(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバー内にプロセスガスを流し、高密度プラズマを発生させて半導体ウエハの成膜を行い、成膜後、プロセスチャンバー内にリモートプラズマクリーニングガスを導入し、プロセスチャンバー内壁に付着した反応生成物をクリーニングして排気除去する高密度プラズマＣＶＤ装置のリモートプラズマクリーニング方法において、リモートプラズマクリーニングガス導入口から導入されたリモートプラズマクリーニングガスをプロセスチャンバー天井部に向けて迂回させ、プロセスチャンバー天井部に多く付着する反応生成物とリモートプロセスクリーニングガスとの反応を促進させた後、気化した反応生成物を排気口から除去することを特徴とし、さらに、前記リモートプラズマクリーニングガス導入口の下点に整流板を設け、プロセスチャンバー内に水平に導入されたリモートプラズマクリーニングガスをこの整流板に当て、プロセスチャンバー天井部の中心方向に向きを変えて流すことを特徴とし、さらに、前記整流板の取り付け角度を可変させ、導入されたリモートプラズマクリーニングガスがプロセスチャンバー天井部に当たる範囲を調整することを特徴とする高密度プラズマＣＶＤ装置のリモートプラズマクリーニング方法。
【請求項２】
前記整流板を備えたリモートプラズマクリーニングガス導入口とクリーニングされた反応生成物を排気する排気口とをそれぞれチャンバー径の対向する位置に設け、リモートプラズマクリーニングガスを天井部に迂回させることによって導入口から排気口に至るリモートプラズマクリーニングガスの流路を長くして反応生成物との反応を促進させることを特徴とする請求項１記載の高密度プラズマＣＶＤ装置のリモートプラズマクリーニング方法。
【請求項３】
前記整流板は、リモートプラズマクリーニングガス導入口の下点に設けられた回転軸に取り付けられて角度を可変することを特徴とする請求項１記載の高密度プラズマＣＶＤ装置のリモートプラズマクリーニング方法。
【請求項４】
前記整流板の先端部の高さが、半導体ウエハを固定するステージの高さ以下となるように整流板を取り付けてリモートプラズマクリーニングガスを流すことを特徴とする請求項１記載の高密度プラズマＣＶＤ装置のリモートプラズマクリーニング方法。
【請求項５】
前記整流板の延長線が、プロセスチャンバーの半径をｒとしてプロセスチャンバー天井部中心から（１／４）ｒ〜（３／４）ｒの範囲に達するように整流板を取り付けてリモートプラズマクリーニングガスを流すことを特徴とする請求項１記載の高密度プラズマＣＶＤ装置のリモートプラズマクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、半導体ウエハ上に薄膜を形成する高密度プラズマＣＶＤ装置のクリーニング方法に関するもので、特に、成膜プロセス中にプロセスチャンバーの内壁に生成した反応生成物を除去するために、プロセスチャンバー以外のリモート（遠隔）プラズマチャンバーで生成された活性種をプロセスチャンバー内に導入することによって、プロセスチャンバー内のクリーニングを行う高密度プラズマＣＶＤ装置のリモートプラズマクリーニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程では、高密度プラズマによるＣＶＤ装置を用いて半導体ウエハ上にシリコン酸化膜などの絶縁体薄膜の成膜が行われている。この成膜は、プラズマＣＶＤ装置のプロセスチャンバー内に供給される各種のプロセスガスが高密度プラズマによって活性化され、半導体ウエハ上に薄膜形成されることによって行われる。しかし、この薄膜形成反応は、半導体ウエハ上のみならず同時にプロセスチャンバーの内壁でも発生し、反応生成物となって内壁面に付着する。これらの付着物は、半導体ウエハの成膜プロセスを繰り返すうちに次第に積層されて行き、やがて、剥離して巨大なゴミとなって半導体ウエハ上に落下し、次工程の製造プロセスに悪影響を与えている。
【０００３】
このプロセスチャンバー内壁に付着した反応生成物を除去する方法として、プロセスチャンバー内を成膜可能な状態にしたまま、次の半導体ウエハが供給されるまでの間にクリーニングガスを供給し、反応生成物を気化して排出する方法がある。例えば、反応生成物がシリコン酸化物の場合には、クリーニングガスとしてＮＦ3を使用し、プラズマによって発生するＦ（フッ素）ラジカルがシリコン酸化物を気化して除去する方法である。
【０００４】
