槽１１には排気管１７の一端が接続されている。排気管１７の他端は排気ポンプ１８に接続されている。そして、排気管１７の途中には引出管１９の両端が接続されており、引出管１９には、検出用元素（ホウ素）を検出する検出手段として、四重極質量計（Ｑ−ｍａｓｓ）２０が取り付けられている。
【００１７】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る製造装置の動作、すなわち、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図であり、
図３は、横軸に時間をとり、縦軸にホウ素の検出量をとって、本実施形態におけるクリーニング工程の終点判断の方法を例示するグラフ図である。
【００１８】
先ず、図１及び図２のステップＳ１１に示すように、反応槽１１の内壁等に堆積膜が堆積されていない製造装置１、例えば、新品又はクリーニング直後の製造装置１について、プレコート工程を実施する。具体的には、反応槽１１内に、材料ガス導入管１３ａ及び１３ｂを介して材料ガスを導入すると共に、検出用ガス導入管１５を介して検出用ガスを導入する。これにより、反応槽１１の内壁及びウェーハボート１２等の治具の表面に、検出用元素を含むプレコート膜を堆積させる。例えば、反応槽１１内に、材料ガス導入管１３ａを介してＤＣＳガスを導入し、材料ガス導入管１３ｂを介してアンモニアガスを導入し、検出用ガス導入管１５を介してＢＣｌ３ガスを導入し、これらを反応槽１１内において反応させる。これにより、反応槽１１の内壁等の表面に、プレコート膜としてホウ素を含有するシリコン窒化膜（Ｂ−ＳｉＮ膜）が堆積する。なお、プレコート膜の種類によっては、材料ガスを供給することなく、検出用ガスのみによりプレコート膜を堆積させてもよい。
【００１９】
次に、図２のステップＳ１２に示すように、プロセス工程を実施する。すなわち、反応槽１１内に材料ガス導入管１３ａ及び１３ｂを介して材料ガスを導入し、基板上に構造膜を形成する。この構造膜には上述の検出用元素は含まれていない。例えば、材料ガスとしてＤＣＳガス及びアンモニアガスを導入し、反応槽１１内でこれらを反応させ、シリコンウェーハ上に構造膜としてホウ素を実質的に含まないシリコン窒化膜（以下、「ＳｉＮ膜」ともいう）を形成する。このようにして構造膜が形成されたシリコンウェーハは、その後、他の製造装置によって成膜及びエッチング等の処理が施され、ダイシングされることにより、半導体装置に加工される。
【００２０】
このプロセス工程においては、構造膜の成膜材料が反応槽１１の内壁及びウェーハボート１２等の治具の表面にも堆積してしまい、不可避的に堆積膜が形成される。堆積膜とは、構造膜の成膜材料が積層されたものであり、検出用元素（ホウ素）は含んでいない。以後、基板であるシリコンウェーハを入れ替えて、構造膜の成膜を繰り返す。これにより、反応槽１１の内壁等に堆積された堆積膜は次第に厚くなっていく。
【００２１】
そして、堆積膜がある程度厚くなったら、図２のステップＳ１３に示すように、クリーニング工程を実施する。クリーニング工程の実施タイミングは、反応槽１１内に設置したモニタ用ウェーハに堆積された堆積膜が一定の膜厚に達した時点としてもよく、プロセス工程の実施時間が一定の時間に達した時点としてもよい。
【００２２】
クリーニング工程においては、クリーニングガス導入管１４を介して反応槽１１内にクリーニングガスを導入し、反応槽１１の内壁等をドライエッチングする。クリーニングガスには、例えばフッ化水素ガス（ＨＦ）及びフッ素ガス（Ｆ２）の混合ガスを用いる。また、排気ポンプ１８を作動させ、排気管１７を介して反応槽１１内のガスを排出する。このとき、排気ガスの一部を引出管１９に引き入れ、四重極質量計２０によって排気ガス中のホウ素の含有量を測定する。
【００２３】
このとき、図３に示すように、ドライエッチングを開始してからしばらくの間は、反応槽１１の内壁等に堆積された堆積膜、すなわち、ホウ素を含まないシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等がエッチングされるため、四重極質量計２０によってホウ素が検出されることはない。しかし、堆積膜が局所的に除去され、プレコート膜、すなわち、ホウ素を含むシリコン窒化膜（Ｂ−ＳｉＮ膜）が露出し、これがエッチングされ始めると、排気ガスにホウ素が混入し始め、四重極質量計２０がホウ素を検出し始める。そして、堆積膜の除去が進み、プレコート膜の露出面積が増加すると、ホウ素の検出量も増加する。その後、プレコート膜が局所的に除去され、反応槽１１の内壁等を形成する石英（ＳｉＯ２）が露出し始めると、ホウ素の検出量は低下する。そして、プレコート膜が完全に除去されると、ホウ素は検出されなくなる。
