(57)【要約】【課題】  クリーニングプロセスにおいて、処理室内へのシリコン膜の堆積を極力抑えつつ、クリーニング時の装置ダウンタイムを低減できるようにする。【解決手段】  処理室内にホスフィン（ＰＨ3）を含むガスを供給して基板を処理する。処理基板を処理室内から搬出後、処理室内にクリーニングガス（ＣｌＦ3）を導入して処理室内をクリーニングする。クリーニング後、クリーニングのダメージにより発生した汚染金属との反応性の高いモノシラン（ＳｉＨ4）を含むガスを処理室内に導入し処理室内をパージして、金属汚染レベルを速やかに低減させる。このパージステップでは、所定の条件下で、パージ時間を３０分程度とすることにより、処理室内壁に堆積するシリコン膜の膜厚を０．１ｎｍ以下として、シリコン堆積膜のＰＨ3ガスを用いた基板処理への影響をなくすのがよい。【選択図】  図１
2005333013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理室内に搬入するステップと、
処理室内にホスフィン（ＰＨ3）を含むガスを供給して基板を処理するステップと、
処理後の基板を処理室内から搬出するステップと、
基板搬出後、処理室内にクリーニングガスを導入して処理室内をクリーニングするステップと、
クリーニング後、処理室内にモノシラン（ＳｉＨ4）を含むガスを導入して処理室内をパージするステップと、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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係り、特に処理室をクリーニングした後のパージ処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスは、高性能化の要求に対し、高密度化・高集積化によって性能向上を達成してきた。今後、更なる高密度化・高集積化の実現のための一方策としては、縮小されたキャパシタセル占有面積においてデバイス動作に必要充分な容量を確保する技術が必要である。
【０００３】
前記キャパシタ容量を確保する手段としては、電極間の距離となるキャパシタの容量絶縁膜の厚みを薄くしたり、または高い誘電率の容量絶縁膜を用いたり、或いは電極表面積の拡大化を図ったりすることなどが挙げられ、これらは個々のみならず複合して採用することでより大きな効果が期待できる。
【０００４】
従来においては、このキャパシタ容量絶縁膜としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の２層構造のものが用いられているが、この種の容量絶縁膜の誘電率εは３．８〜４．０程度である。最近のデバイスのデザインルールを考慮すると、容量絶縁膜の厚みは、絶縁性を確保するための物理的な限界値、例えば５ｎｍ〜８ｎｍ程度に達しており、従って、より小さな微小面積で必要十分なキャパシタ容量を確保するためには、誘電率のより高い容量絶縁膜が求められている。このような状況化において、最近、誘電率が２７程度であるタンタル酸化膜（Ｔａ2Ｏ5）が注目され、徐々に実用化されつつある。
【０００５】
電極表面積の拡大化には幾つかの方法がある。一つは立体化である。立体化によりキャパシタ容量は大幅に増加するが、露光焦点深度やドライエッチングなどの微細加工技術が問題となるため、他の方法が求められている。その中で、図４に示すように、下部電極９となる結晶化前のアモルファスシリコン膜１９の形成温度を制御することによりシリコン表面に半球状結晶粒（ＨＳＧ）１２の凹凸を形成させ、そのＨＳＧ１２を形成させた表面積を、例えば６００℃で形成した多結晶シリコン膜の表面積の２倍以上とする容量電極部の形成技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このＨＳＧを形成している下部電極であるアモルファスシリコン層には、例えば１．０×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ2程度の比較的低濃度でリンなどの不純物がドーピングされているか、あるいは不純物ドーピング無しの場合が一般的である。またＨＳＧ形成過程でシリコン膜表面のリンが希薄になることから、ＨＳＧ形成後、電極膜の低抵抗化とコンデンサ表面の空乏化抑制のため、例えばホスフィン（ＰＨ3）のようなリン化合物ガス雰囲気にて熱処理を行い（ＰＨ3の場合：ＰＨ3アニール）、シリコン膜中にリンをドーピングするプロセスが必要となる。
