(57)【要約】【課題】クリーニングガス導入によりプラズマの処理チャンバ内の堆積物との反応性を高めて、また処理チャンバ内からガス排気を速めてクリーニングガスの消費量を削減する。【解決手段】成膜処理終了後に、処理チャンバ１とは別のリモートプラズマユニット６にてクリーニングガスからプラズマを生成して、処理チャンバ１に導入する。クリーニングガスのプラズマ（Ｆ＊：フッ素ラジカル）と処理チャンバ１内の堆積物（被クリーニング物）とが反応して除去処理が進行する。このプラズマ導入と同時に、別のガス導入口よりキャリアガス（Ｈｅ）を処理チャンバ１内に導入する。このキャリアガスを導入し流すことで、処理チャンバ１内の堆積物とプラズマの反応性を高めるとともに、処理チャンバ１内でガスの滞在時間が短くなりガス排出を速くし、プラズマとの反応生成物の排気を速くする。引き続き処理チャンバ１を利用でき、クリーニングガスの消費量を削減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバを用いる製造工程を行う半導体装置の製造方法であって、
リモートプラズマユニットでクリーニングガスからプラズマを生成する生成工程と、前記プラズマを前記処理チャンバに導入するプラズマ導入工程と、前記プラズマ導入工程と同時にキャリアガスを前記処理チャンバに導入するキャリアガス導入工程と、前記処理チャンバ内の堆積物と前記プラズマとの反応による生成物を処理室から除去する除去工程とを有し、前記除去工程の後の前記処理チャンバを用いて引き続き前記製造工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記プラズマ導入工程よりも先に前記キャリアガス導入工程を開始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３】
処理チャンバと、前記処理チャンバに接続されたリモートプラズマユニットと、前記リモートプラズマユニットに接続されたクリーニングガス容器と、前記処理チャンバに接続されたキャリアガス容器と、前記処理チャンバに接続されたプロセスガス容器と、前記処理チャンバに接続された排気ラインとを備え、
前記リモートプラズマユニットで生成のプラズマと前記クリーニングガスを導入して、前記処理チャンバ内の堆積物と前記プラズマとの反応生成物を除去することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項４】
処理チャンバと、前記処理チャンバに接続されたリモートプラズマユニットと、前記リモートプラズマユニットに接続されたクリーニングガス容器と、前記リモートプラズマユニットと前記処理チャンバを接続するクリーニングガス導入ラインに接続されたキャリアガス容器と、前記処理チャンバに接続されたプロセスガス容器と、前記処理チャンバに接続された排気ラインとを備え、
前記リモートプラズマユニットで生成のプラズマと前記クリーニングガスを前記クリーニングガス導入ラインを介して導入し、前記処理チャンバ内の堆積物と前記プラズマとの反応生成物を除去することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記リモートプラズマユニットには、さらに不活性ガス供給容器が接続されていることを特徴とする請求項３または４記載の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、半導体装置の製造工程で用いられる処理チャンバにおいて、処理チャンバ内に堆積した不要な堆積物を取り除き、特に不要な堆積物の除去はケミカルドライエッチング処理によって行われるもので、引き続き処理チャンバを用いて半導体装置の製造工程を行う半導体装置の製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図６に示すように、従来の半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造工程を行う処理チャンバ１において、プロセスガス容器２および容器３からプロセスガスを処理チャンバ１に導入し、半導体基板（図示せず）に酸化膜等の堆積を行う。この半導体装置の製造工程においては、半導体基板のみならず処理チャンバ１内の各部にも堆積物が形成される。この堆積物は、後の半導体装置の製造工程におけるパーティクルの増加や成膜速度の変動の原因となる。
【０００３】
そこで、特許文献１には、この処理チャンバ１内の各部の不要な堆積物を除去する方法として、遠隔式プラズマクリーニング方法について記載されている。この方法では、まず、クリーニングガス容器４からＮＦ３（三フッ化窒素），Ａｒ（アルゴン），Ｏ２（酸素）といったクリーニングガスを、また不活性ガス容器５から不活性ガスをそれぞれリモートプラズマユニット６に導入し、リモートプラズマユニット６においてクリーニングガスを原料としたプラズマ（図示せず）を発生させる。
【０００４】