【００２４】
このように、ホウ素が検出され始めた時点は、堆積膜が部分的に除去されてプレコート膜が露出し始めた時点であり、ホウ素が検出されなくなった時点は、プレコート膜がほぼ完全に除去された時点であると判断できる。そして、プレコート膜が露出し始めた時点では、堆積膜は未だ部分的に残留しており、プレコート膜が完全に除去された時点では、堆積膜もほぼ完全に除去されたものと考えられる。一方、プレコート膜が除去された後、さらにドライエッチングを進めると、反応槽１１の内壁等がエッチングされ、損傷を受けてしまう。
【００２５】
そこで、本実施形態においては、四重極質量計２０によりホウ素が検出され始めた時点から、ホウ素が検出されなくなる時点までの間に、ドライエッチングを終了させる。例えば、ホウ素の検出量がピークを越えて減少し、ほぼゼロとなった時点Ｔｅｎｄでドライエッチングを終了させる。これにより、反応槽１１の内壁等の表面から堆積膜及びプレコート膜が除去され、反応槽１１はプレコート工程前の状態に戻る。
【００２６】
以後、このサイクルを繰り返す。すなわち、ステップＳ１１に示すように、反応槽１１の内壁等にプレコート膜を堆積させた後、ステップＳ１２に進み、基板上に構造膜を形成して半導体装置を製造する。そして、反応槽１１の内壁等に付着した堆積膜が厚くなってきたら、ステップＳ１３に示すように、クリーニングを行う。
【００２７】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態によれば、構造膜の形成に先立って反応槽１１の内壁等に検出用元素（例えばホウ素）を含むプレコート膜を堆積させておき、クリーニングの際には排気ガス中の検出用元素を検出しながらドライエッチングを進めている。これにより、クリーニング中に現在どの膜がエッチングされているかを把握することができ、ドライエッチングの終点判断を正確に行うことができる。このため、反応槽１１の内壁等に与える損傷を抑えつつ、堆積膜を効果的に除去することができる。この結果、堆積膜が厚くなり過ぎて剥離し、反応槽１１内を汚染したり、反応槽１１内の条件が不均一になったりすることがなく、また、反応槽１１の内壁等に損傷を与えて部品の交換頻度が増加することもなく、半導体装置を生産性よく製造することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、構造膜としてシリコン窒化膜を形成し、検出用元素としてホウ素を使用する例を示したが、これに限定されない。例えば、構造膜として、シリコン酸化膜、ポリシリコン膜等、他の膜を形成してもよく、組成が異なる種々の膜を積層させてもよい。また、検出用元素もホウ素には限定されず、構造膜に含まれない元素であってプロセス工程に支障をきたさない元素であれば使用可能であり、例えば、リン（Ｐ）及びヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。なお、検出用元素にリン又はヒ素を使用し、プレコート膜をリン又はヒ素を含有したシリコン窒化膜とする場合は、検出用ガス、すなわち、プレコート膜にリン又はヒ素を添加するための原料ガスとして、それぞれホスフィン（ＰＨ３）又はアルシン（ＡｓＨ４）を用いることができる。また、プレコート膜をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）により形成し、検出用元素としてアルミニウム（Ａｌ）を使用してもよい。この場合は、検出用ガスとして例えばＴＭＡ（Trimethylaluminium：トリメチルアルミニウム（(CH3)3Al））を用いることができる。更に、検出手段は検出用元素の有無を検出できればよく、四重極質量計には限定されない。
【００２９】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
図４は、本変形例に係る半導体装置の製造装置を例示する模式図である。
