(57)【要約】【課題】  クリーニング処理を短時間で効率良く実施する。【解決手段】ガス噴出口３４a,３４b,３４cを備えた噴出部３３が成膜室３の内部に配置されるエッチングガスノズル３２からＮＦ3ガスを導入してクリーニング処理を実施し、成膜室３の内部に複数方向に向けてＮＦ3ガスが導入され、付着・堆積した成膜材３１を満遍なく除去して、成膜材３１が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されると共に、所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うプラズマＣＶＤ装置において、エッチングガスノズルのガス噴出口を複数設けたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段を成膜室の上部に備えると共に、成膜室内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段を設け、装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理時にエッチングガスを導入するエッチングガスノズルを設けると共に、エッチングガスノズルのガス噴出口を複数設けたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
エッチングガスノズルには、成膜室の内部側に半球状の噴出部が形成され、複数のガス噴出口が噴出部に形成されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
エッチングガスはフッ素系ガスであることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
エッチングガスは塩素系ガスであることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されるプラズマＣＶＤ装置において、所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理に際し、一つのエッチングガスノズルからは成膜室内の複数の方向に向けてエッチングガスを噴出させてクリーニングを行うことを特徴とするクリーニング方法。
【請求項７】
成膜室内にプラズマを生成し、原料ガス導入手段から成膜室内に原料ガスを導入して成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行い、
所定の周期で一つのエッチングガスノズルからは成膜室内の複数の方向に向けてエッチングガスを噴出させてプラズマを発生させ装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行い、
クリーニング処理を行った後に再び成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行うことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長法により基板の表面に成膜を行うと共に成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うプラズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、気相成長法により基板の表面に成膜を行うと共に成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うクリーニング方法に関する。
【０００３】
また、本発明はクリーニング処理を含めた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
現在、半導体の製造では、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)装置を用いた成膜が知られている。プラズマＣＶＤ装置は、膜の材料となる材料ガスを容器内の成膜室の中に導入し、高周波アンテナから高周波を入射してプラズマ状態にし、プラズマ中の活性な励起原子によって基板表面の化学的な反応を促進して成膜を行う装置である。
【０００５】
プラズマＣＶＤ装置においては、基板上のみならず、電極や成膜室の内壁にも成膜されるため、成膜工程の繰り返しに伴い電極や成膜室の内壁に付着・堆積した膜は剥離して基板を汚染してしまう。
【０００６】
このため、従来から、成膜椎の内部は定期的にクリーニング処理が施されて付着・堆積した膜が除去されている。クリーニング処理は、ＮＦ3等のフッ化ガス（エッチングガス）を成膜室に均一に供給しながらプラズマを発生させ、気相のフッ化ガス分子をプラズマにより分解して電極や成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するようになっている。
【０００７】
従来のクリーニング処理を施すプラズマ処理装置として、例えば、特許文献１が公知となっている。
【０００８】
【特許文献１】特許３１４１９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のクリーニング処理は、エッチングガスを成膜室に均一に供給しながらプラズマを発生させて成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するようになっている。
【００１０】
しかし、プラズマＣＶＤ装置では、内壁に付着・堆積する膜の成膜分布と付着・堆積した膜の除去分布が異なるため、成膜室の隅部や原料ガスやエッチングガスのノズルの根元部等は除去速度が遅く、付着・堆積した膜が残ってしまう虞があった。
【００１１】
成膜室の内壁に付着・堆積した膜を完全に除去するためには除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施しているのが現状であり、クリーニング処理に長時間を要すると共に除去速度が速い部位がオーバーエッチングとなる虞があった。
