(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣウエハ表面にカーボン膜を形成するカーボン膜デポ装置において、
（ａ）８４０〜８６０℃のＯ2ガスを、減圧下において装置内に導入する工程と、
（ｂ）導入した前記Ｏ2ガスによって、装置内に付着した前記カーボン膜を除去する工程とを備えることを特徴とする、
カーボン膜除去方法。
【請求項２】
前記カーボン膜デポ装置内の構成が、石英によって形成されることを特徴とする、
請求項１に記載のカーボン膜除去方法。
【請求項３】
前記カーボン膜デポ装置が、前記カーボン膜の面内均一性を向上させるための、前記ＳｉＣウエハを載置する回転機構を備えないことを特徴とする、
請求項１または２に記載のカーボン膜除去方法。
【請求項４】
前記カーボン膜デポ装置が、排気ラインにおいて計測器をさらに備え、
前記計測器が、合成ゴム素材によって前記排気ラインに接続されることを特徴とする、
請求項１または２に記載のカーボン膜除去方法。
【請求項５】
前記カーボン膜デポ装置が、排気ラインにおいて水冷トラップおよびメインバルブをさらに備え、
前記水冷トラップが、前記カーボン膜デポ装置における圧力を大気圧に戻す際にクローズする前記メインバルブの、前記排気ラインにおける下流に配置されることを特徴とする、
請求項１または２に記載のカーボン膜除去方法。
【請求項６】
前記カーボン膜デポ装置の排気ラインにおける構成が、カーボンによってコーティングされていることを特徴とする、
請求項１または２に記載のカーボン膜除去方法。
【請求項７】
前記カーボン膜デポ装置は、前記Ｏ2ガスを導入するチャンバー下部に、マニホールドをさらに備え、
前記マニホールドが、カーボンによってコーティングされていることを特徴とする、
請求項１または２に記載のカーボン膜除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカーボン膜除去方法に関し、特に、ＳｉＣウエハプロセスに用いられている、イオン注入後の活性化アニール処理のために用いられる、キャップ保護膜としてのカーボン膜の形成、除去に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣウエハプロセスにおいて、その表層へのイオン注入を実施する場合、その後アニール処理を行うことによって、注入イオン種の活性化させる方法が開示されている（例えば特許文献１）。このアニール処理には、ＳｉＣウエハにおけるドーパント種の拡散にしにくさから、１５００℃以上での熱処理が必要となる。
【０００３】
この１５００℃以上の熱処理に際して、ＳｉＣウエハの表層が露出した状態でアニール処理を行うと、ドーパント種がアウトディフューズ（外方拡散）等により、電気特性を劣化させてしまう。
【０００４】
このため当該処理前に、１５００℃以上の熱処理にも耐えうる、保護膜としてのカーボン膜４をＳｉＣウエハ表面に形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６０１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなカーボン膜を形成するカーボン膜デポ装置は、減圧したチャンバー内においてエタノールを気化させて、カーボン膜を形成するため、装置内のＳｉＣウエハ以外の箇所においてもカーボン膜が形成されてしまう。
【０００７】
このため、装置の内壁にはカーボン膜が付着していき、例えば１μｍ以上堆積すると内壁のカーボン膜が剥がれ、ＳｉＣウエハ表面に形成するカーボン膜に対する異物となる、すなわち、内壁に体積したカーボン膜がＳｉＣウエハ表面のカーボン膜に混入することで、当該カーボン膜の品質の劣化を生じさせるという問題があった。