【特許文献１】特開平５−３０４２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えばＰＨ3アニールによるリンドープ技術において、基板（ウェハ）中に取り込まれたリンの消費量は全流量に対する１％以下であるため、ほとんどのリンとその化合物は排気されてしまう。排気されたリンとその化合物は、ガス排気部内壁に副生成物として付着し、その副生成物の剥がれによるパーティクル発生が原因となり、生産の歩留まり低下を引き起こす懸念がある。
【０００８】
この問題を回避する一方策として、副生成物の剥がれを引き起こす前にリン化合物と反応性の高いハロゲン系クリーニングガス、例えばＣｌＦ3ガスなどを用いて定期的に処理室内及び排気配管内部をクリーニングする手法が取られている。しかしクリーニング直後は金属部材である排気部が、クリーニングガスによってダメージを受けるので、金属汚染レベルが一時的に高くなることが知られており、金属汚染レベルが許容値以下になるまでは生産の再開ができず、ダウンタイムが増加し、スループット低下を引き起こす。
【０００９】
二枚葉処理装置を例とすれば、ＣｌＦ3クリーニング後の金属汚染許容値がウェハ表面原子濃度で１．０×10ａｔｏｍｓ/ｃｍ2以下の場合、金属汚染レベルを低減させる方法として不活性ガスまたは水素化合物ガスよるパージが知られている。特に水素化合物ガスによるパージが効果的であるが、モノシラン（ＳｉＨ4）などのシリコン系水素化合物を用いる場合は熱分解により処理室内にシリコンが堆積するため、シリコン系水素化合物のＰＨ3アニールプロセスへの導入は困難と考えられる。
【００１０】
第一の理由は反応管内壁へのシリコン薄膜の堆積によりヒータからのウェハへの輻射熱量の変化が懸念され、従来のプロセス条件の変更が必要になること。第二の理由はシリコン薄膜中へのリンのドーピングと外部拡散の影響によりウェハへのリンドーピング再現性劣化が懸念されるからである。
【００１１】
上記懸念によりクリーニング後のパージガスの選定にあたり、現状ではＰＨ3ガスを用いるのが最善策と考えられる。ＰＨ3ガスは熱分解によりリンが生成されるが、４００℃以上の処理室内壁には昇華によりリン（Ｐ）の堆積が無いからである。
しかしながら、ＰＨ3ガスによるパージ後の金属汚染レベルを測定した結果、金属汚染レベルの許容値を下回るのに長時間を要することがわかった。したがって、ＰＨ3ガスによるパージでは、装置ダウンタイムが増加するという問題点があった。
【００１２】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決し、クリーニング時の装置ダウンタイムを低減することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明は、基板を処理室内に搬入するステップと、処理室内にホスフィン（ＰＨ3）を含むガスを供給して基板を処理するステップと、処理後の基板を処理室内から搬出するステップと、基板搬出後、処理室内にクリーニングガスを導入して処理室内をクリーニングするステップと、クリーニング後、処理室内にモノシラン（ＳｉＨ4）を含むガスを導入して処理室内をパージするステップとを有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
パージステップにおいて、ＰＨ3よりも金属との反応性の高いＳｉＨ4を含むガスを処理室内に導入して処理室内をパージするので、ＰＨ3でパージする場合に比べて、金属汚染レベルを短時間で低減でき、クリーニング時の装置ダウンタイムを低減することができる。
クリーニングガスとしては、ＣｌＦ3ガスなどが挙げられる。ＳｉＨ4を含むガスとは、例えばＳｉＨ4、またはＳｉＨ4と不活性ガスとの混合ガスである。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、パージステップでは、処理室内壁に堆積するシリコン膜の膜厚が０．１ｎｍ以下となるようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
処理室内壁に堆積するシリコン膜の膜厚が０．１ｎｍ以下となるようにしたので、パージステップでＳｉＨ4を使用しながら、処理室内のシリコン堆積を極力抑えことができる。パージステップで堆積するシリコン膜の膜厚が０．１ｎｍを超える厚さになると、ヒータからの輻射熱量が変わるため、基板の処理が不安定になる。また、シリコン膜の膜厚が０．１ｎｍを超える厚さになると、ＰＨ3を含むガスを供給して行なう基板の処理が不安定になる。したがって、処理室内壁に堆積するシリコン膜の膜厚は、ヒータから基板への輻射熱量が変らず、シリコン膜堆積による基板の処理が不安定にならない０．１ｎｍ以下となるようにするのが好ましい。
