(57)【要約】  プラズマを使用せずに、高いエッチング速度で膜形成装置のプロセスチャンバーの壁に付着した窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を均一に除去することができる膜形成装置のクリーニング方法の提供。  窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜を形成するために使用された後の膜形成装置のプロセスチャンバー上に堆積された窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を除去するための膜形成装置のクリーニング方法であって、前記クリーニング方法は、フッ素ガスを含むプロセスガスを前記プロセスチャンバーに供給する工程と、前記プロセスチャンバーを加熱する工程とを含む。
2009544849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜を形成するために使用された後の膜形成装置のプロセスチャンバー上に堆積された、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を除去するための膜形成装置のクリーニング方法であって、前記クリーニング方法は、
フッ素ガスを含むプロセスガスを前記膜形成装置の前記プロセスチャンバーに供給する工程と、
前記プロセスチャンバーを加熱する工程と
を含むクリーニング方法。
【請求項２】
前記プロセスガスが、前記フッ素ガスと不活性ガスとの混合ガスである請求項１のクリーニング方法。
【請求項３】
前記プロセスガスが5ないし80体積%のフッ素ガスから構成され、残りが不活性ガスであるという組成を持つ混合ガスである、請求項１のクリーニング方法。
【請求項４】
前記プロセスガスが、さらに一酸化窒素ガスを含む請求項１のクリーニング方法。
【請求項５】
前記一酸化窒素ガスを添加された前記プロセスガスが、5ないし80体積%のフッ素ガスおよび1ないし20体積%の一酸化窒素ガスから構成され、残りが不活性ガスであるという組成を持つ請求項４のクリーニング方法。
【請求項６】
前記不活性ガスが、窒素および希ガスから選択される少なくとも1つのガスである、請求項２または５のクリーニング方法。
【請求項７】
前記プロセスガスを、前記プロセスチャンバー内で減圧し、かつ加熱する請求項１ないし６のいずれか１項のクリーニング方法。
【請求項８】
前記プロセスチャンバーの中の減圧の程度が0.1ないし700 Torrである、請求項７のクリーニング方法。
【請求項９】
前記プロセスチャンバーの加熱温度が100℃ないし500℃である、請求項１のクリーニング方法。
【請求項１０】
プロセスチャンバー内でウェーハ上に窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜を形成する膜形成装置であって、
前記プロセスチャンバーの中で窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜を形成するための原料ガスを供給するための原料供給手段と、
フッ素ガスを含むプロセスガスを前記プロセスチャンバーに供給するためのプロセスガス供給手段と、
前記プロセスチャンバーを加熱するための加熱手段と
を含む膜形成装置。
【請求項１１】
前記プロセスガス供給手段が、一酸化窒素を添加されたフッ素ガスを含むプロセスガスを前記プロセスチャンバー内に供給する、請求項１０の膜形成装置。
【請求項１２】
前記プロセスチャンバーの内部を減圧するための排気手段をさらに含む、請求項１０の膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
技術分野
本発明は膜形成装置のクリーニング方法、およびクリーニングシステムを具備した膜形成装置に関する。
【０００２】
背景技術
半導体デバイスを製造するプロセスにおいて、半導体ウェーハ上のバリア膜として機能する窒化タンタル(TaN)または窒化チタン(TiN)膜は、熱化学気相堆積(熱CVD)または原子層堆積(ALD)のためのプロセスチャンバーを具備した膜形成装置を用いて形成される。TaNまたはTiN薄膜の形成に際し、プロセスチャンバー中の反応生成物は、半導体ウェーハの上だけでなく、プロセスチャンバーの壁および半導体ウェーハの支持部材(例えば、サセプタ)の上にも堆積される。TaNまたはTiNを含有する堆積された反応生成物は、プロセスチャンバーの内壁等から剥がれ、それにより粒子の生成をもたらす。粒子は、次に半導体ウェーハ上にTaNまたはTiN膜を形成するときに半導体ウェーハに付着し、それによりTaNまたはTiN膜の品質を悪化させる。したがって、膜形成装置のクリーニングが必要とされる。