そして、発生させたプラズマを処理チャンバ１に導入し、処理チャンバ１内の各部に形成された不要な堆積物とプラズマとを反応させ、その反応物を排気ライン７から排出することで、処理チャンバ１内の各部に形成された不要な堆積物を除去する。
【０００５】
これによって、引き続き処理チャンバ１において、パーティクルの増加や成膜速度の変動を抑えた半導体装置の製造工程を行うことができる。
【特許文献１】特開２００１−０８５４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された遠隔式プラズマクリーニング方法では、処理チャンバ１におけるプラズマの滞在時間が長いためクリーニングガスの利用効率が低くなり、クリーニングガスの消費が増大してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、プラズマの処理チャンバ内の堆積物との反応性を高め、またガスの処理チャンバ内の滞在時間を短くすることにより、ガス排気の速度を速めてプラズマによる生成物の除去を早くし、クリーニングガスの消費量を削減する半導体装置の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した半導体装置の製造方法は、処理チャンバを用いる製造工程を行う半導体装置の製造方法であって、リモートプラズマユニットでクリーニングガスからプラズマを生成する生成工程と、プラズマを処理チャンバに導入するプラズマ導入工程と、プラズマ導入工程と同時にキャリアガスを処理チャンバに導入するキャリアガス導入工程と、処理チャンバ内の堆積物とプラズマとの反応による生成物を処理室から除去する除去工程とを有し、除去工程の後の処理チャンバを用いて引き続き製造工程を行うことにより、処理チャンバに導入されたキャリアガスによって、プラズマ同士の衝突を抑え処理チャンバ内の堆積物との反応性が高くなり、また、ガスの処理チャンバ内の滞在時間を短くしてガス排気を速めることにより、反応生成物の除去も早くなるので、処理チャンバ内の堆積物を効率よく除去でき、クリーニングガスの消費量を削減して、引き続き処理チャンバを用いて製造工程を行うことができる。
【０００９】
また、請求項２に記載した半導体装置の製造方法は、請求項１の半導体装置の製造方法において、プラズマ導入工程よりも先にキャリアガス導入工程を開始することにより、あらかじめキャリアガスが導入された状態からクリーニングが開始でき、クリーニングガスをさらに有効に利用できる。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載した半導体装置の製造装置は、処理チャンバと、処理チャンバに接続されたリモートプラズマユニットと、リモートプラズマユニットに接続されたクリーニングガス容器と、処理チャンバに接続されたキャリアガス容器と、処理チャンバに接続された原料ガス容器と、処理チャンバに接続された排気ラインとを備え、リモートプラズマユニットで生成のプラズマとクリーニングガスを導入して、処理チャンバ内の堆積物とプラズマとの反応生成物を除去することにより、処理チャンバに導入されたキャリアガスによって、プラズマ同士の衝突を抑え処理チャンバ内の堆積物との反応性が高くなり、また、ガスの処理チャンバ内の滞在時間を短くしてガス排気を速めることにより、反応生成物の除去も早くなるので、処理チャンバ内の堆積物を効率よく除去して、クリーニングガスの消費量を削減することができ、引き続き処理チャンバを用いて製造工程を行うことができる。
【００１１】
また、請求項４に記載した半導体装置の製造装置は、処理チャンバと、処理チャンバに接続されたリモートプラズマユニットと、リモートプラズマユニットに接続されたクリーニングガス容器と、リモートプラズマユニットと処理チャンバを接続するクリーニングガス導入ラインに接続されたキャリアガス容器と、処理チャンバに接続された原料ガス容器と、処理チャンバに接続された排気ラインとを備え、リモートプラズマユニットで生成のプラズマとクリーニングガスをクリーニングガス導入ラインを介して導入し、処理チャンバ内の堆積物とプラズマとの反応生成物を除去することにより、処理チャンバにクリーニングガス導入ラインを介して導入されたキャリアガスによって、プラズマ同士の衝突を抑えて効率よくクリーニングガスを利用でき、処理チャンバ内の堆積物との反応性が高くなり、また、ガスの処理チャンバ内の滞在時間を短くしてガス排気を速めることにより、プラズマとの反応生成物の除去も早くなるので、処理チャンバ内の堆積物を効率よく除去して、クリーニングガスの消費量を削減することができ、引き続き処理チャンバを用いて製造工程を行うことができる。
【００１２】