所定の条件下において、クリーニング後のパージステップ時間を３０分程度とすることによって、処理室内壁に堆積するシリコン膜の膜厚を０．１ｎｍ以下となるようにすることができる。これによれば、金属汚染レベルを短時間で低減でき、クリーニング時の装置ダウンタイムを低減することができる。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明において、パージステップでは、処理室内温度を４５０℃以下、ＳｉＨ4ガス分圧を１００〜２０００Ｐａとすることを特徴とする半導体装置の製造方法である。所定の条件として、処理室内温度を４５０℃以下、ＳｉＨ4ガス分圧を１００〜２０００Ｐａとすることによって、処理室内壁に堆積するシリコン膜の膜厚を、ヒータから基板への輻射熱量が変らず、シリコン膜堆積による基板の処理が不安定にならない膜厚以下、例えば０．１ｎｍ以下とすることができる。
【００１６】
第４の発明は、第１の発明において、パージステップで導入するＳｉＨ4を含むガスとは、ＳｉＨ4、またはＳｉＨ4と不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
ＳｉＨ4を含むガスは、ＳｉＨ4単独でもよいし、ＳｉＨ4と不活性ガスとの混合ガスであってもよい。
ＳｉＨ4を含むガスが、ＳｉＨ4と不活性ガスとの混合ガスであると、その混合割合を変えることにより、ＳｉＨ4濃度やＳｉＨ4分圧を下げることができるので、処理室内壁へのシリコンの堆積を抑えることができる。
【００１７】
第５の発明は、第１の発明において、処理室内に搬入する基板にはシリコン膜が形成されており、処理ステップではシリコン膜に対してリンを拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
シリコン膜に対してリンを拡散させるプロセスの場合に、特にリン拡散後のクリーニングにより金属汚染の問題を生じやすいが、本発明によれば、クリーニング後にＳｉＨ4を含むガスで処理室内をパージするようにしたので、金属汚染レベルを短時間で低減できる。
【００１８】
第６の発明は、第１の発明において、処理室内に搬入する基板にはＨＳＧ膜が形成されており、処理ステップではＨＳＧ膜に対してリンを拡散させることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
ＨＳＧ膜に対してリンを拡散させるプロセスの場合に、特にリン拡散後のクリーニングにより金属汚染の問題を生じやすいが、本発明によれば、クリーニング後にＳｉＨ4を含むガスで処理室内をパージするようにしたので、金属汚染レベルを短時間で低減できる。
【００１９】
第７の発明は、第１の発明において、クリーニングステップでは、クリーニングガスとしてハロゲン系ガスを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法である。ハロゲン系ガスを用いてクリーニングプロセスを行う場合に、特にクリーニング後に金属汚染の問題が生じやすいが、本発明によれば、ＳｉＨ4を含むガスを導入してパージしているので、金属汚染レベルを短時間で低減できる。
【００２０】
第８の発明は、第１の発明において、クリーニングステップでは、クリーニングガスとしてＣｌＦ3を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法である。ＣｌＦ3を用いてクリーニングプロセスを行う場合に、特にクリーニング後に行うパージがＰＨ3ガスパージであると、金属汚染レベルが許容値以下になるのに長時間を要しダウンタイムが増加するが、本発明によれば、ＳｉＨ4を含むガスを導入してパージしているので、このような問題を解決できる。
【００２１】
第９の発明は、基板を処理する処理室と、処理室内にＰＨ3を含むガスを供給する供給系と、処理室内にクリーニングガスを供給する供給系と、処理室内にＳｉＨ4を含むガスを供給する供給系と、処理室内にＰＨ3を含むガスを供給して基板を処理した後、処理室内にクリーニングガスを導入して処理室内をクリーニングし、その後処理室内にＳｉＨ4を含むガスを導入して処理室内をパージするよう制御する制御手段を有することを特徴とする基板処理装置である。ＰＨ3ガスを導入して基板を処理した後、クリーニングガスを導入してクリーニングし、その後ＳｉＨ4を含むガスを導入してパージするよう制御する制御手段を有するので、第１の発明を容易に実施できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、金属汚染レベルを短時間で低減でき、ダウンタイムを大幅に削減することができる。したがって、生産に対する歩留まりの向上並びに安定した生産の確保に大きく寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の半導体装置の製造方法を適用したＰＨ3アニールプロセスの実施の一例を図面を参照して説明する。