【０００３】
例えば、プロセスチャンバーの壁に付着するTaNまたはTiNを含有する堆積物を酸溶液等のエッチング液によって除去する湿式クリーニングは、従来よく知られている。しかしながら、この方法は、酸溶液によってプロセスチャンバーをクリーニングし、水で洗い、膜形成装置を停止させた後に水を除去するという複雑で長いクリーニング処理を必要とし、膜形成装置の中断時間が長期におよび、それにより生産性の低下をもたらす。
【０００４】
一方で、特許文献１、２および３は、半導体デバイスの製造において窒化タンタル(TaN)をエッチングする方法を開示している。特許文献１は、２つの工程、すなわち、活性ガスとしてのN2およびNH3のプラズマ処理の第１の工程ならびに活性ガスとしてのO2およびC2F4のプラズマ処理の第２の工程という２つの工程によりTaxNyが選択的にエッチングされることを開示している。特許文献２は、TaNがSiCl4、NF3およびO2を含むガスを用いたプラズマ処理によって絶縁膜に対して高いエッチング選択比でエッチングされ得ることを開示する。特許文献３は、O2/O2F4による酸化プラズマ化学処理によって、Cu層について選択的にTaNを除去することを開示する。
【０００５】
しかしながら、窒化タンタル(TaN)または窒化チタン(TiN)のプラズマエッチング処理がプロセスチャンバー中の、窒化タンタルまたは窒化チタンを含有する堆積物のクリーニングに適用される場合、熱CVD膜形成装置は、例えば高価なプラズマ発生装置を必要とし、それにより稼動コストおよび装置コストの上昇を引き起こす。
【０００６】
特許文献１、US-A-2004/0058528
特許文献２、US-A-2005/0095867
特許文献３、US-A-2005/0250337
解決しようとする課題
本発明は、プラズマを使用することなく高いエッチング速度にて、膜形成装置のプロセスチャンバーの壁に付着した窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含む堆積物を均一に除去することができる膜形成装置のクリーニング方法、および同様の膜形成装置を提供する。
【０００７】
課題を解決するための手段
本発明の第１の側面によれば、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜を形成するために使用された後の膜形成装置のプロセスチャンバー上に堆積された窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を除去するための膜形成装置のクリーニング方法であって、前記クリーニング方法は、
前記膜形成装置の前記プロセスチャンバー中にフッ素ガスを含むプロセスガスを供給する工程と、
前記プロセスチャンバーを加熱する工程と
を含むクリーニング方法が提供される。
【０００８】
本発明の第２の側面によれば、プロセスチャンバー内でウェーハ上に窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜を形成する膜形成装置であって、
前記プロセスチャンバー中に、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜を形成するための原料ガスを供給するための原料供給手段と、
前記プロセスチャンバー中に、フッ素ガスを含むプロセスガスを供給するためのプロセスガス供給手段と、
前記プロセスチャンバーを加熱するための加熱手段と
を含む、膜形成装置が提供される。
【０００９】
発明の効果
本発明によれば、膜形成装置のプロセスチャンバーの壁に付着する窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物が、高いエッチング速度にて均一に除去され得る。窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜が、次のウェーハ上に形成される場合、粒子に起因する悪化の無い、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた高品質の薄膜を形成することができる。