これを防ぐため、装置内に付着したカーボン膜を定期的に除去する必要があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ＳｉＣウエハ表面にカーボン膜を形成するカーボン膜デポ装置において、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質劣化を防ぐため、装置内に付着したカーボン膜を適切に除去するカーボン膜除去方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるカーボン膜除去方法は、ＳｉＣウエハ表面にカーボン膜を形成するカーボン膜デポ装置において、（ａ）８４０〜８６０℃のＯ2ガスを、減圧下において装置内に導入する工程と、（ｂ）導入した前記Ｏ2ガスによって、装置内に付着した前記カーボン膜を除去する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかるカーボン膜除去方法によれば、ＳｉＣウエハ表面にカーボン膜を形成するカーボン膜デポ装置において、（ａ）８４０〜８６０℃のＯ2ガスを、減圧下において装置内に導入する工程と、（ｂ）導入した前記Ｏ2ガスによって、装置内に付着した前記カーボン膜を除去する工程とを備えることにより、装置内に付着したカーボン膜を適切に除去し、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＳｉＣウエハの断面図である。
【図２】カーボン膜デポ装置の全体構造を示す図である。
【図３】カーボン膜デポ装置のボートターンテーブルの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明にかかるカーボン膜除去方法の前提技術として、ＳｉＣウエハプロセスにおける、カーボン膜形成、アニール処理等について、以下に説明する。
【００１３】
まず、図１に示すようなＳｉＣウエハを準備する。すなわち、ＳｉＣ基板１上にエピタキシャル層５を形成し、さらにエピタキシャル層５の表層に、異なる導電型（例えばＰ型）のイオンを注入した第１注入層２および第２注入層３を形成する。
【００１４】
次に、第１注入層２および第２注入層３に注入したイオンを活性化させる熱処理工程（アニール工程）に入るが、その前に、露出しているエピタキシャル層５、第１注入層２、第２注入層３それぞれを保護するためのカーボン膜４を形成する。
【００１５】
第１注入層２および第２注入層３を活性化させるための熱処理工程は、ＳｉＣウエハにおけるドーパント種の拡散しにくさを考慮して、１５００℃以上の温度領域において行われるが、エピタキシャル層５、第１注入層２、第２注入層３それぞれが露出したままの状態で熱処理工程を行うと、ドーパント種のアウトディフューズ（外方拡散）等により、ＳｉＣウエハの電気特性を劣化させてしまう。
【００１６】
よって、このため当該処理前に、保護膜としてのカーボン膜４をＳｉＣウエハ表面に形成する。当該カーボン膜は、１５００℃以上の熱処理にも耐えうるものとする。
【００１７】
カーボン膜４の形成には、プラズマＣＶＤによる膜形成、減圧ＣＶＤによる膜形成等の手法が考えられる。ただし、後の工程における１５００℃以上でのアニール処理を考慮すると、カーボン膜４の膜ストレスができるだけかからないようにしておくことが望ましい。
【００１８】
枚葉式のプラズマＣＶＤによりカーボン膜を形成した場合には、ウエハ表面の上面側のみにカーボン膜が形成される。よって、膜ストレスが比較的大きくなってしまう。
【００１９】
一方、バッチ式の減圧ＣＶＤによりカーボン膜を形成した場合には、ウエハ両面に均一にカーボン膜が形成される。よって、膜ストレスが比較的小さくなる。
【００２０】
以上より、バッチ式の減圧ＣＶＤによりカーボン膜を形成する方が望ましいことが分かる。
【００２１】
＜実施の形態１＞
＜構成＞
バッチ式の減圧ＣＶＤによりカーボン膜を形成するカーボン膜デポ装置について、以下に説明する。圧力は、たとえば１．２ｋＰａとする。
【００２２】
図２に、具体的なカーボン膜デポ装置の構成図を示す。装置としては、大気の巻き込みによる自然酸化膜の形成を抑止すべく、縦型の減圧ＣＶＤ装置としている。図中の矢印は、気体の流れを模式的に示すものである。
【００２３】
ローディングエリア１１内にＳｉＣ基板１を搬送し、ローディングエリア１１内のボートへＳｉＣ基板１を移載する。ローディングエリア１１内にはサイドフィルター２０（整流板）が設置され、エリア内の雰囲気を循環させる。また、ローディングエリア１１には、Ｎ2シャワー導入口２１、および、Ｎ2導入口１７が、図２に示すようにそれぞれ設置される。
【００２４】
一方、ローディングエリア１１のバックドア１８には、吸気口２６と取り込み口２７とが設置されている。
【００２５】
その後、ＳｉＣ基板１を搭載したボートをチャンバー１２内へ挿入する。チャンバー１２の下部には、バルブを複数並列に取り付けたマニホールド２５が配置される。
【００２６】