【００２４】
まず、図５、図６を参照して、ＰＨ3アニールプロセスを実施するための一例として基板処理装置としての二枚葉装置の処理炉の概略を説明する。ここで二枚葉装置とは、一度に１枚または２枚の基板を処理する装置のことを指す。図５は基板処理装置の処理炉の概略縦断面図であり、図６は基板処理装置の処理炉の概略横断面図である。
【００２５】
石英製、炭化珪素製、又はアルミナ製の反応容器としての処理室（反応管２０３）は水平方向に扁平な空間を有しており、内部に基板としての半導体ウェハ２００を収容する。反応管２０３内部には半導体ウェハ２００を支持する基板保持手段としてのウェハ支持台２１７が設けられ、反応管２０３の両端にはマニホールドとしてのガス導入／排気フランジ２０９ａ、ガス導入／排気フランジ２０９ｂが気密に設けられ、一方のガス導入／排気フランジ２０９ａには更に仕切弁としてのゲートバルブ２４４を介して搬送室（図示せず）が連接されている。ガス導入／排気フランジ２０９ａ、ガス導入／排気フランジ２０９ｂにはそれぞれ供給管としてのガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂ、排気管としての排気ライン２３１ａ、２３１ｂが連通される。ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂには、反応管２０３内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段２４１ａ、２４１ｂがそれぞれ設けられている。また、排気ライン２３１ａ、２３１ｂには、反応管２０３内の圧力を制御する圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂがそれぞれ設けられている。
【００２６】
反応管２０３の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが設けられ、反応管２０３内部を均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせて加熱するようになっている。また、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段２４７が接続されている。また上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂおよび反応管２０３を覆うように断熱部材としての断熱材２０８が設けられている。反応管２０３内の温度、反応管２０３内の圧力、反応管２０３内に供給するガスの流量は、それぞれ温度制御手段２４７、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂ、流量制御手段２４１ａ、２４１ｂにより、所定の温度、圧力、流量となるよう制御される。また、温度制御手段２４７、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂ、流量制御手段２４１ａ、２４１ｂは、主制御部２４９により制御される。
【００２７】
次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述した基板処理装置の処理炉を用いて基板にＰＨ3アニールを施す方法について説明する。
【００２８】
反応管２０３内の温度がヒータ２０７ａ、２０７ｂにより処理温度に維持された状態で、ゲートバルブ２４４が開かれ、図示しないウェハ搬送ロボットにより図中左方より反応管２０３内に半導体ウェハ２００が搬入され、ウェハ支持台２１７に載置される。本例ではウェハ支持台２１７には２枚のウェハ２００が載置され、２枚のウェハ２００が同時に処理される。なお、同時に処理する２枚のウェハ２００の熱履歴を等しくするためにウェハ２００は２枚同時に反応管２０３内に搬送される。ウェハ２００が反応管２０３内に搬入されると同時にウェハ２００の処理温度までの昇温が開始される。
【００２９】