また、請求項５に記載した半導体装置の製造装置は、請求項３，４記載の半導体装置の製造装置において、リモートプラズマユニットには、さらに不活性ガス供給容器が接続されていることにより、リモートプラズマユニットにおいてプラズマを発生させやすくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、リモートプラズマユニットで生成されたプラズマにキャリアガスを添加することによって、プラズマ同士の衝突を抑えてプラズマの処理チャンバ内の堆積物との反応性を高めることができ、また、ガスの処理チャンバ内の滞在時間を短くしてガス排気を速めて、処理チャンバ内の堆積物を効率よく除去して、クリーニングガスの消費量を削減することができ、引き続き処理チャンバを用いて製造工程を行うことが可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１における半導体装置の製造方法に用いる製造装置を示す図である。ここで、前記従来例を示す図６において説明した構成要件に対応し同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。
【００１６】
図１に示すように、半導体装置の製造工程、特に成膜工程（例えば、ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）を行っている処理チャンバ１は、処理する半導体基板（図示せず）の温度が制御できる温度制御装置（図示せず）と、処理チャンバ１内のガスを排出する排気ライン７が設けられており、成膜工程中にはそれぞれが成膜に最適な環境となるように制御されている。
【００１７】
また、図２は半導体装置の製造方法の処理を説明するフローチャートである。処理チャンバ内の堆積物との反応性を高める処理について、図２のフローチャートに基づき図１を参照しながら説明する。
【００１８】
まず、半導体基板（図示せず）を処理チャンバ１に搬入後、処理チャンバ１に接続されたプロセスガス容器２および容器３からプロセスガスであるテトラメチルシランおよびＮＨ３（アンモニア）をリッド部８に取り付けられたシャワーヘッド９を介して導入し（Ｓ１）、シャワーヘッド９と半導体基板（図示せず）の間に高周波電圧を印加することで、半導体基板（図示せず）にＳｉＣＮ（シリコン炭窒化）膜を成膜し、成膜された半導体基板を処理チャンバ１から搬出する（Ｓ２）。この成膜を行う際には、半導体基板のみならず、処理チャンバ１の内壁にＳｉＣＮなどの堆積物が付着する（図示せず）。
【００１９】
次に、成膜された半導体基板を処理チャンバ１から取り出した後、処理チャンバ１内の堆積物を除去する処理を行う。クリーニングガス容器４に入ったＮＦ３と不活性ガス容器５に入ったＡｒとをリモートプラズマユニット６に導入し、リモートプラズマユニット内でプラズマを発生させる（Ｓ３）。このとき使用されるクリーニングガスとしては、ハロゲンまたはハロゲン化合物が好ましく、ＮＦ３，Ｃ２Ｆ６（ヘキサフルオルエタン），ＣＦ４（四フッ化メタン），ＣＨ６（メタン），Ｆ２（フッ素），ＨＦ（フッ化水素），Ｃｌ２（塩素），ＨＣＬ（塩化水素），ＳＦ６（六フッ化硫黄），ＣＣｌ４（四塩化炭素），Ｃ２Ｃｌ６（ヘキサクロルエタン）などが挙げられるが、本実施形態１ではＮＦ３を用いて説明する。そして、ＮＦ３をクリーニングガスとすると、Ｆ＊（フッ素ラジカル）がプラズマとして生成される。
【００２０】
また、このとき、クリーニングガスと一緒に不活性ガス容器５に入った不活性ガスをリモートプラズマユニット６に導入することで、クリーニングガスのみ行うよりもプラズマを発生させやすくすることができる。また、発生させたＦ＊をクリーニングガス導入ラインを通して処理チャンバ１のリッド部８に導入するが、Ｆ＊はクリーニングガス導入ラインを通過する際に、Ｆ＊同士で衝突して反応しＦ２となり、処理チャンバ１に到達するＦ＊はリモートプラズマユニット６で発生させたときよりも減少してしまう。このため、不活性ガスをあらかじめ導入することで、Ｆ＊同士の衝突回数を減らすことができる。このとき用いられる不活性ガスは、Ｎ２，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒなどが挙げられるが、本実施形態１ではＡｒを用いて説明する。
【００２１】
また、Ｆ＊の発生場所として、本実施形態１ではリモートプラズマユニット６でＦ＊を発生させた。これは、処理チャンバ１に直接クリーニングガスを導入して、処理チャンバ１内でＦ＊を発生させると、処理チャンバ１内の部品がＦ＊発生時の高周波電圧の放電で生じるイオン衝撃によりダメージを受けてしまうことになるが、本実施形態１のようにリモートプラズマユニット６においてＦ＊を発生させることで処理チャンバ１内の部品のダメージを抑制することができる。
【００２２】
以上のように、リモートプラズマユニット６でのプラズマの発生効率や、クリーニングガス導入ラインでのＦ＊同士の衝突を考慮して、クリーニングガスと不活性ガスの混合比を最適化することが好ましい。このクリーニングガスと不活性ガスの混合比は、用いられるガスの種類の組み合わせによって異なるが、本実施形態１のＮＦ３とＡｒの場合は約２：１の混合比で用いると処理チャンバ１に効率よくＦ＊を導入することができる。
【００２３】