【００１２】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できるプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニング方法を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、クリーニング処理を短時間で効率良く実施できる成膜方法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】
【００１５】
上記目的を達成するための請求項１に係るプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されると共に、所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うプラズマＣＶＤ装置において、エッチングガスノズルのガス噴出口を複数設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するための請求項２に係るプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段を成膜室の上部に備えると共に、成膜室内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段を設け、装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理時にエッチングガスを導入するエッチングガスノズルを設けると共に、エッチングガスノズルのガス噴出口を複数設けたことを特徴とする。
【００１７】
そして、請求項３に係る本発明は、
請求項１もしくは請求項２のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
エッチングガスノズルには、成膜室の内部側に半球状の噴出部が形成され、複数のガス噴出口が噴出部に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に係る本発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
エッチングガスはフッ素系ガスであることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５に係る本発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
エッチングガスは塩素系ガスであることを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成するための請求項６に係るクリーニング方法は、
成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されるプラズマＣＶＤ装置において、所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理に際し、一つのエッチングガスノズルからは成膜室内の複数の方向に向けてエッチングガスを噴出させてクリーニングを行うことを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するための請求項７に係る成膜方法は、
成膜室内にプラズマを生成し、原料ガス導入手段から成膜室内に原料ガスを導入して成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行い、
所定の周期で一つのエッチングガスノズルからは成膜室内の複数の方向に向けてエッチングガスを噴出させてプラズマを発生させ装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行い、
クリーニング処理を行った後に再び成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されると共に、所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うプラズマＣＶＤ装置において、エッチングガスノズルのガス噴出口を複数設けたので、成膜室の内部に複数方向に向けてエッチングガスが導入され、成膜材が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。
【００２３】
この結果、クリーニング処理の時間を短縮することが可能になり、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００２４】
請求項２に係る本発明のプラズマＣＶＤ装置は、
成膜室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段を成膜室の上部に備えると共に、成膜室内に原料ガスを導入する原料ガス導入手段を設け、装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理時にエッチングガスを導入するエッチングガスノズルを設けると共に、エッチングガスノズルのガス噴出口を複数設けたので、成膜室の内部に複数方向に向けてエッチングガスが導入され、成膜材が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。
【００２５】
この結果、クリーニング処理の時間を短縮することが可能になり、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００２６】
そして、請求項３に係る本発明は、