ウェハ搬送ロボットが後退してゲート弁２４４が閉じられた後、反応管２０３内の圧力は処理圧力となるよう圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂにより制御され（圧力安定化）、反応管２０３内の温度はウェハ温度が処理温度となるよう温度制御手段２４７により制御される（温度安定化）。この反応管２０３内の圧力安定化、ウェハ２００の温度安定化の際、反応管２０３内にはガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより不活性ガスが導入されつつ排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気され、反応管２０３内は、不活性ガス雰囲気とされる。
【００３０】
反応管２０３内の圧力が処理圧力に安定化し、ウェハ２００の温度が処理温度に安定化した後、反応管２０３内にガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより処理ガス（ＰＨ3）が導入され、排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気されることにより、ウェハ２００が処理される。この際、処理の均一性を確保するため、処理ガスは対角に向かって交互に流すのが好ましい。すなわち、例えば、まず処理ガスをガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウェハ２００の表面に対して略水平な方向に流し、その後、それとは反対向きに、すなわちガス導入ライン２３２ｂから排気ライン２３１ａに向かってウェハ２００の表面に対して略水平な方向に流し、所要時間毎に流れの向きを変更するのが好ましい。なお、処理の均一性が処理ガスの流れの向きに依存しないような場合は、処理ガスは一方向に向かって流れるようにしてもよい。すなわち、例えばガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウェハ２００の表面に対して略水平な方向に、或はガス導入ライン２３２ｂから排気ライン２３１ａに向かってウェハ２００の表面に対して略水平な方向に流れるようにしてもよい。
【００３１】
なお、本実施の形態の基板処理装置の処理炉にて基板を処理する際の処理条件としては、例えばシリコン薄膜中にリンをドープする場合、処理温度６５０〜７５０℃、処理圧力４０００〜３３２５０Ｐａ、ガス種ＰＨ3またはＰＨ3と不活性ガスの混合ガス、その供給流量０．５〜３．０ＳＬＭが例示される。
【００３２】
ウェハ２００の処理が完了すると、反応管２０３内の残留ガスを除去するために、反応管２０３内には、ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより不活性ガスが導入されつつ、排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気され、反応管内がパージされる。なお、ウェハ処理時の処理ガスの供給流量、ウェハ処理前または後の不活性ガスの供給流量は流量制御手段２４１ａ、２４１ｂにより制御される。
【００３３】
反応管２０３内のパージ後、反応管２０３内の圧力を圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂにより、ウェハ搬送圧力となるよう調整する。反応管２０３内の圧力が搬送圧力となった後、ゲートバルブ２４４が開かれ、ウェハ２００は、ウェハ搬送ロボットにより反応管２０３より搬送室へ搬出される。
【００３４】
なお、上述の圧力制御手段２４８ａ、ｂによる反応管２０３内の圧力制御、温度制御手段２４７による反応管２０３内の温度制御、流量制御手段２４１ａ、ｂによる反応管２０３内へのガス流量制御は、主制御部が各制御手段を制御することにより行われる。
【００３５】
ところで、ＰＨ3アニールによるリンドープ技術において、ウェハ中に取り込まれたリンの消費量は全流量に対する１％以下であるため、ほとんどのリンとその化合物は排気されてしまう。排気されたリンとその化合物は図５に示すガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂ、排気ライン２３１ａ、２３１ｂなどのガス排気部内壁（排気配管内壁）に副生成物として付着し、その副生成物の剥がれによるパーティクル発生が原因となり、生産の歩留まり低下を引き起こす懸念がある。
【００３６】
そこで、副生成物の剥がれを引き起こす前にリン化合物と反応性の高いハロゲン系クリーニングガス、例えばＣｌＦ3ガスなどを用いて定期的に処理室内及び排気配管内部をクリーニングする手法が取られている。