図４に示すように、本変形例に係る半導体装置の製造装置１ａにおいては、前述の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置１（図１参照）の構成に加えて、反応槽１１の内壁の温度を測定する温度測定手段２５が設けられている。そして、図２のステップＳ１３に示すクリーニング工程において、排気ガス中のホウ素の有無だけでなく、反応槽１１の内壁の温度も考慮してドライエッチングを終了させる時点を判断する。具体的には、Ｂ−ＳｉＮ膜をエッチングしているときは、ＳｉＮ膜をエッチングしているとき、及び石英をエッチングしているときよりも反応槽１１の内壁の温度が上昇するため、温度測定手段２５によって内壁の温度を継続的に測定することにより、Ｂ−ＳｉＮ膜がエッチングされているタイミングを把握することができる。すなわち、内壁の温度が上昇した後で、ドライエッチングを停止すればよい。このように、ホウ素の検出及び温度測定の双方を行うことによって、ドライエッチングの終点判断をより精度よく行うことができる。本変形例における上記以外の製造装置の構成、製造方法及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置を例示する模式図である。
本実施形態においては、プレコート膜及び構造膜を共にシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）とするが、各膜の成膜方法を異ならせることにより、エッチング速度を異ならせる。そして、クリーニング工程において、排気ガス中のシリコン元素の含有量を測定することにより、エッチングの終点判断を行う。
【００３１】
図５に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造装置２においては、前述の第１の実施形態に係る製造装置１（図１参照）と比較して、検出用ガス導入管１５（図１参照）が設けられておらず、３種類の材料ガス導入管１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設けられている。材料ガス導入管１３ａは反応槽１１内にＤＣＳガスを導入する管であり、材料ガス導入管１３ｂは反応槽１１内にアンモニアガスを導入する管であり、材料ガス導入管１３ｃは反応槽１１内にＨＣＤ（Hexachlorodisilane：ヘキサクロロジシラン（Si2Cl6））ガスを導入する管である。
【００３２】
また、製造装置２においては、四重極質量計２０（図１参照）の代わりに、測定手段として赤外線検出計３０が設けられている。赤外線検出計３０は、排気ガス中のＳｉＦ４濃度を測定することにより、反応槽１１から排出されたガスについて構造膜に含まれる元素の含有量を測定するものである。製造装置２における上記以外の構成は、製造装置１（図１参照）と同様である。
【００３３】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る製造装置の動作、すなわち、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図６は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図であり、
図７は、横軸に時間をとり、縦軸にＳｉＦ４の検出量をとって、本実施形態におけるクリーニング工程の終点判断の方法を例示するグラフ図である。
【００３４】
先ず、図５及び図６のステップＳ２１に示すように、反応槽１１の内壁等に堆積膜が堆積されていない製造装置２について、プレコート工程を実施する。このとき、反応槽１１の内壁等に、構造膜に含まれる元素を含みエッチング速度が構造膜のエッチング速度よりも高いプレコート膜を堆積させる。例えば、反応槽１１内に、材料ガス導入管１３ｃを介してＨＣＤガスを導入すると共に、材料ガス導入管１３ｂを介してアンモニアガスを導入する。これにより、反応槽１１の内部においてＨＣＤとアンモニアが反応し、反応槽１１の内壁及びウェーハボート１２等の治具の表面にプレコート膜としてシリコン窒化膜が堆積する。以下、このＨＣＤ由来のシリコン窒化膜を「ＨＣＤ−ＳｉＮ膜」という。
【００３５】