請求項１もしくは請求項２のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、エッチングガスノズルには、成膜室の内部側に半球状の噴出部が形成され、複数のガス噴出口が噴出部に形成されているので、通路の加工のみで噴出部を形成することができ、精度よく加工することができると共に製作コストを安くすることができると共に、付着・堆積した成膜材がたまり易くなる部位が存在せず、確実に満遍なく均一な除去が実施できる。
【００２７】
また、請求項４に係る本発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、エッチングガスはフッ素系ガスであるので、付着・堆積した成膜材を確実に除去することができる。
【００２８】
また、請求項５に係る本発明は、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマＣＶＤ装置において、エッチングガスは塩素系ガスであるので、安価なガスで付着・堆積した成膜材を除去することができる。
【００２９】
請求項６に係る本発明のクリーニング方法は、
成膜室にプラズマを発生させてそこで励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜が施されるプラズマＣＶＤ装置において、所定の周期でエッチングガスノズルからエッチングガスを導入してプラズマを発生させ、成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理に際し、一つのエッチングガスノズルからは成膜室内の複数の方向に向けてエッチングガスを噴出させてクリーニングを行うようにしたので、成膜室の内部に複数方向に向けてエッチングガスが導入され、成膜材が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。
【００３０】
この結果、クリーニング処理の時間を短縮することが可能になり、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能になる。
【００３１】
請求項７に係る本発明の成膜方法は、
成膜室内にプラズマを生成し、原料ガス導入手段から成膜室内に原料ガスを導入して成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行い、
所定の周期で一つのエッチングガスノズルからは成膜室内の複数の方向に向けてエッチングガスを噴出させてプラズマを発生させ装置側に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行い、
クリーニング処理を行った後に再び成膜室で励起・活性化された原子・分子により基板の表面に成膜を行うようにしたので、
成膜室の内部に複数方向に向けてエッチングガスが導入され、成膜材が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制してクリーニング処理を実施することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。
【００３２】
この結果、クリーニング処理の時間を短縮することが可能になり、クリーニング処理を短時間で効率良く実施することが可能な成膜方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１には本発明の一実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面、図２に成膜室内の成膜材の付着・堆積状況、図３にはクリーニング機構の概念を示してある。
【００３４】
図１に示すように、基部１には円筒状のアルミニウム製の容器２が設けられ、容器２内に成膜室３が形成されている。容器２の上部には円形の天井板４が設けられ、容器２の中心における成膜室３にはウエハ支持台５が備えられている。ウエハ支持台５は半導体の基板６を静電的に吸着保持する円盤状の載置部７を有し、載置部７は支持軸８に支持されている。
【００３５】
載置部７にはバイアス電源２１及び静電電源２２が接続され、載置部７に低周波を発生させると共に静電気力を発生させる。ウエハ支持台５は全体が昇降自在もしくは支持軸８が伸縮自在とすることで、上下方向の高さが最適な高さに調整できるようになっている。
【００３６】
天井板４の上には、例えば、円形リング状の高周波アンテナ１３が配置され、高周波アンテナ１３には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。高周波アンテナ１３に電力を供給することにより電磁波が容器２の成膜室３に入射する。容器２内に入射された電磁波は、成膜室３内のガスをイオン化してプラズマを発生させる。
【００３７】
容器２には、例えば、シラン（例えばＳｉＨ4）等の材料ガスを供給するガス供給ノズル１６が設けられ、ガス供給ノズル１６から成膜室３内に成膜材料（例えばＳｉ）となる材料ガスが供給される。
【００３８】
また、容器２にはアルゴンやヘリウム等の不活性ガス（希ガス）や酸素、水素等の補助ガスを供給する補助ガス供給ノズル１７が設けられ、基部１には容器２の内部を排気するための真空排気系（図示省略）に接続される排気口１８が設けられている。また、図示は省略したが容器２には基板６の搬入・排出口が設けられ、図示しない搬送室との間で基板６が搬入・搬出される。
【００３９】
上述したプラズマＣＶＤ装置では、ウエハ支持台５の載置部７に基板６が載せられ、静電的に吸着される。ガス供給ノズル１６から所定流量の材料ガスを成膜室３内に供給すると共に補助ガス供給ノズル１７から所定流量の補助ガスを成膜室３内に供給し、成膜室３内を成膜条件に応じた所定圧力に設定する。
【００４０】
その後、高周波電源１５から高周波アンテナ１３に電力を供給して高周波を発生させると共にバイアス電源２１から載置部７に電力を供給して低周波を発生させる。
【００４１】