【００３７】
このクリーニング方法の具体例を説明する。図５、図６で説明した基板処理装置としての二枚葉装置の処理炉において、本発明のクリーニングシーケンスを実施した例を以下に示す。図１はそのクリーニングシーケンスを示し、（ａ）は実施の形態を示し、（ｂ）が従来例を示す。なお、図１中の帯グラフ内で示した各要素（ＣｌＦ3クリーニング、ガス引きＮ2パージ、ＳｉＨ4パージ、ＰＨ3パージ）の時間は、各要素の実時間に、各要素を実行するために要する他の処理を含めたプロセスレシピの時間であって、各要素の実時間ではない。各要素の実時間は、表示されたメンテナンスタイムよりも短い。
【００３８】
処理室内のクリーニングは、反応管２０３内にガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂよりクリーニングガス、例えばＣｌＦ3ガスが導入され、ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂを介して反応管２０３を通って排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気される。これにより、反応管２０３やガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂの内壁、及び排気ライン２３１ａ、２３１ｂの排気配管内壁に付着したリン化合物が、ＣｌＦ3ガスと反応しガス化して排気される。ＣｌＦ3ガスによるクリーニングプロセス時間は１時間である。クリーニング直後は金属部材である排気部（ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂ等）がクリーニングガスによってダメージを受け、金属汚染レベルが一時的に高くなる。そこで、クリーニングが完了した後、クリーニングガスの導入を停止し、反応管２０３内に残留したガスを完全に排気した後、反応管２０３内にガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより不活性ガス、例えばＮ2を導入し、反応管２０３内をパージする。Ｎ2パージプロセス時間は１時間である。このＮ2パージにより、金属汚染レベルはいくらか低減するが、大幅には低減できない。
【００３９】
そこで、上記ガス引きＮ2パージを実施した後、反応管２０３内にＳｉＨ4と不活性ガス例えばＮ2の混合ガスを、ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂ、ガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂを介して反応管２０３を通って排気ライン２３１ａ、２３１ｂより排気して、反応管２０３内をパージする。このときＳｉＨ4ガスが熱分解し、その分解元素が、残留している鉄Ｆｅなどの金属と化学反応を伴って結合し、金属化合物として排気される。このＳｉＨ4ガスによるパージが効果が大きく、したがって金属汚染レベルを大幅に低減できる。
このときのパージ条件としては、例えば処理室温度４５０℃、処理圧力１３３０Ｐａ、ガス供給流量ＳｉＨ4ガス０．２ＳＬＭ、Ｎ2２．０ＳＬＭ、パージ時間３０分で行った。この条件下でパージを行うことにより、ガス排気部内壁に付着するシリコン膜堆積の膜厚を０．１ｎｍ以下とすることができた。
【００４０】
このシリコン堆積膜の膜厚は、特にパージ時間の面から制御を行なうと、装置ダウンタイムを低減できるので好ましい。パージ時間は３０分程度とすることができる。また、シリコン堆積膜の膜厚の制御は、装置ダウンタイムの低減を損なわない範囲で、ＳｉＨ4ガス濃度や、ＳｉＨ4ガス分圧の面からも制御できる。上述したように、ＳｉＨ4と不活性ガスＮ2の混合ガスを導入する場合は、不活性ガスＮ2で希釈してＳｉＨ4ガスの濃度を調整することにより、シリコン膜堆積の膜厚を０．１ｎｍ以下に制御することができる。また、ＳｉＨ4ガス分圧を１００〜２０００Ｐａの範囲で調整することにより、シリコン膜堆積の膜厚を０．１ｎｍ以下に制御することができる。
【００４１】
なお、図１（ｂ）に、比較のために、従来例のクリーニングシーケンスも示してある。従来例のクリーニングは、ＣｌＦ3クリーニングをして、ガス引きＮ2パージを行なった後、ＰＨ3パージを行う点で、ＳｉＨ4パージを行う実施の形態と異なる。従来例では、ＣｌＦ3クリーニング時間及びガス引きＮ2パージ時間は、ともに１時間であるが、ＰＨ3パージ時間は６時間もかけている。
【００４２】