次に、図６のステップＳ２２に示すように、プロセス工程を実施する。すなわち、反応槽１１内に材料ガス導入管１３を介して材料ガスを導入し、基板上に構造膜を堆積させる。例えば、反応槽１１内に材料ガス導入管１３ａを介してＤＣＳガスを導入すると共に、材料ガス導入管１３ｂを介してアンモニアガスを導入し、反応槽１１内でこれらを反応させ、シリコンウェーハ上に構造膜としてシリコン窒化膜を形成する。以下、このＤＣＳ由来のシリコン窒化膜を「ＤＣＳ−ＳｉＮ膜」という。以後、基板であるシリコンウェーハを入れ替えて、構造膜の形成を繰り返す。これにより、反応槽１１の内壁等に堆積された堆積膜は次第に厚くなっていく。
【００３６】
そして、ステップＳ２１においてプレコート膜として堆積させたＨＣＤ−ＳｉＮ膜は、ステップＳ２２において構造膜として形成したＤＣＳ−ＳｉＮ膜と比較して、組成は近似しているが、膜密度が粗であり、従ってエッチング速度が高い。
【００３７】
堆積膜がある程度厚くなったら、図６のステップＳ２３に示すように、クリーニング工程を実施する。クリーニング工程の内容は、前述の第１の実施形態と同様である。このとき、排気ガスの一部を赤外線検出計３０に引き入れ、赤外線検出計３０によって排気ガス中のＳｉＦ４の濃度を測定することにより、排気ガス中のシリコン元素の含有量を測定する。
【００３８】
このとき、図７に示すように、ドライエッチングを開始してからしばらくの間は、反応槽１１の内壁等に堆積された堆積膜、すなわち、膜構造が密でありエッチング速度が相対的に低いＤＣＳ−ＳｉＮ膜がエッチングされるため、排気ガス中のＳｉＦ４濃度は相対的に低い。しかし、堆積膜が局所的に除去され、プレコート膜、すなわちＨＣＤ−ＳｉＮ膜が露出してエッチングされ始めると、ＨＣＤ−ＳｉＮ膜は膜密度が粗であり、エッチング速度がＤＣＳ−ＳｉＮ膜よりも高いため、排気ガス中のＳｉＦ４濃度が高くなる。そして、堆積膜の除去が進み、プレコート膜の露出面積が増加すると、ＳｉＦ４の濃度も増加する。その後、プレコート膜が局所的に除去され、反応槽１１の内壁等を形成する石英（ＳｉＯ２）が露出し始めると、石英はＨＣＤ−ＳｉＮ膜よりもエッチングされにくいため、排気ガス中のＳｉＦ４濃度は低下する。
【００３９】
このように、ＳｉＦ４濃度が増加し始めた時点は、堆積膜が部分的に除去されてプレコート膜が露出し始めた時点であり、ＳｉＦ４濃度がピークを越えて減少し始めた時点は、プレコート膜が部分的に除去されて反応槽１１の内壁等が露出しエッチングされ始めた時点であると判断できる。そして、プレコート膜が露出し始めた時点では、堆積膜は未だ部分的に残留しており、反応槽１１の内壁等が露出し始めた時点では、堆積膜はほぼ完全に除去されたものと考えられる。一方、反応槽１１の内壁等が露出した後、さらにドライエッチングを進めると、内壁等が損傷を受けてしまう。
【００４０】
そこで、本実施形態においては、反応槽１１から排出されるガスに含まれるＳｉ元素の検出量が構造膜に相当する検出量から変化した後、ドライエッチングを終了させる。具体的には、赤外線検出計３０により測定される排気ガス中のＳｉＦ４検出量が判定値Ｃ０以上となった後、ドライエッチングを終了させる。判定値Ｃ０は、ＤＣＳ−ＳｉＮ膜をエッチングしているときに検出される排気ガス中のＳｉＦ４検出値よりも高い値であって、ＨＣＤ−ＳｉＮ膜をエッチングしているときに検出される排気ガス中のＳｉＦ４検出値よりも低い値とする。例えば、ＳｉＦ４濃度がピークを越えて減少し、ピーク前と同じ水準に戻った時点、すなわち、ＤＣＳ−ＳｉＮ膜をエッチングしているときの検出値と等しくなった時点Ｔｅｎｄにおいて、ドライエッチングを終了させる。これにより、反応槽１１の内壁等の表面から、堆積膜及びプレコート膜が除去される。以後、ステップＳ２１〜Ｓ２３に示すサイクルを繰り返す。
【００４１】
次に、本実施形態の効果について説明する。
上述の如く、本実施形態によれば、構造膜であるＤＣＳ−ＳｉＮ膜の形成に先立って、反応槽１１の内壁等に、構造膜に含まれる元素（Ｓｉ）を含み、構造膜よりもエッチング速度が高いプレコート膜としてＨＣＤ−ＳｉＮ膜を堆積させておき、クリーニング工程においては、排気ガス中のＳｉ量を測定しながらドライエッチングを行っている。これにより、前述の第１の実施形態と同様に、エッチングの進行状態を正確に把握することができ、ドライエッチングの終点判断を正確に行うことができる。この結果、反応槽１１の内壁等に与える損傷を抑えつつ、堆積膜を効果的に除去することができ、半導体装置の生産性を向上させることができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、前述の第１の実施形態と比較して、反応槽１１内にホウ素を導入する必要がないため、製造装置に検出用ガス導入管１５（図１参照）を設ける必要がなく、また、構造膜に異種材料であるホウ素が混入する虞がない。