そして、減圧後に、チャンバー１２の下部に接続されたガス導入ライン２２から例えばＮ2、エタノール、Ａｒ等のガスを導入することによって、ＳｉＣ基板１に対する様々な処理が行われる。
【００２７】
排気側の構成としては、チャンバー１２からの排気ライン１６上に、センサ機構２３、バルブ機構１４、ダストトラップ２４、ポンプ１５が備えられる。
【００２８】
センサ機構２３は、圧力センサ、大気圧復帰センサ等を備え、排気ライン１６における圧力等を計測する。
【００２９】
バルブ機構１４は、ＳＳＶ（サブサブバルブ）、ＳＶ（サブバルブ）、ＭＶ（メインバルブ）の複数のバルブから構成される。大気圧から減圧していく際には、異物発塵防止のため、ゆっくりとした真空引きを行うことが望ましいが、バルブ機構１４のバルブを適宜変更制御することにより、変化が緩やかな真空引きを実現する。
【００３０】
ダストトラップ２４は、排気ガスを冷却する（水冷トラップ）。そして、未反応の副生成物を除去する。
【００３１】
ポンプ１５は、排気ライン１６の他にローディングエリア１１と直接接続され、チャンバー１２およびローディングエリア１１内の排気を行う。
【００３２】
＜動作＞
上記のカーボン膜デポ装置は、減圧したチャンバー内においてエタノールを気化させて、カーボン膜を形成する。そのため、チャンバー１２内のＳｉＣウエハ以外の箇所においてもカーボン膜が形成されてしまう。
【００３３】
このため、チャンバー１２の内壁にはカーボン膜が付着していき、例えば１μｍ以上堆積すると内壁のカーボン膜が剥がれ、ＳｉＣウエハ表面に形成するカーボン膜に対する異物となる、すなわち、内壁に体積したカーボン膜がＳｉＣウエハ表面のカーボン膜に混入する。よって、当該カーボン膜の品質の劣化を生じさせる。
【００３４】
このような現象の発生を抑制するため、チャンバー１２内壁に付着したカーボン膜を定期的に除去する必要がある。除去の方法としては、減圧したチャンバー１２内にＯ2ガスを流すことで、チャンバー１２内壁に付着したカーボン膜を燃焼除去する方法がある。
【００３５】
当該方法を採用することによって、チャンバー１２を取り外す等して、物理的にカーボン膜を除去する必要がなく、チャンバー１２内の温度も下げない状態で除膜が可能となるため、大幅なメンテナンス時間短縮が行える。
【００３６】
しかしＯ2ガスによるドライクリーニング（以下、Ｏ2クリーニング）を適用することで、他の問題が生じる。
【００３７】
Ｏ2クリーニングでは、チャンバー１２内へ導入するエタノールの熱分解によりＯ2を生成するが、当該工程において、アルデヒド等も生成されてしまう。
【００３８】
このアルデヒド等が、チャンバー１２内に備えられる機器等を構成するＳＵＳ（ステンレス鋼）材、Ｃｕ材等に付着し、さらにＯ2と反応することで、蟻酸、酢酸等のカルボン酸を生成してしまう。
【００３９】
カルボン酸が生成されることで、付着したＳＵＳ材、Ｃｕ材等を腐食する。この腐食により発生したサビはチャンバー１２内に蓄積し、ＳｉＣウエハ表面におけるカーボン膜の形成時に、そのカーボン膜に混入してしまう。この混入によって、カーボン膜の品質の劣化を生じてしまう。
【００４０】
ここで、Ｏ2クリーニングは、高温のＯ2ガスをチャンバー１２内に導入することによって行われるが、上記のＳＵＳ材、Ｃｕ材等の腐食の速度は、Ｏ2ガスの温度が高いほど加速する。
【００４１】
一方で、チャンバー１２内壁に付着したカーボン膜を燃焼除去する速度も、Ｏ2ガスの温度が高いほど加速する。
【００４２】
９００〜１０００℃の温度でＯ2ガスを導入した場合には、排気ライン１６におけるＳＵＳ材の腐食を加速させることとなった。当該加速は、Ｏ2ガスの温度を８４０〜８６０℃まで下げると、一定のレベルまで下がった。
【００４３】
また、１時間程度の処理時間でチャンバー１２内壁に付着したカーボン膜を除去しようとすると、できるだけ高い温度を維持しなくてはならない。８４０℃を下回るような温度でカーボン膜を除去しようとすると、除去しきれないカーボン膜が発生する可能性が高まる。
【００４４】
よって、導入するＯ2ガスの温度を８４０〜８６０℃とすることにより、ＳＵＳ材、Ｃｕ材等の腐食を抑制しつつ、短時間でチャンバー１２内壁に付着したカーボン膜の除去を行うことができる。エッチングレートは、たとえば１５〜２０ｎｍ／ｍｉｎとする。
【００４５】
＜腐食に対する対応＞
上記のＯ2クリーニングによりカーボン膜を除去し、さらに、装置構成においても、腐食への対策をしておくことが望ましい。
【００４６】