【００１０】
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の態様を記載する。
【００１１】
１つの態様は、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜が形成された後の膜形成装置のプロセスチャンバーにフッ素ガス(F2ガス)を含有するプロセスガスを供給し、プロセスチャンバーの壁等に堆積された、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を、プロセスチャンバーを加熱することによって除去するクリーニング方法である。
【００１２】
他の態様は、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜が形成された後の膜形成装置のプロセスチャンバーに一酸化窒素(NO)が添加されたフッ素ガスを含むプロセスガスを導入し、プロセスチャンバーの壁等に堆積された窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を、プロセスチャンバーを加熱することによって除去するクリーニング方法である。
【００１３】
膜形成装置は、例えば熱CVDまたはALDのための、プロセスチャンバーを含む。膜形成装置としては、シート供給型またはバッチ型が利用可能である。シート供給型の場合、プロセスチャンバー中に搬入された半導体ウェーハが載置されるサセプタが配置される。バッチ型の場合、プロセスチャンバー中の複数の半導体ウェーハを収容するボートが配置される。
【００１４】
以下に、図１に示される、窒化タンタルまたは窒化チタン薄膜を形成するためのシート供給型熱CVD膜形成装置を詳細に記載する。
【００１５】
プロセスチャンバー1は、例えばアルミニウム、またはアルミニウム合金、モネルおよびインコネルのような合金の如き金属で作られ、この図に関して前面および後面に示されたような、半導体ウェーハを運び入れおよび運び出す、ローディングおよびアンローディングのためのゲート弁を具備する。シート供給型の場合は、半導体ウェーハが上に支持されるサセプタ2がプロセスチャンバー中に配置され、支持シャフト3によって支持される。ヒーター4が、サセプタ2の中に組込まれている。排気パイプ5が、プロセスチャンバー1の下部の側壁に接続され、その他方の端は、メカニカルブースターポンプまたはロータリーポンプのような排気装置(図示せず)と連通している。ところで、サセプタ2の中に組込まれたヒーター4以外に他のヒーターをプロセスチャンバー1の外周に配置しても差しつかえない。
【００１６】
薄膜を形成する原料ガスの供給手段11は、タンタルまたはチタン型前駆体のガス供給源に接続された第1の供給パイプ12と、アンモニアガス供給源に接続された第２の供給パイプ13と、不活性ガス供給源に接続された第３の供給パイプ14とを含む。これら第１ないし第３の供給パイプ12、13および14は、メイン供給パイプ15を介してプロセスチャンバー1に接続されている。マスフローコントローラーMFC1ないしMFC3が、それぞれ第１ないし第３の供給パイプ12、13および14上に設けられている。開閉弁V1が、メイン供給パイプ15上に設けられている。
【００１７】
タンタルおよびチタン型前駆体の例は、限定されないが、ペンタエトキシタンタル(Ta(OEt)5)、テトラエトキシジメチルアミノエトキシドタンタル(Ta(OEt)4(OEtNMe)2)、(tert-ブチルイミノ)トリス(ジエチルアミノ)タンタル((Et2N)3Ta=NtBu)、第三(アミルイミノ)トリス(ジメチルアミノ) タンタル((Me2N)3Ta=NAm)、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル(Ta[NMe2]5)、五塩化タンタル(TaCl5)、五塩化タンタル-ジエチル硫黄付加物(TaCl5-SEt2)、五フッ化タンタル(TaF5)、四塩化チタン(TiCl4)、テトラキスジエチルアミノチタン(Ti(NEt2)4)、テトラキスジメチルアミノチタン(Ti(NMe2)4)、チタン(IV)イソプロポキシド (Ti(OiPr)4),テトラキス(ジエチルメチルアミノ)チタン(Ti[NEtMe]4)、ジ(i-プロポキシ)ビス(ジイソブチリルメタナート)チタン(Ti(OiPr)2(dibm)2)、ジ(i-プロポキシ)ビス(ジイソブチリルメタナート)チタン(Ti(OiPr)2(dpm)2)、ペンタエトキシタンタル(Ta(OEt)5)、テトラエトキシジエチルアミノエトキシドタンタル(Ta(OEt)4(OEtNMe)2)、(tert-ブチルイミノ)トリス(ジエチルアミノ)タンタル((Et2N)3Ta=NtBu)、第三(アミルイミノ)トリス(ジメチルアミノ)タンタル((Me2N)3Ta=NAm)、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル(Ta[NMe2]5)、五塩化タンタル(TaCl5)、五塩化タンタル-ジエチル硫黄付加物(TaCl5-SEt2)、五フッ化タンタル(TaF5)を含む。
【００１８】
プロセスガス供給手段21は、フッ素ガス(F2)供給源に接続された第４の供給パイプ22と、一酸化窒素(NO)供給源に接続された第５の供給パイプ23と、不活性ガス供給源に接続された第６の供給パイプ24とを含む。これら第４ないし第６の供給パイプ22、23および24が、メイン供給パイプ25を介してプロセスチャンバー1に接続されている。マスフローコントローラーMFC4ないしMFC6が、第4ないし第6の供給パイプ22、23および24上に設けられている。ミキサー26および開閉弁V2が、第4ないし第6の供給パイプ22、23および24の側から連続的にメイン供給パイプ25上に設けられている。
【００１９】
このようなシート供給型の熱CVD膜形成装置を用いた半導体ウェーハ上への窒化タンタルまたは窒化チタン薄膜の形成、および膜のクリーニングを以下に記載する。
【００２０】
半導体ウェーハ30は、ローディング側のゲート弁(図示せず)からプロセスチャンバー1内のサセプタ2の上に運ばれる。プロセスチャンバー1の中のガスが、排気パイプ5に接続された排気装置を作動させることによって、排気パイプ5を介して排気される。プロセスチャンバー1が所望の圧力に到達した後、排気ガスの排気を継続している間、原料ガス供給手段11の開閉弁V1を開き、前駆体ガス供給源、アンモニアガス供給源および不活性ガス供給源から、前駆体ガス、アンモニアガスおよび不活性ガス(例えば、アルゴンガス)を、第1ないし第3の供給パイプ12、13および14ならびにメイン供給パイプ15を介してプロセスチャンバー1に供給する。このとき、第1ないし第3の供給パイプ12、13および14を通って流れる前駆体ガス、アンモニアガスおよび不活性ガスの流量は、供給パイプ12、13および14上に設けられたマスフローコントローラーMFC1ないしMFC3によって調節される。プロセスチャンバー1の中の圧力が安定化された後に、原料ガス中の前駆体をアンモニアと反応させるためにサセプタ2のヒーター4で半導体ウェーハ30を加熱することによって、ウェーハ30上に窒化タンタル(TaN)または窒化チタン(TiN)膜を形成する。TaNまたはTiN薄膜が形成された後に、ウェーハ30がアンローディング側にあるゲート弁を通ってプロセスチャンバー1の外に(例えば、次のプロセスでのプロセスチャンバーに)運ばれる。
【００２１】
半導体ウェーハ上への窒化タンタルまたは窒化チタン薄膜の形成が少なくとも一度実行された後に、窒化タンタルまたは窒化チタンを含有する堆積物がプロセスチャンバー1(時折、前駆体の未反応物が混入される)の内壁面に付着している場合、以下のクリーニングが実行される。
【００２２】
窒化タンタルまたは窒化チタン薄膜が上に形成された半導体ウェーハがプロセスチャンバー1の外に運ばれた後で原料ガス供給手段11の開閉弁を閉じ、加熱を継続する間、排気パイプ5に接続された排気装置を作動させることによって、プロセスチャンバー1の中のガスを排気パイプ5を介して排気する。このとき、プロセスガス供給手段21の開閉弁V2を開き、第6の供給パイプ24およびメイン供給パイプ25を介して不活性ガス供給源から窒素(N2)ガスのみをプロセスチャンバー1に供給することによって、プロセスチャンバー1の中の雰囲気を所望の圧力(減圧)を有する窒素雰囲気と置き換えても差しつかえない。
【００２３】
