(57)【要約】【課題】  ＺｒＯ2を熱ＣＶＤ法により基板上に成膜した後は、反応室内をクリーニングする必要があるが、従来のウエットクリーニングを行う場合、反応室内に設置されているサセプタ類を取り外したり、反応室を大気開放したりしていたため、ダウンタイム（装置の非稼動状態）の増大を招き装置稼働率が低下し量産性に乏しかった。【解決手段】  反応室４内で基板１上にＺｒを含む膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程において前記反応室４内に付着した前記膜をＢＣｌ3を含むガスと反応させてＺｒ化合物を生成させ、このＺｒ化合物を加熱し気化することで前記膜を除去するクリーニング工程とを有する半導体装置の製造方法により、前記課題を解決した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内で基板上にＺｒを含む膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程において前記反応室内に付着した前記膜をＢＣｌ3を含むガスと反応させてＺｒ化合物を生成させ、このＺｒ化合物を加熱し気化することで前記膜を除去するクリーニング工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記Ｚｒを含む膜が、ＺｒＯ2、ＺｒＳｉｘＯｙ（式中、ｘおよびｙは整数または分数を意味する）、ＺｒＴｉＯ4、またはＳｒＺｒＯ3であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記Ｚｒを含む膜が、ＺｒＯ2、またはＺｒＳｉｘＯｙ（式中、ｘおよびｙは整数または分数を意味する）であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記Ｚｒを含む膜が、ＺｒＯ2であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記Ｚｒ化合物が、ＺｒＣｌ4であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記クリーニング工程では、前記Ｚｒ化合物を前記Ｚｒ化合物の気化温度以上の温度で加熱することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
反応室と、
前記反応室内で基板を支持する基板ホルダと、
基板上にＺｒを含む膜を形成するためのＺｒ原料を含む原料ガスを前記反応室内に供給する原料ガス配管と、
前記反応室内に付着した前記膜を除去するために前記反応室内にＢＣｌ3を含むガスを供給するクリーニングガス配管と、
前記基板ホルダに備えられ、前記反応室内に付着した前記膜を除去する際に、前記膜をＢＣｌ3を含むガスと反応させて生成させたＺｒ化合物を加熱し気化するヒータと、
前記反応室内を排気する排気配管と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【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するものであり、さらに詳しくは、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜として、現在はシリコン酸化膜が用いられているが、微細化に伴い薄膜化は限界に近いところまで進んでいる。これに代わる材料として近年、高誘電体絶縁膜ゲートの研究が進んでいる。高誘電体絶縁膜の中でも注目されているジルコニウム酸化膜をＭＯＣＶＤによりウエハに成膜した場合、ウエハ周辺のサセプタ類や反応室内壁、排気配管等にも膜が堆積する。成膜を継続するとこの膜がはがれ、ウエハ上のパーティクルとなり、半導体装置の製造においては歩留まりの低下を招く。上記のようにパーティクルが発生すると装置の稼動を停止し、膜が付着した部品を新品に交換またはウエットクリーニングを行う必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ウエットクリーニングを行う場合、反応室内に設置されているサセプタ類を取り外したり、反応室内壁、排気配管等を洗浄するために反応室を大気開放する必要がある。それに伴うヒータの昇降温（温度上昇、下降）、気密チェック、サセプタ類の再設置による温度調整、搬送調整などがダウンタイム（装置の非稼動状態）の増大を招き装置稼働率が低下し量産性に乏しくなる。
【０００４】
本発明の目的は、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、反応室内で基板上にＺｒを含む膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程において反応室内に付着した前記膜をＢおよびＨ、またはＢｒ、またはＣｌを含むガスを用いて除去するクリーニング工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。この構成によれば、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法が提供される。
【０００６】
また本発明は、前記の半導体装置の製造方法において、前記成膜工程とクリーニング工程とは略同一温度で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。この構成によれば、クリーニング工程の際に反応室内の温度を変更する必要がないのでダウンタイムを短縮することができ、装置稼働率を高めることができる。
【０００７】
また本発明は、前記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニング工程では、反応室内の圧力を成膜工程よりも高くすることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。この構成によれば、クリーニング工程時に温度を上昇させることなくエッチングレートを上げることができ、クリーニング工程の時間を短縮することができる。
【０００８】
また本発明は、前記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニング工程は、温度３００〜５００℃の範囲で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。この構成によれば、成膜工程において反応室内に付着した膜を効率よく除去することができる。
【０００９】