このクリーニング方法は、高出力を必要とするため電極等の部品が損傷を受けることがあり、部品交換を定期的に行わなければならないという問題がある。この問題を解決するために、リモートプラズマクリーニング方法が開発されている。この方法は、特開平１０−１４９９８９号公報に示されているように、クリーニングガスとしてＮＦ3を使用し、このクリーニングガスをプラズマにより活性化するためのチャンバーをプロセスチャンバーから離れた場所に設け、このリモートチャンバーで発生したＦラジカルを圧力調整弁を介してプロセスチャンバーに導入し、反応生成物の除去を行う方法である。
【０００５】
特に、高密度プラズマを用いて成膜を行うプロセスチャンバーのクリーニングには、このリモートプラズマクリーニング方法が適している。しかし、従来のプロセスチャンバーの構造では、このリモートプラズマクリーニング方法を適用してもプロセスチャンバー内壁に付着した反応生成物を十分に除去できないことが判明してきた。その理由を以下に説明する。
【０００６】
図３は、従来の高密度プラズマＣＶＤ装置におけるプロセスチャンバーの構造例を示す概略断面図である。図３に示すように、プロセスチャンバー２の内部には、半導体ウエハ１を静電チャックするためのステージ４と、プロセスチャンバー２の天井部に設けられプロセスガスを導入するためのトップノズル３と、プロセスチャンバー２の側壁の対向位置に設けた２個所のリモートプラズマクリーニングガス導入口５と、このガス導入口５よりも低い位置に設けられリモートプラズマクリーニングガスによって気化した反応生成物を排出する排気口６とを備えている。
【０００７】
さらに、プロセスチャンバー２の天上部外側には渦巻き形状の上部電極８が設けられ、ステージ４を兼ねた下部電極９との間に磁界を発生させるようになっている。また、プロセスチャンバー２の外側壁を囲むように高周波コイル７が設けられ、トップノズル３から供給されるプロセスガスをプラズマ化し成膜を行うようになっている。
【０００８】
また、図４は、上記した従来構造のプロセスチャンバー内にリモートプラズマクリーニングガスを導入した時のガス流れを示す図で、クリーニングガス流れを矢印で示している。ここでは、二酸化シリコン膜を半導体ウエハに成膜する場合を例にとって説明する。まず、リモートプラズマチャンバー１０においてクリーニングガスであるＮＦ3を活性化し、生成されたＦラジカルを含むリモートプラズマクリーニングガスを、圧力調整弁（図示せず）や配管１１を介してプロセスチャンバー２に導入する。配管１１はプロセスチャンバー２の手前で２本に分岐され、クリーニングガスはそれぞれプロセスチャンバー２の対向位置に設けられた２個所のリモートプラズマクリーニングガス導入口５からプロセスチャンバー２に導入される。
【０００９】
この導入されたクリーニングガス中のＦラジカルによって、プロセスチャンバー２の内壁に付着した反応生成物、この場合は二酸化シリコン膜がクリーニングされ、気化して排気口６から排出されて行く。しかし、このクリーニング方法を用いても、依然として二酸化シリコン膜からなる巨大ゴミが除去されずに残存するという問題は解消されず、発明者等の調査により巨大ゴミの発生個所を特定したところ、プロセスチャンバー天井の中心部に付着する二酸化シリコン膜がクリーニング不十分のまま順次積層されて残存し、これが剥離して巨大ゴミとなって半導体ウエハ上に落下するということが判明した。特に、図３に示すように、プロセスチャンバー２の天井部は、プロセスガス用のトップノズル３が存在することもあり、天井部の中心から天井部半径の約１／４以内の範囲に二酸化シリコン膜１２が多く付着していることが確認されている。
【００１０】
この原因として、図４の流線矢印で示すように、Ｆラジカルを含むクリーニングガスの流れは、２個所のリモートプラズマクリーニングガス導入口５から導入された後、排気口６に向けてほとんど最短距離で流れてしまい、プロセスチャンバー天井部のクリーニング効率が極めて悪いことがその原因であることが分かった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の高密度プラズマＣＶＤ装置においては、リモートプラズマクリーニング方法を用いることによって、プロセスチャンバーに損傷を与えることなく反応生成物のクリーニングを可能とし、特に、高密度プラズマによるＣＶＤ装置のクリーニングに対しては優れた方法である。しかし、プロセスチャンバー内を流れるクリーニングガスの指向性が悪いと、プロセスチャンバー内でクリーニングガスによる反応生成物の気化が十分に行われずに少しずつ残存し、半導体ウエハの成膜プロセスを何枚か重ねているうちに、次第に積み重なって巨大な付着物が生成されてしまうことになる。
【００１２】