プロセスチャンバーが所望の圧力に到達した後、サセプタ2のヒーター4による加熱および排ガスの排気を継続している間、プロセスガス供給手段21の開閉弁V2を開き、フッ素ガス供給源および不活性ガス供給源からフッ素ガスおよび不活性ガス(例えば、窒素ガス)を、第4および第6供給パイプ22、24を介してメイン供給パイプ25に供給する。第4および第6の供給パイプ22および24を通って流れるフッ素ガスおよび窒素ガスの流量は、供給パイプ22、24上に設けられたマスフローコントローラーMFC4およびMFC6によって調節される。流量が調節された後、メイン供給パイプ25上に設けられたミキサー26によってフッ素ガスと窒素ガスとが混合され、前記混合ガスが、メイン供給パイプ25を介してプロセスチャンバー1に供給される。プロセスチャンバー1の内壁上(および、サセプタ2の周囲面)に堆積された窒化タンタルまたは窒化チタンを含有する堆積物は、混合ガスが供給されると、減圧に制御されたフッ素ガスの強いエッチング作用および熱エネルギーによって反応し、クリーニングのために除去される。
【００２４】
他の態様によれば、プロセスチャンバー1が所望の圧力に到達した後、サセプタ2のヒーター4による加熱および排ガスの排気を継続している間、プロセスガス供給手段21の開閉弁V2を開き、F2ガス、NOガスおよび不活性ガス(例えば、N2ガス)を、第4ないし第6の供給パイプ22、23および24を介してフッ素ガス供給源、一酸化窒素ガス供給源および不活性ガス供給源からメイン供給パイプ25に供給する。このとき、第4、第5および第6の供給パイプ22、23および24を通って流れるF2ガス、NOガスおよびN2ガスの流量は、供給パイプ22、23および24上に設けられたマスフローコントローラーMFC4、MFC5およびMFC6によって調節される。流量が調節された後、F2ガス、NOガスおよびN2ガスが、メイン供給パイプ25上に設けられたミキサー26によって混合され、前記混合されたガスが、メイン供給パイプ25を介してプロセスチャンバー11に供給される。プロセスチャンバー1の内壁上(およびサセプタ2の周囲面)に堆積された窒化タンタルまたは窒化チタンを含有する堆積物は、混合ガスが供給されると、減圧に制御されたF2ガスおよびNOガスの強いエッチング作用および熱エネルギーによって反応し、クリーニングのために除去される。
【００２５】
上記膜形成装置を用いた窒化タンタルまたは窒化チタン薄膜の形成は先に記載されているので、プロセスチャンバーに前駆体ガスおよびアルゴンを供給することによって、タンタルまたはチタン薄膜を半導体ウェーハ上に形成することができる。この場合、タンタルまたはチタンを含有する堆積物がプロセスチャンバー(時折、前駆体の未反応物が混入される)の壁に付着する。
【００２６】
プロセスガスは、先述したようなフッ素ガスと不活性ガスとの混合ガスであることが好ましい。しかしながら、フッ素ガスのみから構成されたプロセスガスを使用しても差しつかえない。特に、プロセスガスは、フッ素ガス5ないし80体積%で、残りが不活性ガスから構成される組成を有する混合ガスであることが好ましい。プロセスガス中のフッ素ガスの量が5体積%未満に設定される場合、プロセスチャンバーの内壁上に堆積された窒化タンタル、窒化チタンまたはタンタルもしくはチタンを含む堆積物をエッチングによって効率的に除去することは難しいであろう。好ましいフッ素ガスの量は10ないし50体積%である。不活性ガスとしては、例えば窒素ガス、アルゴンガスおよびヘリウムガスのような希ガスが使用され得る。
【００２７】
一酸化窒素が添加されたプロセスガスは、フッ素ガス5ないし80体積%、一酸化窒素ガス1ないし20体積%で、残りが不活性ガスから構成される組成を持つことが好ましい。このような組成を持つフッ素ガスと一酸化窒素ガスとを含むプロセスガスを使用することによって、プロセスチャンバーの内壁上に堆積された窒化タンタルまたは窒化チタンを含有する堆積物を、エッチングによってより効率的に除去することができる。より好ましいプロセスガス中のフッ素ガスおよび一酸化窒素ガスの含有量は、それぞれ10ないし50体積%および1ないし10体積%である。特に、プロセスガス中のフッ素ガスおよび一酸化窒素ガスは、先述した含有率の範囲の中でフッ素(F2) / 一酸化窒素(NO)の比Rが1≦R≦4であるように設定されることが好ましい。
【００２８】
好ましくは、プロセスガスがプロセスチャンバーに供給されることによって堆積物が除去されるときのプロセスチャンバー中の圧力は1ないし700 Torr、より好ましくは1ないし100 Torrである。
