(57)【要約】【課題】被処理物の汚染をより確実に低減できるクリーニング技術を提供する。【解決手段】まず、被処理物と同一の物質か、又は該物質よりも拡散係数の大きな物質で、処理室内をコーティングする。次いで、処理室を加熱することにより、該処理室内の汚染物質をコーティング膜に取り込ませる。次いで、その充分に汚染させたコーティング膜を処理室から除去する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内で被処理物を処理する処理工程と、前記処理室をクリーニングするクリーニング工程と、を有する半導体デバイスの製造方法において、
前記クリーニング工程が、
前記被処理物と同一の物質か、又は該物質よりも拡散係数の大きな物質で、前記処理室内をコーティングするコーティング工程と、
その後、該コーティングした物質を前記処理室から除去する除去工程と
を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物の処理が行われる処理室のクリーニング方法と、該方法を用いた半導体デバイスの製造方法と、該方法の実施に使用する基板処理装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、基板処理装置、例えばＣＶＤ装置のドライクリーニング方法が知られている（特許文献１参照）。これは、予めＣＶＤ装置の処理室（反応管）を加熱状態に保持しておき、次いで該反応管内へクリーニング用ガスとしてＣｌＦ３ガスやＮＦ３ガスを流通させ、流通させたガスを反応管から排気するものである。これにより、反応管や該反応管内にロードされたボート等に堆積した不要な膜がドライエッチングにより除去される。また、酸化反応やハロゲン基によるゲッタリングを用いて処理室内における金属等の汚染物質の低減を図るクリーニング技術も知られている。このような処理室のクリーニングを適時に行うことにより、該処理室において処理される被処理物の金属汚染等を低減できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１２４８７０号公報（第１−３頁，第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、従来のクリーニング方法には、次の点で改善の余地があることを見出した。即ち、従来のクリーニング方法は、クリーニングにおいて処理室から汚染物質を除去するときの該汚染物質の除去されやすさの度合いと、その処理室内で被処理物を実際に処理するときにおける該被処理物への汚染物質の取り込まれやすさの度合いと、の差異を考慮したものではない。従って、処理室から汚染物質を除去したつもりでも、その処理室内で実際に被処理物を処理するときには該被処理物に汚染物質が取り込まれてしまうことがあるというのである。
【０００５】
そこで本発明は、かかる知見に基づいて、被処理物の汚染をより確実に低減できるクリーニング技術を提供することを目的とする。また本発明は、そのクリーニング技術を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、被処理物の処理が行われる処理室のクリーニング方法において、前記被処理物と同一の物質か、又は該物質よりも拡散係数の大きな物質で、前記処理室内をコーティングするコーティング工程と、その後、該コーティングした物質を前記処理室から除去する除去工程とを含むことを特徴とする処理室のクリーニング方法が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、処理室内で被処理物を処理する処理工程と、前記処理室をクリーニングするクリーニング工程とを有する半導体デバイスの製造方法において、前記クリーニング工程が、前記被処理物と同一の物質か、又は該物質よりも拡散係数の大きな物質で、前記処理室内をコーティングするコーティング工程と、その後、該コーティングした物質を前記処理室から除去する除去工程とを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様において、前記クリーニング工程が、前記コーティング工程と前記除去工程との間に、前記処理室内を加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の第４の態様によれば、第２又は第３の態様において、前記除去工程では、前記コーティング工程または加熱工程のときよりも低い温度環境下で、前記コーティングした物質を除去することを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
【００１０】