また本発明は、前記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニング工程に用いられるガスが、ＣｌＦ3ガスであることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。この構成によれば、成膜工程において反応室内に付着した膜を効率よく除去することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明をさらに説明する。図１は、本発明で利用可能な熱ＣＶＤ装置の一例を説明するための図である。図１において、１は基板、２はゲート弁、３は基板ホルダ、４は反応室、５は原料ガス配管、６は排気配管、７はクリーニングガス配管である。本発明における成膜工程は、例えば次のようにして行われる。基板１が搬送ロボット（図示せず）によりゲート弁２を通ってヒータを備えた基板ホルダ３上に設置される。次に、基板１をヒータ昇降装置により所定の位置まで上昇させ、一定時間加熱し、反応室４内の圧力を所望の値に安定させた後、Ｚｒ原料および酸素を含む原料ガスを原料ガス配管５から導入し、排気配管６から排気し、基板に対し、Ｚｒを含む膜の成膜を行う。
【００１２】
Ｚｒ原料は、例えばＺｒ［ＯＣ（ＣＨ3）3］4（ターシャリーブトキシジルコニウム）、Ｚｒ［ＯＣ（ＣＨ3）2ＣＨ2ＯＣＨ3］4（テトラキス（１−メトキシ−２−メチル−２−プロポキシ）ジルコニウム）、Ｚｒ［Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2］4（テトラキスジエチルアミノジルコニウム）等が挙げられる。なお、反応室４内の温度、圧力、酸素流量およびＺｒ原料ガス流量の制御は、それぞれ図示しない温度制御手段、圧力制御手段、酸素流量制御手段、Ｚｒ原料ガス流量制御手段により制御する。成膜工程が完了すると搬送ロボットにより基板１を反応室４の外部に搬出する。
【００１３】
本発明において成膜工程条件はとくに制限されないが、例えば温度３００〜４００℃、圧力１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）、Ｚｒ原料ガス流量０．１〜２ｓｃｃｍ、酸素流量１００〜２０００ｓｃｃｍがよい。
【００１４】
このような成膜工程により得られるＺｒを含む膜（以下、単にＺｒ膜という）としては、例えばＺｒＯ2、ＺｒＳｉｘＯｙ（式中、ｘおよびｙは整数または分数を意味する）、ＺｒＴｉＯ4、ＳｒＺｒＯ3等が挙げられ、その膜厚は例えば１０〜１００Åである。
【００１５】
このような成膜工程を継続すると、基板１周辺の部材、例えば基板ホルダ３や反応室４内壁にもＺｒ膜が堆積し、ある膜厚を超えると膜のストレスにより剥がれが生じ、これが原因で発生したパーティクルが基板上に付着し、製造歩留まりの低下を招く。そこで反応室内をクリーニングし、堆積したＺｒ膜を除去する必要があるが、本発明のクリーニング工程においては、反応室４内にクリーニングガス配管７を通じてＢおよびＨ、またはＢｒ、またはＣｌを含むガスを流し、ガスクリーニングを行い、Ｚｒ膜を除去する。ガスクリーニングは、成膜工程と同等の反応室条件で実施可能であるため、ダウンタイムを大幅に短縮できるメリットがある。
【００１６】
本発明のクリーニング工程の条件は、量産性を考慮すると一般にエッチングレートの高い高温度、高圧力、高クリーニングガス濃度が好ましいが、装置上の制限やトータルのダウンタイム等を考慮すると、クリーニング工程は成膜工程と略同一温度、例えば温度３００〜５００℃の範囲で行うのがよい。このようにすると、クリーニング工程の際に反応室内の温度を変更する必要がないのでダウンタイムを短縮することができ、装置稼働率を高めることができる。また、本発明のクリーニング工程は、反応室内の圧力を成膜工程よりも高くするのが好ましい。このことにより、クリーニング時に温度を上昇させることなくエッチングレートを上げることができ、クリーニング時間を短縮することができる。前記圧力は例えば１３３０Ｐａ〜３９９０Ｐａ（１０〜３０Ｔｏｒｒ）が挙げられる。
【００１７】
なお、Ｚｒ膜を除去するには、ＢおよびＨ、またはＢｒ、またはＣｌを含むガスがＺｒ膜と反応し、Ｚｒ膜がガス化することが必要である。ジルコニウム化合物の気化温度を表１に示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１における気化温度はクリーニング工程において生成したジルコニウム化合物が気化して除去できる温度とみなすことができる。前記のようにクリーニング工程の温度はＺｒ膜の成膜温度近傍であるほうが、昇降温時間（温度上昇、下降時間）が少なく望ましいことから、Ｚｒ膜の成膜温度が２００〜５００℃に対して表１のＺｒＦ4 の気化温度８５０℃は実用的でないことが分かる。他のＺｒ（ＢＨ4）4、ＺｒＢｒ4、ＺｒＣｌ4の気化温度は成膜温度近傍であり、成膜工程の温度と略同一温度でガスクリーニングが可能であることを示唆している。つまりクリーニング工程において昇降温が発生せず、ダウンタイムを短縮することができる。この要件を満たすガスとしては、ＢおよびＨ、またはＢｒ、またはＣｌを含むガス、例えばＢ2Ｈ6、ＢＣｌ3、ＢＢｒ3、ＨＢｒ、ＣｌＦ3等のガスが挙げられ、中でもＣｌＦ3が好ましい。なお、Ｚｒ膜は、Ｂ2Ｈ6、ＢＣｌ3、ＢＢｒ3、ＨＢｒおよびＣｌＦ3と反応した場合、それぞれＺｒ（ＢＨ4）4、ＺｒＣｌ4、ＺｒＢｒ4、ＺｒＢｒ4およびＺｒＣｌ4に化学変化する。
【００２０】
またクリーニング工程において、ＢおよびＨ、またはＢｒ、またはＣｌを含むガス、例えばＣｌＦ3ガスの流量は、１００〜５００ｓｃｃｍが好ましい。また、Ｎ2ガスも同時に供給するのが好ましく、例えばＮ2ガス流量は、５００〜１０００ｓｃｃｍが好ましい。
【００２１】
なお、クリーニング工程における温度、圧力、クリーニングガス流量、Ｎ2流量の制御は、それぞれ図示しない温度制御手段、圧力制御手段、クリーニングガス流量制御手段、Ｎ2流量制御手段により制御する。
【００２２】
クリーニング工程終了後は、クリーニングガスを排気配管６を通じて反応室４から除去し、反応室４内の環境を成膜工程時の状態と同様の状態にするために、ダミー基板を用いて成膜すなわちプリコートを実施し、その後基板上に成膜を行い特性を確認する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明で利用可能な熱ＣＶＤ装置の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  基板
２  ゲート弁
３  基板ホルダ
４  反応室
５  原料ガス配管
６  排気配管
７  クリーニングガス配管
【図１】
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