【００２９】
プロセスチャンバーの加熱は、100℃ないし500℃の温度で実行されることが好ましい。
【００３０】
このような温度での加熱は、プロセスチャンバーの壁に付着した窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を、十分なエッチング速度で取り除くことを可能にする。特に、加熱温度が100℃未満の場合でも、プロセスチャンバーの内壁上に堆積された窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物が十分に除去され得る。好ましい加熱温度は250℃ないし500℃である。ところで、加熱は、図1に示されたサセプタのヒーターに加えて、プロセスチャンバーの外周に配置された他のヒーターを用いて実行されてもよい。
【００３１】
1つの態様によれば、膜形成装置のプロセスチャンバーにプロセスガス(例えば、フッ素ガスと不活性ガスとの混合ガス)を供給し、プロセスチャンバーを加熱することによって、膜形成装置のプロセスチャンバーの壁に付着した窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を除去する(クリーニングする)ことができ、あるいは窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物が、サセプタ等の、半導体ウェーハの支持部材に付着している場合も、プラズマを使用せずに、すなわちプロセスチャンバーを損傷することなく均一に、高いエッチング速度で効率的に除去することができる。
【００３２】
特に、一酸化窒素が添加されたフッ素ガスを含むプロセスガス(例えば、フッ素ガスと、一酸化窒素ガスと不活性ガスとの混合ガス)を使用することによって、膜形成装置のプロセスチャンバーの壁に付着した窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を、高いエッチング速度で除去することができる。さらに、堆積物の高いエッチング速度は、先述した加熱温度範囲(100℃ないし500℃)における低温側(例えば、200℃)で達成され得る。
【００３３】
それ故に、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた薄膜が次の工程のプロセスチャンバー内で半導体ウェーハ上に形成されるときに、前記堆積物に起因する粒子の発生、および半導体ウェーハに対する前記粒子の付着が防止され得る。その結果、優良な膜品質を有する窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンで作られた高品質の薄膜を形成することができる。
【００３４】
さらに、窒化タンタル、窒化チタン、タンタルまたはチタンを含有する堆積物を、均一に、高いエッチング速度でクリーニングすることができる膜形成装置が、前記態様により達成され得る。
【００３５】
以下に、図１のシート供給型の熱CVD膜形成装置についての本発明の態様を記載する。
【００３６】
例１ないし６
サンプルを作るために、2000Åの厚さの窒化タンタル薄膜(TaN薄膜)をアルミニウムシート表面に形成した。サンプルを、図１に示される膜形成装置のプロセスチャンバー1内のサセプタ2の上に運んだ。続いて、フッ素ガス(F2)および窒素ガス(N2)を、プロセスガス供給手段21からプロセスチャンバー1に供給し、クリーニングを以下の条件で実施した。
【００３７】
例１ないし３の条件
ガス混合物：20体積%のF2-N2
混合ガスの流量：1 slm
プロセスチャンバーの中の圧力：5 Torr (例１)、10 Torr (例２)および40 Torr (例３)
サンプルの加熱温度：200℃
例４ないし６の条件
ガス混合物：20体積%のF2-N2
混合ガスの流量：1 slm
プロセスチャンバーの中の圧力：5 Torr (例４)、10 Torr (例５)および40 Torr (例６)
サンプルの加熱温度：300℃
クリーニングの時のTaN薄膜のエッチング速度を測定した。エッチング速度を測定するために、クリーニングを１分間実行し、次にサンプルを割ることによって、クリーニングの間のTaN薄膜の膜厚の減少を電子顕微鏡(日立Ltdにより製造されたS-900)によって10 kVの加速電圧の条件下で横から観察し、その測定値を分あたりの値に変換した。表１は結果を示す。