本発明の第５の態様によれば、第２乃至第４の態様において、前記被処理物がシリコンであることを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。この場合、前記コーティングする物質としては、シリコン（例えば、アモルファスシリコンやポリシリコン等）を用いることができる。
【００１１】
本発明の第６の態様によれば、第５の態様において、前記コーティング工程では、シラン系のガスを原料ガスとして用いて前記処理室をコーティングすることを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。ここで、シラン系のガスとしては、ＳｉＨ４等が挙げられる。
【００１２】
本発明の第７の態様によれば、第２乃至第６の態様において、前記除去工程では、ＣｌＦ３ガスを用いたドライエッチングにより、前記コーティングした物質を除去することを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。
【００１３】
【作用】
本発明においては、コーティング工程にて処理室内をコーティングする過程で、これと並行して該コーティング膜に処理室内の汚染物質が取り込まれるか、又は少なくともコーティングした後に処理室内を加熱する等して汚染物質を拡散させることにより該コーティング膜に汚染物質が取り込まれる。ここで、コーティングする材料として、被処理物と同一の物質か、又は該物質よりも拡散係数の大きな物質を用いるから、当該物質には、被処理物への取り込まれやすさと同等か又はそれ以上の取り込まれやすさで、汚染物質が取り込まれることになる。こうして被処理物と同等以上のレベルで充分にコーティング膜を汚染させることができる。その汚染させたコーティング膜を除去工程で処理室から除去することにより、処理工程において被処理物を実際に処理するときには少なくとも該被処理物が実質的に汚染されない程度に、処理室内の汚染物質を確実に除去できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施に使用する基板処理装置を例示したものである。この装置は、被処理物を処理する処理室と、この処理室内を加熱する加熱手段とを備える。そしてこの装置は、処理室内を被処理物と同一の物質か又は該物質よりも拡散係数の大きな物質でコーティングするコーティング手段と、このコーティング手段によってコーティングされた物質を処理室から除去する除去手段と、を備えたことを最大の特徴とするものである。以下、詳細に説明する。
【００１５】
図１において、処理室としての反応管１は、同心状に立設された内管１ａと外管１ｂからなる二重管構造を有する。内管１ａの上部は開放されており、その開放部を通じて内管１ａと外管１ｂが連通している。
【００１６】
また加熱手段としてのヒータ２は反応管１の周囲を取り囲むように配置されている。このヒータ２は複数のゾーンに分割されており、各ゾーン別に供給電力を制御することにより、反応管１内を均一又は所定の温度勾配をもつように加熱できる。反応管１とヒータ２とを含んで縦型の反応炉（拡散炉）が構成されている。
【００１７】
内管１ａの中には、１バッチ分（例えば１７０枚）のウエハＷを所定ピッチで鉛直方向に多段に保持する石英製のボート３がロードされる。ボート３は、シールキャップ４の上に搭載されている。反応管１の下端は開口しているが、ボート３がロードされたときには該シールキャップ４によってその開口端が気密封止される。
【００１８】
また反応管１には、この反応管１内の処理済みガス等を排気し、また反応管１内を所定の減圧状態とするガス排気ライン５が接続されている。ガス排気ライン５は、図示せぬ真空ポンプ等に通じている。
【００１９】
また反応管１には、この反応管１内へ、被処理物と同一の物質か又は該物質よりも拡散係数の大きな物質を含む原料ガスを導入する原料ガス導入ライン６が接続されている。この原料ガス導入ライン６から原料ガスを導入することにより、反応管１内を当該物質でコーティングすることが可能となる。原料ガスとしては、シラン系のガス、例えばＳｉＨ４を用いることができる。この原料ガス導入ライン６によってコーティング手段が構成されている。
【００２０】
また反応管１には、この反応管１内へ、コーティングされた物質を除去するためのクリーニングガスを導入するクリーニングガス導入ライン７も接続されている。クリーニングガスとしては、ＣｌＦ３ガス等を用いることができる。このクリーニングガス導入ライン７によって除去手段が構成されている。
尚、クリーニングガス導入ライン７と原料ガス導入ライン６とで、反応管１へのガス噴出口を共有するようにしてもよい。
【００２１】
また、図示はしないが、反応管１には、後述する処理工程でこの反応管１内にウエハＷの処理に必要なガス、例えば、ＰＨ３ガス等の処理用ガスや、Ｎ２ガス等の不活性ガス等を導入するための処理ガス導入ラインも接続されている。
【００２２】