図２と図３に実施の形態と従来例によるクリーニング方法を実施した場合の、ウェハ上の鉄Ｆｅの金属汚染レベル測定結果を示す。
【００４３】
図３の従来例の場合には、リファレンスサンプルＲ（１）の参考値以下の金属汚染量を達成するのに、６時間以上のＰＨ3パージ時間を要することがわかる。ここでは、ＰＨ3パージ時間を０、２、４、６、１０、１６、２４ｈｒと変化させている。Ｒ（１）、Ｒ（２）は、２つのリファレンスサンプルであり、それらの金属汚染結果が示されている。数値１〜５は、５つのサンプルであり、各ＰＨ3パージ時間に対して、５枚のサンプルについての金属汚染結果が示されている。５枚のサンプルを用いたのは、データの信頼性を確保するためである。リファレンスサンプルＲ（１）、Ｒ（２）の金属汚染量の参考値は、略３．０×１０9ａｔｍｓ／ｃｍ2を示しているが、リファレンスサンプルＲ（２）の方がＲ（１）と比べてやや小さい。
【００４４】
５枚のサンプルをそれぞれ反応管に入れてＣｌＦ3ガスクリーニングを実施し、ガス引きＮ2パージを経てＰＨ3パージを所定時間行なった後、反応管からサンプルを取り出し、そのサンプル上の指定された点の金属汚染レベルを測定した。その結果、パージ時間が０ｈｒはもちろん、２ｈｒでも、４ｈｒでも、５枚のサンプルの金属汚染量は、いずれもリファレンスサンプルＲ（１）の参考値よりも小さくならなかった。ＰＨ3パージ時間を６時間以上としたとき、はじめて５枚のサンプルの全ての金属汚染量を略参考値以下に抑えることができた。さらに、ＰＨ3パージ時間を１０ｈｒ、１６ｈｒ、２４ｈｒに増加しても、５枚のサンプルの全ての金属汚染量をサンプルウェハＲ（２）の略参考値以下とすることができるに止まり、大幅な低減はみられなかった。
【００４５】
これに対して、図２に示す実施形態の場合には、リファレンスサンプルＲ（１）の参考値以下の金属汚染量を、わずか３０分で達成している。ここでは、リファレンスサンプルＲｅｆ（１）と、ＳｉＨ4パージ時間が０ｈｒのときの５つのサンプルとの金属汚染結果のみが示されている。ＳｉＨ4パージ時間とは、ＳｉＨ4パージ実時間にその他の処理を含めたプロセスレシピ時間のことをいう。また、ＳｉＨ4パージ時間が０ｈｒであるとは、プロセスレシピ時間が２時間未満であることを意味する。この場合、ＳｉＨ4パージ実時間が３０分、ＳｉＨ4パージ準備のためのその他の処理に要する時間が４０分位になり、これらを合わせると、略１時間となる。なお、図３で説明したＰＨ3パージ時間も同じプロセスレシピ時間を意味する。例えば、ＰＨ3パージ時間０ｈｒとは、ＰＨ3パージ実時間が３０分、ＰＨ3パージ準備のための時間が４０分位であることを意味し、ＰＨ3パージ時間２ｈｒとは、ＰＨ3パージ実時間が８０分、ＰＨ3パージ準備のための時間が４０分位であることを意味する。
【００４６】
図２に示すように、５枚のサンプルのいずれの金属汚染量も、ＳｉＨ4パージを僅か３０分行なうだけで、リファレンスサンプルＲ（１）の参考値以下の金属汚染量にほぼ達成している。５枚のサンプルの各金属汚染量をみると、サンプルＮｏ.４のみが突出しているが、その突出値も１．０×１０10ａｔｍｓ／ｃｍ2以下を示している。その他のサンプルＮｏ.１〜３、及びＮｏ.５の金属汚染量は、いずれも１．０×１０9ａｔｍｓ／ｃｍ2以下を示している。
【００４７】
ウェハ上の金属汚染量の許容値は１．０×１０20ａｔｍｓ／ｃｍ2であるが、本実施の形態によるＳｉＨ4パージを採用すれば、その許容値を１．０×１０10ａｔｍｓ／ｃｍ2にまで高めることも可能であり、それを３０分のパージで達成できる。
【００４８】
上述した実施の形態のクリーニング方法を用いれば、ＳｉＨ4をクリーニング後のパージガスに用いても、反応管の構成部材である石英内壁にシリコン膜の堆積を極力抑え、且つ金属汚染レベル低減ダウンタイムを大幅に削減することが可能となる。またシリコン膜の堆積を極力抑えられるので、反応管外部に設けたヒータからウェハへの輻射熱量が変わらず、またＰＨ3アニールプロセスでのシリコン膜堆積によるリンドープ量の不安定化の懸念を無くすことができる。従って、本発明を導入するにあたり、特に問題になっていたＰＨ3アニールプロセスへの影響が無くなり、金属汚染除去の即効性も高い。
【００４９】
本実施の形態によれば、所定のクリーニングガスでクリーニングし、その後、ＰＨ3ガスに代えてＳｉＨ4ガスを用いて処理室内をパージすることにより、ＰＨ3ガスを用いる場合と比べて、ウェハ上の金属汚染レベルを大幅に低減できると共に、処理室内壁（反応管内壁）へのシリコン膜堆積を極力抑えることができる。また、従来例のＰＨ3ガスパージでは金属汚染量の許容値以下を達成するのに６時間以上かかっていたのを、わずか３０分で許容値以下を達成することできる。したがって、本実施の形態によれば、装置メンテナンスダウンタイムを大幅に削減することができ、生産に対する歩留まりの向上並びに安定した生産の確保に大きく寄与することができる。