【表１】
2009544849.tif 000003
【００３８】
表１から、F2ガスとN2ガスとの混合ガスをプロセスガスとして使用した場合、プロセスチャンバーの中の圧力が下げられる条件下でのより高い圧力の側、すなわちプロセスチャンバー内のF2ガスの分圧が高い側で、サンプルとしてのTaN薄膜のエッチング速度が上昇し得ることが明らかである。特に、サンプルの加熱温度が300℃に設定された例４ないし６は、サンプルの加熱温度が200℃に設定された例１ないし３と比較して、TaN薄膜のエッチング速度をおよそ1桁引き上げ得ることは明らかである。
【００３９】
例７ないし１０
例１ないし６と同じサンプルを100℃、250℃、350℃および500℃の温度まで加熱したことを除いて、サンプルのTaN薄膜のエッチング速度を例２と同じ方法により測定した。表２は結果を示す。ところで、表２は表１の例２および例５を含む。
【表２】
2009544849.tif 000004
【００４０】
表２から、プロセスガスとしてのF2ガスとN2ガスとの混合ガスによるクリーニングにおける加熱温度の上昇によって、サンプルとしてのTaN薄膜のエッチング速度が上昇し得ることは明らかである。
【００４１】
例１１および１２
例１ないし６と同じサンプルを、図1に示された膜形成装置のプロセスチャンバー内のサセプタ2の上に運んだ。以下の条件下で、フッ素ガス(F2)、一酸化窒素(NO)ガスおよび窒素ガス(N2)を、プロセスガス供給手段21からプロセスチャンバー1に供給することによってクリーニングを実行した。
【００４２】
例１１および１２の条件
ガス混合物：2体積%のNO - 20体積%のF2-N2
混合ガスの流量：1 slm
プロセスチャンバーの中の圧力：10 Torr
サンプルの加熱温度：200℃ (例１１)、500℃ (例１２)
クリーニングの時のTaN薄膜のエッチング速度を測定した。エッチング速度を測定するために、クリーニングを30秒間実行し、次にサンプルを割ることによって、クリーニングの間のTaN薄膜の膜厚の減少を電子顕微鏡(日立Ltdにより製造されたS-900)によって10 kVの加速電圧の条件下で横から観察し、その測定値を分あたりの値に変換した。表３は結果を示す。ところで、表３は表２の例２および例１０を含む。
【表３】
2009544849.tif 000005
【００４３】
表３から、プロセスガスとしてNOガス、F2ガスとN2ガスとの混合ガスを用いたクリーニングは、プロセスガスとしてF2ガスとN2ガスとの混合ガスを用いたクリーニングと比較して、サンプルのTaN薄膜のエッチング速度を200℃において1桁以上、500℃において2桁以上上昇させ得ることが明らかである。
【００４４】
窒化タンタル薄膜のクリーニングを例１ないし１２に記載している。例１ないし１２におけるものと実質的に同じ条件でタンタル薄膜 (Ta薄膜)のクリーニングを実行することができた。
【００４５】
例１３-１６
例１-１２に記載したものと同様の手順を用いて、TiNで作られた薄膜のエッチング速度を調べた。表４は、フッ素(F2)、窒素(N2)および一酸化窒素(NO)で作られたクリーニング混合物のエッチング速度の結果を示す。示されたような変化に富むエッチング速度を得るために、温度およびプロセスガスの組成を変えた。
【００４６】
窒化タンタル薄膜のクリーニングを例１３ないし１６に記載している。例１３ないし１６におけるものと実質的に同じ条件下でチタン薄膜(Ti薄膜)についてのクリーニングを実行することができた。
【表４】
2009544849.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、１つの態様によるクリーニングシステムを具備した膜形成装置を示す模式図である。
【参照符号の説明】
【００４８】
1：プロセスチャンバー、2：サセプタ、4：ヒーター、5：排気パイプ、11：原料供給手段、12ないし14、22ないし24：供給パイプ、MFCないしMFC6：マスフローコントローラー、V1、V2：開閉弁、21：プロセスガス供給手段、30：半導体ウェーハ
【図１】
2009544849.tif 000007
【国際調査報告】
2009544849.tif 000008
2009544849.tif 000009
2009544849.tif 000010