次に、本基板処理装置を用いた半導体デバイスの製造方法について説明する。本方法は大きく分けて、処理工程とクリーニング工程とを有するものである。
〔処理工程〕
処理工程は、反応管１内で、被処理物（ここではシリコンとする。）を有するウエハＷを実際に処理する工程である。具体的には、本工程では、反応管１に１バッチ分のウエハＷを搭載したボート３をロードした状態で、ヒータ２によって反応管１内が加熱され、また図示せぬ処理ガス導入ラインから反応管１内に処理ガス等を導入すると共に、導入した処理ガス等をガス排気ライン５から排気しながら、各ウエハＷに所定の処理を施す。ここでいう処理とは、公知のものであり、例えば、熱処理等によってウエハＷの表面改質を行う処理等を指す。
ここで、本工程においてウエハＷが実際に処理されるときの加熱温度を「被処理物の処理温度」と呼び、その温度が保持される期間を「被処理物の処理期間」と呼ぶことにする。
【００２３】
〔クリーニング工程〕
クリーニング工程は、反応管１内から汚染物質を除去する工程である。尚、反応管１内における金属（例えばＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ）等の汚染物質の発生源としては炉口部等の金属部品が考えられる。また、もともと汚染されたウエハＷが投入されることにより、その汚染物質が反応管１に付着してしまうことが考えられる。
本工程は、上記処理工程とは別に適時に行う。例えば、本基板処理装置を立ち上げるとき、被処理物に汚染が確認されたとき、又は定期的に反応管１内のクリーニングを行うことができる。本工程は、ウエハＷを搭載していない空きのボート３を反応管１にロードした状態で行う。以下、図２を参照して本工程を具体的に説明する。
【００２４】
｛ステップＳ１；プレ除去工程｝
まず、反応管１内の表面に吸着している汚染物質を取り除く。例えば、ヒータ２による熱処理を行いながら、図示せぬ処理ガス供給ラインからパージガスを導入し、導入したガスを排気ライン５から排気することにより、反応管１内の表面や、ボート３の表面に吸着している汚染物質が除去される。但し、本工程で実質的に除去できるのは、反応管１やボート３の表面に吸着している汚染物質のみである。本工程は、必ずしも行わなくてもよいが、以下の工程に先がけて本工程を行うことにより、クリーニングの効果が増すので好ましい。
【００２５】
｛ステップＳ２；コーティング工程｝
次いで、被処理物と同一の物質か、又は該物質よりも拡散係数の大きな物質で、反応管１内をコーティングする。本実施の形態において被処理物とはシリコンである。そこで本工程では、ヒータ２によって反応管１内を所定の温度に保持した状態で、原料ガス導入ライン６から該反応管１内にＳｉＨ４ガスを導入することにより、シリコンと同一の物質であるアモルファスシリコン又はポリシリコンによって反応管１内をコーティングする。これにより、反応管１内壁や、ボート３の表面等には、該物質からなる膜（以下、コーティング膜という。）が形成される。
ここで、コーティング膜を形成するときの反応管１内の加熱温度を「コーティング温度」と呼ぶことにする。
【００２６】
｛ステップＳ３；加熱工程｝
次いで、反応管１内を所定の温度に加熱する。これは、加熱によって反応管１内に存在する汚染物質を拡散させることにより、該汚染物質を積極的にコーティング膜へ取り込ませようとするものである。
本工程では、反応管１内を、上記処理工程で被処理物を実際に処理するときと同じ条件（加熱温度、及び加熱時間を含む）で加熱するのが好ましい。具体的には、本工程では、ヒータ２による加熱によって反応管１内を、被処理物の処理温度以上に加熱し、その状態を被処理物の処理期間以上にわたって保つ。但し、ここでの加熱温度は最大ＭＡＸ１０００℃程度までとするのが好ましい。
また、被処理物の処理温度における汚染物質の拡散距離を充分に確保できる温度及び時間で装置状態を保った状態で、コーテイング膜に汚染物質を取り込ませるのが好ましい。
【００２７】
尚、この加熱工程は省略することもできる。特に、上記コーティング工程におけるコーティング温度が被処理物の処理温度以上である場合には、本工程は省略することもできる。これは、コーティング温度が被処理物の処理温度以上である場合には、反応管１内をコーティングするときに、処理工程のときと同等の拡散レベルで汚染物質が拡散するから、別途加熱によって汚染物質を積極的に拡散させなくとも、コーティングの過程でこれと並行してコーティング膜中に汚染物質が自動的に取り込まれるからである。即ちこの場合は、実質的にコーティング工程が加熱工程、即ち被処理物の拡散工程を並行して含むこととなり、２工程（コーティング工程＋加熱工程）が１工程（コーティング工程のみ）で済むという利点がある。
但し、コーティング温度が、被処理物の処理温度よりも低い場合には、本加熱工程を行うのが好ましい。
【００２８】
｛ステップＳ４；除去工程｝