図３（ａ）は、カーボン膜デポ装置のボート下部に設置していたＳＵＳ材製のボートターンテーブル１００で、Ｏ2クリーニング実施後に赤いサビ（斜線部）が発生した様子を示す。
【００４７】
当該サビは、全反射蛍光Ｘ線を用いた重金属汚染評価によって、５×１０11ａｔｍｓ／ｃｍ2のＣｕが検出された。
【００４８】
このため、このボートターンテーブル１００の石英化を行うことが望ましい。
【００４９】
また、図３（ｂ）に示すようなボートターンテーブル周りの構成では、ボートターンテーブル１００の下部に、磁気シール１０１および磁気シールカップリング１０２が配置されている。
【００５０】
このうち、Ｃｕ使用部材である磁気シール１０１のシャフト部も、撤去することが望ましい。
【００５１】
ここで磁気シール１０１とは、ＳｉＣウエハ表面において形成されるカーボン膜の、膜厚均一性を向上させるボート回転機構である。
【００５２】
また、カーボン膜デポ装置の排気ライン１６に配置されたセンサ機構２３は、具体的には排気ライン１６からポート接続されており、接続するシール材（密封材）を金属にすると、Ｏ2クリーニング実施後に腐食するおそれがある。
【００５３】
よって、これらのシール材を、合成ゴム素材（例えばバイトン（登録商標）やカルレッツ材（登録商標）等）によって構成することが望ましい。
【００５４】
さらに、排気ライン１６に設置しているダストトラップ２４（水冷トラップ）は、チャンバー１２の排気口の下流に設置すると、Ｏ2クリーニング実施により、トラップ内部（特に、冷却水が流れる場所）の金属表面が腐食しサビが生じる。これは、エタノールに含まれる水分が水冷トラップ内で結露し、Ｏ2クリーニングによって酸化しサビとなったものと考えられる。
【００５５】
このサビが、チャンバー１２を大気圧に復帰させる際に逆拡散し、チャンバー１２内に設置したＳｉＣウエハ表面に付着し、カーボン膜に混入してしまう。
【００５６】
このため水冷トラップは、チャンバー１２の大気圧復帰時にクローズするメインバルブ（ＭＶ）以降、すなわち下流に設置し、トラップ内に生じたサビがチャンバー１２内に逆拡散しないようにすることが望ましい。
【００５７】
また、装置の排気ライン１６における構成や、チャンバー１２下部に配置されたマニホールド２５は、カーボンコーティングすることによって、ＳＵＳ材製であっても、Ｏ2クリーニングの際の腐食を防ぐことができる。これは、排気ライン１６やマニホールド２５は、Ｏ2クリーニングの際にもチャンバー１２内に比べて温度が低い状態に保たれるため、カーボンコーティングが除去されないからである。
【００５８】
＜効果＞
本発明にかかる実施の形態によれば、カーボン膜除去方法において、ＳｉＣウエハ表面にカーボン膜４を形成するカーボン膜デポ装置において、（ａ）８４０〜８６０℃のＯ2ガスを、減圧下において装置内に導入する工程と、（ｂ）導入したＯ2ガスによって、装置内に付着したカーボン膜４を除去する工程とを備えることで、装置内に付着し堆積したカーボン膜が、ＳｉＣウエハ表面に形成するカーボン膜に異物として混入することを抑制することができる。すなわち、当該除去方法によって装置内に付着したカーボン膜を適切に除去し、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質劣化を防ぐことができる。
【００５９】
また、当該除去方法によれば、チャンバー１２を取り外す等して、装置内に付着したカーボン膜を物理的に除去する必要がなく、チャンバー１２内の温度も下げない状態で除膜が可能となるため、大幅なメンテナンス時間短縮が行える。
【００６０】
また、本発明にかかる実施の形態によれば、カーボン膜除去方法において、カーボン膜デポ装置内の構成（ボートターンテーブル１００等）が、石英によって形成されることで、Ｏ2クリーニングの際に装置内に生成されるアルデヒド等が付着し、さらにカルボン酸を生成することにより、装置内の構成を腐食させることを防ぐことができる。よって、腐食によって形成されるサビが、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜に混入することを抑制し、品質のよいカーボン膜を形成することを可能とする。
【００６１】
また、本発明にかかる実施の形態によれば、カーボン膜除去方法において、カーボン膜デポ装置が、カーボン膜４の面内均一性を向上させるための、ＳｉＣウエハを載置する回転機構（磁気シール１０１）を備えないことで、回転機構に用いられていた金属箇所がなくなり、当該箇所が腐食することにより生じるサビが、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質を劣化させることを抑制することができる。