これにより、成膜室３内の材料ガスが放電して一部がプラズマ状態となる。このプラズマは、材料ガス中の他の中性分子に衝突して更に中性分子を電離、あるいは励起する。こうして生じた活性な粒子は、基板６の表面に吸着して効率良く化学反応を起こし、堆積してＣＶＤ膜となる。
【００４２】
基板６に対する成膜を繰り返して実施すると、図２に示すように、成膜室３の内壁、即ち、容器２の壁面や天井板４の面に成膜材３１が付着・堆積する。付着・堆積した成膜材３１はこのままでは剥離して基板６を汚染してしまうため、定期的にクリーニング処理が施されて付着・堆積した成膜材３１を除去するようになっている。
【００４３】
クリーニング処理は、ＮＦ3等のフッ素系ガス（エッチングガス）を成膜室３に供給しながらプラズマを発生させ、気相のフッ化ガス分子をプラズマにより分解して成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１を除去する。フッ素系ガスを用いたことにより、成膜材３１を確実に除去することができる。
【００４４】
尚、エッチングガスとしては、ＣＣｌ4等の塩素系ガスを用いることも可能である。塩素系ガスを用いた場合、安価なガスを使用することができる。
【００４５】
クリーニング処理を行うために、図３に示すように、容器２にはエッチングガスを導入するエッチングガスノズル３２が設けられている。エッチングガスノズル３２には成膜室３内にガス噴出口３４が複数配置される噴出部３３が設けられている。
【００４６】
即ち、エッチングガスノズル３２は、成膜室３の内部に半球状の噴出部３３が配置され、噴出部３３には３個のガス噴出口３４が形成されている。ガス噴出口３４は、上向きのガス噴出口３４ａ及び略水平方向のガス噴出口３４ｂ及び下向きのガス噴出口３４ｃで構成されている。
【００４７】
尚、ガス噴出口３４の数及び向きは図示例に限定されず、複数設けられていれば、２個または４個以上であってもよい。
【００４８】
エッチングガスノズル３２のガス噴出口３４ａ，３４ｂ，３４ｃからは、所定のタイムスケジュールによりクリーニング用のＮＦ3ガスが成膜室３内に複数方向（３方向）に向けて導入される。
【００４９】
一つのエッチングガスノズル３２からは複数方向に向けてＮＦ3ガスを導入してプラズマを発生させることで、気相のフッ化ガス分子がプラズマにより分解されて成膜室３の内壁や天井板４の面に付着・堆積した成膜材３１が満遍なく除去される。
【００５０】
即ち、図３に点線で示すように、天井板４の隅部やノズル（ガス供給ノズル１６、補助ガスノズル１７）の根元近傍等に除去されない成膜材３１が残ることがなくなる。
【００５１】
クリーニング処理が終了した後、再び基板６に対する成膜を繰り返して実施する。
【００５２】
このように、ガス噴出口３４ａ，３４ｂ，３４ｃを備えた噴出部３３が成膜室３の内部に配置されるエッチングガスノズル３２からＮＦ3ガスを導入してクリーニング処理を実施することにより、成膜室３の内部に複数方向に向けてＮＦ3ガスが導入される。
【００５３】
これにより、付着・堆積した成膜材３１が満遍なく除去され、成膜材３１が付着した部位による除去速度のばらつきを抑制することができ、除去速度が遅い部位に合わせてクリーニング処理を実施する必要がなくなる。
【００５４】
この結果、クリーニング処理の時間を短縮することが可能になると共に、クリーニング処理時における成膜室３内のオーバーエッチングをなくすことが可能になる。
【００５５】
また、半球状の噴出部３３にガス噴出口３４ａ，３４ｂ，３４ｃを形成して一つのエッチングガスノズル３２から成膜室３内の複数方向にＮＦ3ガスを導入しているので、通路の加工のみで噴出部３３を形成することができ、精度よく加工することができると共に製作コストを安くすることができる。
【００５６】
そして、成膜室３の内部には半球状の噴出部３３が存在しているので、噴出部３３に付着・堆積した成膜材３１も満遍なく均一に除去される。
【００５７】
即ち、複数本のノズルを枝分かれさせて成膜室３の内部に配置した場合、各ノズルの根元部等に狭隘部が形成され、付着・堆積した成膜材３１がたまり均一に除去されにくくなる。
【００５８】
本実施形態例では、噴出部３３には狭隘部が存在しないので、付着・堆積した成膜材３１がたまりやすくなる部位が存在せず、確実に満遍なく均一な除去が実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、気相成長法により基板の表面に成膜を行うと共に成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うプラズマＣＶＤ装置の産業分野で利用することができる。
【００６０】
また、本発明は、気相成長法により基板の表面に成膜を行うと共に成膜室の内壁に付着・堆積した膜を除去するクリーニング処理を行うクリーニング方法の産業分野で利用することができる。
【００６１】
また、本発明はクリーニング処理を含めた成膜方法の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態例に係るプラズマＣＶＤ装置の概略側面図である。
【図２】成膜室内の成膜材の付着・堆積状況を表す概念図である。
【図３】クリーニング機構の概念図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  基部
２  容器
３  成膜室
４  天井板
５  ウエハ支持台
６  基板
７  載置部
８  支持軸
１３  高周波アンテナ
１４  整合器
１５  高周波電源
１６  ガス供給ノズル
１７  補助ガス供給ノズル
１８  排気口
２１  バイアス電源
２２  静電電源
３１  成膜材
３２  エッチングガスノズル
３３  噴出部
３４  ガス噴出口
【図１】
2005217106.tif 000003
【図２】
2005217106.tif 000004
【図３】
2005217106.tif 000005