【００５０】
特に、クリーニングガスとして、プラズマレスで、実績を積んだメジャーなガスであるＣｌＦ3を用いるのが好ましい。
【００５１】
また、クリーニング後のＳｉＨ4パージステップ時間を３０分とすることによって、反応管内壁に堆積するシリコン膜の膜厚を０．１ｎｍ以下とすることができる。このように、反応管内壁に堆積するシリコン膜の膜厚を０．１ｎｍ以下に抑えると、反応管２０３外部に設けた上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂからのウェハへの輻射熱量の変化の懸念が払拭でき、従来のプロセス条件の変更を必要としない。また、シリコン薄膜中へのリンのドーピングと外部拡散の影響による、ウェハへのリンドーピング再現性劣化の懸念も払拭できる。
【００５２】
また、ＳｉＨ4パージステップでは、反応管内壁へのシリコン膜堆積を極力抑えるため、パージ時間は３０分程度、処理室内温度は４５０℃以下、ＳｉＨ4ガス分圧１００〜２０００Ｐａ程度が望ましい。処理室内温度を４５０℃以下、ＳｉＨ4ガス分圧を１００〜２０００Ｐａとすると、反応管内壁へのシリコン膜堆積を極力抑えることができるからである。
また、パージステップで導入するＳｉＨ4を含むガスは、ＳｉＨ4、またはＳｉＨ4と不活性ガスＮ2との混合ガスであることが好ましい。特にＳｉＨ4と不活性ガスＮ2との混合ガスを用いると、ＳｉＨ4をＮ2で希釈してＳｉＨ4濃度を下げたり、ＳｉＨ4分圧を下げたりすることができるので、シリコンの堆積を抑えることができる。従って、ＳｉＨ4パージステップにおける反応管内壁へのシリコン膜堆積の膜厚を、ＳｉＨ4の濃度、分圧の面からも抑制できる。
【００５３】
また、処理ステップでシリコン膜やＨＳＧ膜に対してリンを拡散させる場合において、リン及びその化合物がガス排気部内壁に副生成物として付着し、その副生成物の剥がれによるパーティクル発生が原因となり、生産の歩留まり低下を引き起こす懸念がある。この場合であっても、ＣｌＦ3ガスによりガス排気部内壁に付着した副生成物を有効に除去できるうえ、クリーニング後にＳｉＨ4ガスパージを行なうので、クリーニング時に発生するウェハ上の金属汚染レベルを短時間で低減できる。また、シリコン堆積膜に起因するリンドープ量の不安定化の懸念が解消するので、特に有用である。
【００５４】
また、処理炉では、ウェハを処理する反応管と、反応管内にＰＨ3を含むガス、クリーニングガス、及びＳｉＨ4を含むガスを供給するガス導入ライン２４１ａ、２４１ｂ及びガス導入／排気フランジ２０９ａ、２０９ｂ（供給系）とを備えるが、これらの供給系からＰＨ3ガスを供給してウェハをリンドープ処理した後、反応管２０３内にクリーニングガス、例えばＣｌＦ3を導入して反応管内をクリーニングし、その後反応管内にＳｉＨ4を含むガスを導入して反応管内をパージするよう制御する制御機能を、前述した制御手段２４９にもたせるようにしている。したがって、上述したクリーニング及びパージ処理を容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施の形態と従来例とのクリーニングシーケンスを示した説明図である。
【図２】実施の形態によるクリーニングシーケンス後の金属汚染レベル測定データを示す図である。
【図３】従来例によるクリーニングシーケンス後のウェハ金属汚染レベル測定データを示す図である。
【図４】本発明に係るＨＳＧ膜の説明図であって、（ａ）は半導体チップの断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図５】実施の形態による半導体装置の製造方法を実施するための二枚葉装置の処理炉の概略縦断面図である。
【図６】実施の形態による二枚葉装置の処理炉の概略横断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
２００    ウェハ（基板）
２０３    反応管（処理室）
２３２ａ、２３２ｂ    ガス導入ライン
２４４    ゲートバルブ
【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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