次いで、汚染されたコーティング膜を反応管１内から除去する。これは、以上までの工程で、充分に汚染させたコーティング膜を除去することにより、結果として反応管１内から汚染物質を排除しようとするものである。尚、本工程では、コーテイング温度または加熱工程での温度よりも低い温度で、コーティング膜を除去するのが好ましい。
コーティング膜の除去には、ＤＲＹクリーニングを用いることができる。具体的には、本工程では、クリーニングガス導入ライン７から反応管１内にクリーニングガスとしてＣｌＦ３ガスを導入し、導入したＣｌＦ３ガスによって反応管１内のコーティング膜をＤＲＹエッチングにより除去しながら、処理済みガスを排気ライン５から排気する。これにより、結果として反応管１内の汚染物質が装置外に排出される。
【００２９】
しかる後、反応管１からボート３をアンロードして当該クリーニング工程を終了する。
【００３０】
以上説明した本実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）コーティング工程にて反応管１内をコーティングする過程で、これと並行して該コーティング膜に反応管１内の汚染物質が取り込まれるか、又は少なくとも加熱工程にて反応管１内の汚染物質を拡散させることにより該コーティング膜に汚染物質が取り込まれる。ここで、コーティングする材料として、被処理物と同一の物質か、又は該物質よりも拡散係数の大きな物質を用いるから、当該物質には、被処理物への取り込まれやすさと同等か又はそれ以上の取り込まれやすさで、汚染物質が取り込まれることになる。こうして被処理物と同等以上のレベルで充分にコーティング膜を汚染させることができる。そして、その汚染させたコーティング膜を除去工程で処理室から除去することにより、処理工程において被処理物を実際に処理するときには少なくとも該被処理物が実質的に汚染されない程度に、処理室内の汚染物質を確実に除去できる。
【００３１】
（２）コーティング膜の材料として被処理物と同一の物質か、又は該物質よりも拡散係数の大きな物質を用いるだけでなく、コーティング工程においてコーティング膜を形成するときの形成条件、又はその後の加熱工程における加熱条件を、処理工程において被処理物を処理するときの処理条件（被処理物の処理温度、及び処理期間を含む。）と対応させることにより、コーティング膜には、実際の処理における被処理物への取り込まれやすさと同等以上の取り込まれやすさで、汚染物質を取り込ませることができる。これにより、被処理物の汚染を確実に防止できる。
【００３２】
（３）除去工程では、コーティング温度または加熱工程での温度よりも低い温度環境下で、コーティング膜を除去することとしたから、該除去工程においてはコーテイング膜における汚染物質の拡散を抑制できる。即ち、一旦コーティング膜に取り込まれた汚染物質が再び拡散して該コーティング膜から離れ、反応管１側に戻ってしまうのを防止できる。これにより、クリーニングの効果をより確実に得ることができる。
【００３３】
（４）コーティング温度が、被処理物の処理温度よりも低い場合には、加熱工程を行うのが好ましいが、該加熱工程を省略する場合であっても、コーティング膜によって少なくとも反応管１内の表面に吸着している汚染物質を除去することはできる。また、コーティング後の加熱工程による拡散によって、汚染物質が却って除去しにくい方向、即ちコーティング膜とは逆側に移動してしまいやすい場合には、その可能性を確実に回避できる点で、加熱工程を省略することにも意義がある。
【００３４】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば本発明は、構造上、金属汚染レベルが高い装置、例えばプラズマＣＶＤ装置等にも適用して好適である。その場合は、除去工程では、プラズマを用いてコーティング膜を除去することもでき、クリーニングガスとしてＮＦ３ガスを用いることができる。
【発明の効果】
本発明によれば、被処理物の汚染をより確実に低減できるクリーニング技術が提供される。また本発明によれば、そのクリーニング技術を用いることにより、高品質、高歩留まりで半導体デバイスを製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施に使用する基板処理装置の構成を模式的に示す図。
【図２】実施の形態によるクリーニング工程の処理の流れを示す図。
【符号の説明】
１…反応管（処理室）、２…ヒータ（加熱手段）、６…原料ガス供給ライン（コーティング手段）、７…クリーニングガス供給ライン（除去手段）、Ｗ…ウエハ（被処理物）。
【図１】
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【図２】
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