【００６２】
また、本発明にかかる実施の形態によれば、カーボン膜除去方法において、カーボン膜デポ装置が、排気ライン１６において計測器としてのセンサ機構２３をさらに備え、センサ機構２３が、合成ゴム素材（バイトン（登録商標）やカルレッツ材（登録商標）等）をシール材として排気ライン１６に接続されることで、接続箇所に金属が使用されないため、当該金属が腐食することにより生じるサビが、チャンバーの大気圧復帰の際に逆拡散し、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質を劣化させることを抑制することができる。
【００６３】
また、本発明にかかる実施の形態によれば、カーボン膜除去方法において、カーボン膜デポ装置が、排気ライン１６において水冷トラップおよびＭＶをさらに備え、排気ライン１６において反応副生成物を取り込む水冷トラップが、カーボン膜デポ装置における圧力を大気圧に戻す際にクローズするＭＶの、排気ラインにおける下流に配置されることで、チャンバー１２を大気圧に復帰させる際、水冷トラップより上流に設置されたＭＶがクローズすることにより、水冷トラップで生じたサビがチャンバー１２内に逆拡散することを抑制することができる。よって、チャンバー１２内にサビが拡散することを抑制し、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質劣化を抑制することができる。
【００６４】
また、本発明にかかる実施の形態によれば、カーボン膜除去方法において、カーボン膜デポ装置の排気ライン１６における構成が、カーボンによってコーティングされていることで、排気ライン１６における配管をＳＵＳ材製とした場合であっても、Ｏ2クリーニング時に腐食し、サビが発生することが抑制され、排気ライン１６からの逆拡散による、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質劣化を招くことが抑制される。
【００６５】
なお、排気ライン１６における配管は、チャンバー１２内よりも温度が低い状態に保たれるため、Ｏ2クリーニングの際にもカーボン膜は除去されない。すなわち、コーティングされたカーボン膜が剥がれ、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質劣化を招くことはない。
【００６６】
また、本発明にかかる実施の形態によれば、カーボン膜除去方法において、カーボン膜デポ装置は、Ｏ2ガスを導入するチャンバー１２下部に、マニホールド２５をさらに備え、マニホールド２５が、カーボンによってコーティングされていることで、マニホールド２５をＳＵＳ材製とした場合であっても、Ｏ2クリーニング時に腐食し、サビが発生することが抑制され、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質劣化を招くことが抑制される。
【００６７】
なお、マニホールド２５は、チャンバー１２内よりも温度が低い状態に保たれるため、Ｏ2クリーニングの際にもカーボン膜は除去されない。すなわち、コーティングされたカーボン膜が剥がれ、ＳｉＣウエハ表面のカーボン膜の品質劣化を招くことはない。
【００６８】
なお本発明は、その発明の範囲内において、本実施の形態における任意の構成要素の変形もしくは省略が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１  ＳｉＣ基板、２  第１注入層、３  第２注入層、４  カーボン膜、５  エピタキシャル層、１１  ローディングエリア、１２  チャンバー、１４  バルブ機構、１５  ポンプ、１６  排気ライン、１７  導入口、１８  バックドア、２０  サイドフィルター、２１  導入口、２２  ガス導入ライン、２３  センサ機構、２４  ダストトラップ、２５  マニホールド、２６  吸気口、２７  取り込み口、１００  ボートターンテーブル、１０１  磁気シール、１０２  磁気シールカップリング。
【図１】
0005539302.tif 000002
【図２】
0005539302.tif 000003
【図３】
0005539302.tif 000004