本発明は、高密度プラズマＣＶＤ装置において、プロセスチャンバー内の天井部のクリーニング効率が悪いという問題を解決するためになされたもので、導入口からのリモートプラズマクリーニングガスをプロセスチャンバー天井の中心部に向けて導くことによって、天井中心部に付着する二酸化シリコン等の反応生成物を効率よく除去することのできるクリーニング方法を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プロセスチャンバー内にプロセスガスを流し、高密度プラズマを発生させて半導体ウエハの成膜を行い、成膜後、プロセスチャンバー内にリモートプラズマクリーニングガスを導入し、プロセスチャンバー内壁に付着した反応生成物をクリーニングして排気除去する高密度プラズマＣＶＤ装置のリモートプラズマクリーニング方法において、リモートプラズマクリーニングガス導入口から導入されたリモートプラズマクリーニングガスをプロセスチャンバー天井部に向けて迂回させ、プロセスチャンバー天井部に多く付着する反応生成物とリモートプロセスクリーニングガスとの反応を促進させた後、気化した反応生成物を排気口から除去するマクリーニング方法である。
【００１４】
また、本発明は、リモートプラズマクリーニングガス導入口の下点に整流板を設け、プロセスチャンバー内に水平に導入されたリモートプラズマクリーニングガスをこの整流板に当て、プロセスチャンバー天井部の中心方向に向きを変えて流すクリーニング方法である。
【００１５】
また、本発明は、前記整流板を備えたリモートプラズマクリーニングガス導入口とクリーニングされた反応生成物を排気する排気口とをそれぞれチャンバー径の対向する位置に設け、リモートプラズマクリーニングガスを天井部に迂回させることによって導入口から排気口に至るリモートプラズマクリーニングガスの流路を長くして反応生成物との反応を促進させるクリーニング方法である。
【００１６】
また、前記整流板は、その取り付け角度を可変させ、導入されたリモートプラズマクリーニングガスがプロセスチャンバー天井部に当たる範囲を調整することを可能とし、また、前記整流板は、リモートプラズマクリーニングガス導入口の下点に設けられた回転軸に取り付けられて角度を可変することができ、また、前記整流板は、その先端部の高さが、半導体ウエハを固定するステージの高さ以下となるように取り付けてリモートプラズマクリーニングガスを流すようにし、また、前記整流板は、その延長線が、プロセスチャンバーの半径をｒとしてプロセスチャンバー天井部中心から（１／４）ｒ〜（３／４）ｒの範囲に達するように取り付けてリモートプラズマクリーニングガスを流すようにしている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のリモートプラズマクリーニング方法に使用する高密度プラズマＣＶＤ装置のプロセスチャンバーの一実施の形態を示す概略断面図である。なお、従来例と同じ部品は、同じ符号を用いて説明する。
【００１８】
図１に示すように、プロセスチャンバー２の内部には、半導体ウエハ１を静電チャックするためのステージ４と、プロセスチャンバー２の天井部に設けられプロセスガスを導入するためのトップノズル３と、プロセスチャンバー２の側壁の１個所に設けられたリモートプラズマクリーニングガス導入口５と、このリモートプラズマクリーニングガス導入口５とほぼ対向する位置でかつこの導入口５より低い位置に設けられた排気口６とを備え、排気口６からリモートプラズマクリーニングガスによって気化した反応生成物を排出するようになっている。一方、プロセスチャンバー２の上部外側には渦巻き形状の上部電極８が設けられ、ステージ４を兼ねた下部電極９との間に磁界を発生させるようになっている。また、プロセスチャンバー２の側壁を囲むように高周波コイル７が設けられ、トップノズル３から供給されるプロセスガスをプラズマ化し半導体ウエハ１上に成膜を行うようになっている。
【００１９】
さらに、本発明に用いるプロセスチャンバーには、プロセスチャンバー２に導入されるリモートプラズマクリーニングガスの指向性を向上させるために、リモートプラズマクリーニングガス導入口５に整流板１３が設けられている。整流板１３は、リモートプラズマクリーニングガス導入口５の下点に取り付けられ、この取り付け位置に設けられた回転軸を支点として取り付け角度θは可変できるようになっている。
【００２０】