【００４３】
なお、本実施形態においては、構造膜としてＤＣＳ−ＳｉＮ膜を用い、プレコート膜としてＨＣＤ−ＳｉＮ膜を用いる例を示したが、これに限定されない。例えば、プレコート膜には、構造膜よりもエッチング速度が低い膜を用いてもよい。この場合でも、排気ガス中の特定の元素の含有量を継続的に測定し、構造膜に相当する検出量から変化した後、ドライエッチングを終了すればよい。また、プレコート膜の組成を構造膜の組成とは異ならせることにより、エッチング速度を異ならせてもよい。更に、構造膜とプレコート膜とで材料ガスには同じガスを使用し、成膜条件を異ならせることで、膜の組成又は結晶構造等を異ならせ、エッチング速度を異ならせてもよい。更にまた、構造膜には、シリコン窒化膜以外の膜、例えばシリコン酸化膜又はポリシリコン膜等を使用してもよい。この場合、プレコート膜には、構造膜に含まれる元素を含みエッチング速度が構造膜のエッチング速度とは異なる膜を使用すればよい。
【００４４】
また、本実施形態においても、前述の第１の実施形態の変形例と同様に、半導体装置の製造装置に反応槽の内壁の温度を測定する温度測定手段２５（図４参照）を設け、クリーニング工程において、内壁の温度も考慮してドライエッチングの終点判断を行ってもよい。プレコート膜であるＨＣＤ−ＳｉＮ膜をエッチングしているときは、構造膜であるＤＣＳ−ＳｉＮ膜をエッチングしているときよりも、エッチング反応が速く進むため、反応槽の内壁の温度が高くなる。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置を例示する模式図である。
図８に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造装置３においては、前述の第１の実施形態に係る製造装置１（図１参照）と比較して、反応槽３１がホウ素を含有した石英（Ｂ−ＳｉＯ２）により形成されている。また、製造装置３においては、検出用ガス導入管１５（図１参照）が設けられていない。製造装置３における上記以外の構成は、製造装置１（図１参照）と同様である。
【００４６】
次に、上述の如く構成された本実施形態に係る製造装置の動作、すなわち、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図９は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【００４７】
図９に示すように、本実施形態においては、前述の第１及び第２の実施形態において実施したようなプレコート工程は実施しない。すなわち、反応槽３１の内壁等に堆積膜が堆積されていない製造装置３について、プレコート膜を堆積させることなく、プロセス工程Ｓ３２を実施する。プロセス工程Ｓ３２の内容は、前述の第１の実施形態におけるプロセス工程Ｓ１２と同様である。すなわち、シリコンウェーハ等の基板上に、検出用元素であるホウ素を含まない構造膜、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する。
【００４８】
そして、堆積膜がある程度厚くなったら、図９のステップＳ３３に示すように、クリーニング工程を実施する。クリーニング工程の内容は、前述の第１の実施形態と同様である。すなわち、クリーニングガスによって反応槽３１内をドライエッチングしながら、排気ガスの一部を引出管１９に引き入れ、四重極質量計２０によって排気ガス中のホウ素の含有量を測定する。
【００４９】
このとき、ドライエッチングを開始してからしばらくの間は、反応槽３１の内壁等に堆積された堆積膜、すなわち、ホウ素を含まないシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）がエッチングされるため、四重極質量計２０によってホウ素が検出されることはない。しかし、堆積膜が局所的に除去され、反応槽３１を形成するホウ素を含有した石英（Ｂ−ＳｉＯ２）が露出し、これがエッチングされると、排気ガスにホウ素が混入し、四重極質量計２０によってホウ素が検出される。なお、石英が露出した後、さらにドライエッチングを進めると、反応槽３１の内壁等がエッチングされ、損傷を受けてしまう。そこで、本実施形態においては、四重極質量計２０によりホウ素が検出され始めた時点よりも後の適当な時点Ｔｅｎｄにおいて、ドライエッチングを終了させる。これにより、反応槽３１の内壁等の表面から、堆積膜が除去される。