そして、このＦ＊導入時に、キャリアガス容器１０に入ったキャリアガスを処理チャンバ１に導入することが本発明の最大の特徴である。処理チャンバ１のリッド部８において、導入したＦ＊とキャリアガスとを混合し（Ｓ４，Ｓ５）、シャワーヘッド９を介して半導体基板処理部へ導入する。このようにＦ＊の導入にあわせてキャリアガスを導入することで、図３（ｂ）に示すように、Ｆ＊分子の間にキャリアガスが割り込むこととなり、Ｆ＊同士の衝突確率を下げることができる。これにより、処理チャンバ１内で起こるＦ＊同士の衝突による反応を低減し、より多くのＦ＊を処理チャンバ１内の堆積物と反応させることができる。
【００２４】
例えば、キャリアガスとしてＨｅ（ヘリウム）を用いる、プラズマ化していないヘリウムは反応性が殆どないためＦ＊の活性を下げることがなく堆積物との反応を妨げることもない。さらにＦ＊同士の衝突も抑制できる。
【００２５】
また、キャリアガスを導入することによって、処理チャンバ１から排気されるガスが増え、処理チャンバ１内でのガスの流れが速くなる。これにより、Ｆ＊と堆積物の反応によって生成された反応物を排気する速度が速くなると同時に、クリーニングガス導入ラインから新たなＦ＊を導入する速度も速くなり、より多くのＦ＊を処理チャンバ１内の堆積物と反応させることができる（Ｓ６）。この除去処理の完了後に引き続き半導体装置の製造工程を行う（Ｓ７）。例えば、前述したような処理Ｓ１，Ｓ２の成膜処理を行う。
【００２６】
このように、クリーニングガスとは別にキャリアガスを導入することで、Ｆ＊プラズマの発生にとって効率の良い不活性ガスとクリーニングガスの混合を行うと同時に、処理チャンバ１内でのＦ＊と堆積物の反応にとって最も良いガスの流れを制御することができる。
【００２７】
また、Ｆ＊の導入よりも先にキャリアガスを導入し始めてガスの流れをあらかじめ制御しておくことで、Ｆ＊によるクリーニングをさらに効率よく行うことも可能である。
【００２８】
図４は、Ｈｅをキャリアガスとして用いたキャリアガス導入量とクリーニング速度の関係を示すグラフである。添加するキャリアガス（Ｈｅ）の量を０．４（ｓｌｍ）〜１．０（ｓｌｍ）まで変化させた場合、０．８（ｓｌｍ）まではクリーニング速度（Ｃ／Ｒ）の上昇が確認できた。０．８（ｓｌｍ）以上ではプラズマの分圧が低くなりすぎ不要な堆積物と反応できずに排気されてクリーニング速度が低下し始める。本発明によれば、不活性ガスとクリーニングガスの混合比を保ったまま、キャリアガスの導入量を変化させることで処理チャンバ１のクリーニングの速度が速くなり、ひいては、クリーニングガスの消費量を抑制することが可能となる。
【００２９】
（実施形態２）
図５は本発明の実施形態２における半導体装置の製造方法に用いる製造装置を示す図である。前述の実施形態１においては、キャリアガスをＦ＊とは異なるガス導入ラインから処理チャンバ１に導入していたが、本実施形態２の半導体装置の製造装置は、図５に示すように、キャリアガス容器１０はリモートプラズマユニット６から処理チャンバ１へ繋がるクリーニングガス導入ラインの途中に接続されている。
【００３０】
これにより、キャリアガスは、Ｆ＊が処理チャンバ１に達する前から導入されるため、クリーニングガス導入ラインでのＦ＊同士の衝突をさらに抑制することができ、より一層効率よくＦ＊を処理チャンバ１に導入でき、効率よくクリーニングガスを利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る半導体装置の製造方法および製造装置は、リモートプラズマユニットで生成されたプラズマにキャリアガスを添加することによって、プラズマの処理チャンバ内の堆積物との反応性を高め、また、ガスの処理チャンバ内の滞在時間を短くしてガスの排気を速めて、処理チャンバ内の堆積物を効率よく除去してクリーニングガスの消費量を削減でき、半導体装置の製造工程で引き続き用いる処理チャンバ内の不要な堆積物の除去に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態１における半導体装置の製造方法による製造装置を示す図
【図２】本実施形態１における半導体装置の製造方法の処理を説明するフローチャート
【図３】プラズマ供給によるクリーニング効果を示す（ａ）はキャリアなし、（ｂ）はキャリア導入した場合を説明する図
【図４】クリーニング速度とキャリアガス供給量の関係を表すグラフ
【図５】本発明の実施形態２における半導体装置の製造方法による製造装置を示す図
【図６】従来の半導体装置の製造装置を示す図
【符号の説明】
【００３３】
１  処理チャンバ
２，３  プロセスガス容器
４  クリーニングガス容器
５  不活性ガス容器
６  リモートプラズマユニット
７  排気ライン
８  リッド部
９  シャワーヘッド
１０  キャリアガス容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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