また、プロセスチャンバー２の天井部に生成する二酸化シリコン膜１２は、天井部半径をｒとすれば、天井部中心から約（３／４）ｒ以内の範囲に生成され、特に（１／４）ｒ以内の範囲に多くが生成されることが判明している。そこで、リモートプラズマクリーニングガス導入口５から水平に導入されるリモートプラズマクリーニングガスを整流板１３に当て、ガス流の向きを変えてプロセスチャンバー２の天井部中心から（１／４）ｒ〜（３／４）ｒの範囲内に導き、リモートプラズマクリーニングガスのプロセスチャンバー２内の経路を長くすることによって、クリーニングガスと反応生成物との反応時間を長くとれるようにしている。また、整流板１３の取り付け角度θは、整流板１３の延長線がプロセスチャンバー２の天井部中心から（１／４）ｒ〜（３／４）ｒの範囲内に存在する角度とすればよい。つまり、整流板１３の取り付け角度θは、プロセスチャンバー２の天井部内壁からリモートプラズマクリーニングガス導入口５の下点までの距離をＬとすれば、次の式で求められる。
【００２１】
θ＝tan-1（１／４）・（ｒ／Ｌ）〜tan-1（３／４）・（ｒ／Ｌ）
また、整流板１３の先端の位置は、半導体ウエハ１のプロセスチャンバー２への搬入、搬出の邪魔にならないように、ステージ４上のウエハ載置位置と同じか、あるいはやや低く設けるのがよい。また、整流板１３の材質は加工し易いアルミニウムを使用する。
【００２２】
次に、図２を用いて一実施の形態の動作について説明する。図２は、上記した本発明のプロセスチャンバー内にリモートプラズマクリーニングガスを導入した時のガス流れを示す図で、ガス流れを矢印で示している。ここでは二酸化シリコン膜を半導体ウエハに成膜する場合を例にとって説明する。まず、成膜の終了した半導体ウエハをプロセスチャンバーから搬出し、次の半導体ウエハが搬入されるまでのタイミングを利用し、リモートプラズマチャンバー１０でＮＦ3を活性化して得られたＦラジカルを含むリモートプラズマクリーニングガスを、配管１１を介してプロセスチャンバー２に導入する。Ｆラジカルを含むクリーニングガスは、プロセスチャンバー２の１個所に設けられたリモートプラズマクリーニングガス導入口５からプロセスチャンバー２に導入される。
【００２３】
水平に導入されたリモートプラズマクリーニングガスは、整流板１３に当たってプロセスチャンバー天井部に向けて方向を変え、天井部に当たった後はほぼ天井部に沿って流れ、その後、排気口６に向かって流れて行く。このように、リモートプラズマクリーニングガスが天井部を迂回して流れるようになったため、反応生成物とリモートプラズマクリーニングガスとの接触時間が長くなり、クリーニング時間を充分取ることができるので反応生成物の除去が促進される。このように、プロセスチャンバー内に導入されたＦラジカルを含むクリーニングガスによって、プロセスチャンバー２の天井部に付着した反応生成物、この場合は二酸化シリコン膜が効率よくクリーニングされ、気化して排気口６から排出されて行く。
【００２４】
【発明の効果】
従来のプロセスチャンバーでは、導入されたほとんどのリモートプラズマクリーニングガスは、導入口より下部にある排気口に向かって流れてしまい、プロセスチャンバー内に滞留している時間はほとんどない状態であった。
【００２５】
しかし、本発明によれば、リモートプラズマクリーニングガス導入口に整流板を設けたことによって、プロセスチャンバーに導入されたリモートプラズマクリーニングガスはプロセスチャンバーの天井部中心方向に向かって流れ、天井部中心付近に多く付着している反応生成物に対しクリーニングする時間を長く取ることができるようになったため、天井部に付着した反応生成物を十分に気化した状態で効率よく排気し除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるプロセスチャンバーの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるプロセスチャンバー内のリモートプラズマクリーニングガスの流れを示す図である。
【図３】従来のプロセスチャンバーの概略断面図である。
【図４】従来のプロセスチャンバー内のリモートプラズマクリーニングガスの流れを示す図である。
【符号の説明】
１    半導体ウエハ
２    プロセスチャンバー
３    トップノズル
４    ステージ
５    リモートプラズマクリーニングガス導入口
６    排気口
７    高周波コイル
８    上部電極
９    下部電極
１０    リモートプラズマチャンバー
１１    配管
１２    二酸化シリコン膜
１３    整流板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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