【００５０】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、反応槽３１の内壁を検出用元素を含む材料、例えば、ホウ素を含む石英によって形成し、クリーニング工程において、排気ガス中の検出用元素を検出しながらドライエッチングを進めることにより、ドライエッチングの終点判断が容易になる。これにより、反応槽３１の内壁等に与える損傷を抑えつつ、堆積膜を効果的に除去することができる。この結果、半導体装置の生産性を向上させることができる。
【００５１】
また、本実施形態においては、反応槽３１の内壁に予め検出用元素が含有されているため、前述の第１の実施形態とは異なり、プレコート工程を実施する必要がない。このため、プレコート工程に要する時間及びコストが不要となり、半導体装置をより効率的に製造することができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、ウェーハボート１２等の反応槽３１内に設置される治具についても、ホウ素を含む石英によって形成してもよい。また、本実施形態においては、検出用元素としてホウ素を使用する例を示したが、これに限定されず、構造膜に含まれない元素であってプロセス工程に支障をきたさない元素であれば使用可能であり、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。更に、本実施形態においても、前述の第１の実施形態の変形例と同様に、半導体装置の製造装置に反応槽の内壁の温度を測定する温度測定手段２５（図４参照）を設け、クリーニング工程において、内壁の温度も考慮してドライエッチングの終点判断を行ってもよい。
【００５３】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１０は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図であり、
図１１は、横軸に時間をとり、縦軸にホウ素の検出量をとって、本実施形態におけるクリーニング工程の終点判断の方法を例示するグラフ図である。
本実施形態においては、半導体装置の製造装置として、前述の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置１（図１参照）を使用する。
【００５４】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態において実施したようなプレコート工程（図２のステップＳ１１参照）は実施せず、その代わりに、図１０のステップＳ４１に示すように、反応槽１１内に検出用元素を含むガスを充満させて反応槽１１の内壁等の表層に検出用元素を浸透させる浸透工程を実施する。具体的には、検出用ガス導入管１５を介して、反応槽１１内にＢＣｌ３ガスを導入し、反応槽１１内に充満させる。これにより、反応槽１１の内壁及びウェーハボート１２等の治具の表層に、ホウ素が拡散し、浸透する。その後、反応槽１１内からＢＣｌ３ガスを十分に排気する。
【００５５】
次に、ステップＳ４２に示すように、プロセス工程を実施する。プロセス工程Ｓ４２の内容は、前述の第１の実施形態におけるプロセス工程Ｓ１２と同様である。すなわち、シリコンウェーハ等の基板上に、検出用元素としてのホウ素を含まない構造膜、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する。
【００５６】
そして、堆積膜がある程度厚くなったら、図１０のステップＳ４３に示すように、クリーニング工程を実施する。クリーニング工程の内容は、前述の第１及び第３の実施形態と同様である。このとき、図１１に示すように、反応槽１１の内壁等に堆積されたホウ素を含まない堆積膜がエッチングされている間は、四重極質量計２０によってホウ素が検出されることはない。しかし、堆積膜が除去され、反応槽１１の内壁等を形成する石英（ＳｉＯ２）が露出されると、この内壁等の表層にはホウ素が浸透しているため、エッチングの排気ガス中にホウ素が混入し、四重極質量計２０によって検出される。ホウ素の検出量は、内壁等の表層をエッチングしているときに最大となり、図１１に示すように、ピークを形成する。
【００５７】
そして、本実施形態においては、ホウ素が検出され始めた時点よりも後の適当な時点において、ドライエッチングを終了させる。例えば、図１１において、ホウ素の検出量がピークを越えた時点Ｔｅｎｄで、ドライエッチングを停止する。これにより、反応槽１１の内壁等の表面から、堆積膜が除去される。
【００５８】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、ステップＳ４１において反応槽１１の内壁等の表層に検出用元素を浸透させておき、クリーニング工程において、排気ガス中の検出用元素を検出しながらドライエッチングを進めることにより、ドライエッチングの終点判断が容易になる。この結果、反応槽１１の内壁等に与える損傷を抑えつつ、堆積膜を効果的に除去することができる。また、内壁等の表層部分に集中的にホウ素を浸透させることができるため、図１１に示すようなホウ素の検出量を経時的に示すチャートにおいて、鋭いピークが形成される。これにより、ドライエッチングの終点判断がより一層容易になる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５９】
なお、本実施形態においても、反応槽１１の内壁等に浸透させる検出用元素はホウ素には限定されず、構造膜に含まれない元素であってプロセス工程に支障をきたさない元素であれば使用可能であり、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。また、本実施形態においても、前述の第１の実施形態の変形例と同様に、反応槽の内壁の温度も考慮してドライエッチングを終了させる時点を判断してもよい。
【００６０】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造装置を例示する模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図３】横軸に時間をとり、縦軸にホウ素の検出量をとって、第１の実施形態におけるクリーニング工程の終点判断の方法を例示するグラフ図である。
【図４】第１の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造装置を例示する模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造装置を例示する模式図である。
【図６】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図７】横軸に時間をとり、縦軸にＳｉＦ４の検出量をとって、第２の実施形態におけるクリーニング工程の終点判断の方法を例示するグラフ図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造装置を例示する模式図である。
【図９】第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
【図１１】横軸に時間をとり、縦軸にホウ素の検出量をとって、第４の実施形態におけるクリーニング工程の終点判断の方法を例示するグラフ図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１ａ、２、３  製造装置、１１  反応槽、１２  ウェーハボート、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  材料ガス導入管、１４  クリーニングガス導入管、１５  検出用ガス導入管、１７  排気管、１８  排気ポンプ、１９  引出管、２０  四重極質量計、２５  温度測定手段、３０  赤外線検出計、３１  反応槽、Ｃ０  判定値、Ｔｅｎｄ  時点
【図１】
2010109245.tif 000003
【図２】
2010109245.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010109245.tif 000008
【図７】
2010109245.tif 000009
【図８】
2010109245.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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