(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側面を有する化学気相堆積チャンバをクリーニングしコンディショニングする方法であって、
ａ）フッ素含有ガスを用いて該内側面をクリーニングするステップと、
ｂ）水素ガスを前記チャンバ内に流入させることで水素プラズマを形成し、該クリーニングのステップで生じた前記チャンバ内のフッ素残留物を除去する水素プラズマ形成のステップと、
ｃ）前記内側面上に存在しチャンバ内で粒子を発生して堆積膜を汚染しうる物質を、前記内側面に適切なケイ素含有ガスによりケイ素含有化合物の薄膜を堆積するコンディショニングを行うことにより、包む、コンディショニングのステップと、
ｄ）窒素ガスによるパージを行うステップと
を有する方法。
【請求項２】
前記フッ素含有ガスが、三フッ化窒素である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記コンディショニングが、約３０秒間行われる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ケイ素含有化合物が、窒化ケイ素である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記窒化ケイ素が、シランガスと、アンモニアガスと、窒素との混合ガスを同時に、前記チャンバ内に流通させることにより生成される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記混合ガスが、シランガス１００ｓｃｃｍと、アンモニアガス５０ｓｃｃｍと、窒素３５００ｓｃｃｍとを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ケイ素含有化合物が、酸化ケイ素である請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化ケイ素が、テトラエトキシシラン(tetraethoxysilane)と酸素とを含む混合ガスを前記チャンバに同時に流通させることにより生成される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積の操作が、更に３０秒間行われる請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
ケイ素を含有する膜が、クリーニング後のチャンバ内で堆積される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
コンディショニングのステップと堆積のステップで、同じ膜が堆積される請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広く化学蒸着（ＣＶＤ）処理に関する。特に、本発明はＣＶＤチャンバを清掃した後であって次のＣＶＤ処理の前にそのチャンバを調整（コンディショニング）する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＤは、例えば本質的なまたドープされたアモルファス珪素、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素及びその他同様な化合物のような種々材料のフィルムを基板上に堆積するために、半導体産業で広く用いられている。近代の半導体ＣＶＤ処理は、前駆物質であるガスを加熱することによって真空チャンバ内で一般的に行われ、そのガスは解離しまた反応し所望のフィルムを形成する。フィルムを低温で且つ比較的高い堆積速度で堆積するために、堆積中にチャンバ内で前駆物質のガスからプラズマが形成できる。そのような処理は、プラズマ高進化学蒸着処理即ち(plasma enhanced chemical vapor deposition)ＰＥＣＶＤとして知られている。
【０００３】
現在の技術によるＣＶＤチャンバは、アルミニウムで作られており、また処理される基板のサポート及び必要とされる前駆物質であるガスの流入用ポートとを含む。プラズマが用いられるときには、ガス入口及び／または基板サポートは、ラジオ周波数（ＲＦ）電源のような電源に接続される。真空ポンプもそのチャンバに接続され、チャンバ内の圧力を制御し、また堆積中に発生する種々のガスや粒子を除去する。
【０００４】
基板上の半導体デバイスが更に小さくなり、お互いの間隔が狭まるにつれて、チャンバ内の粒子は最小限に保たれなければならなくなる。堆積処理中に、堆積されるフィルムが基板上に堆積するだけでなく、壁や、例えばチャンバ内のシールド、基板サポートなどのような種々のフィクスチャにも堆積することが原因で、粒子が形成される。更に引き続いて行われる堆積中に、壁等の上のフィルムにはクラックが入ったり剥がれたりして、汚染粒子を基板上に落としめうる。このことが、基板上の特定のデバイスに問題を引き起こしまた損傷を与える。個々のデバイスやダイが例えばシリコンウエハから切り出されるとき、例えばトランジスタのような、損傷を受けたデバイスは廃棄されなければならないということが起こりうる。
【０００５】
同様に、コンピュータスクリーンなどとして用いるための薄膜トランジスタを形成するために大きなガラス基板が処理されるときには、１００万個ものトランジスタが単一の基板上に形成される。この場合には処理チャンバ内に汚染物質が存在するということはまた深刻な問題となる。それはコンピュータスクリーン等は粒子によって損傷を受けていると作動しないからである。
【０００６】
そのため、ＣＶＤチャンバは定期的に清掃し、一つの堆積工程と次の堆積工程との間に粒子を取り除かなければならない。清掃は一般にエッチングガス、三フッ化窒素のような特にフッ素含有ガスをチャンバ内に通過させることによってなされる。次にそのフッ素含有ガスからプラズマが発生する。そのガスは先行する堆積によってチャンバ壁及びフィクスチャ上に生じたコーテイング、即ちチャンバ内のアモルファス珪素、酸化珪素、窒化珪素等及び何らかの粒子のコーテイングと反応し、ガス状のフッ素含有生成物を形成する。その生成物はチャンバ排気システムを通して吐き出すことができる。一般には次に窒素パージが行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この清掃工程の後に残留フッ素がチャンバ内に留まり、更に重要なことには粒子がチャンバから完全には除去されないということが判った。その残留フッ素は続いて堆積されるフィルム特に窒化珪素フィルム上のアモルファス珪素のフィルム品質に悪い影響を与える可能性があり、またそれから創られるデバイスの閾値電圧がシフトする。粒子の存在は基板上のデバイスに損傷を与えうる。
【０００８】
このように、窒素含有ガスを用いた堆積工程と堆積工程との間でＣＶＤチャンバを調整ないしコンディショニングし、次にチャンバ内に留まっている如何なる残留フッ素をも除去し、同時にチャンバ内に留まっている粒子が基板上に落下することがないようにできるプロセスが求められていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
我々は、フッ素含有ガスを用い望まれない堆積をチャンバから清掃ないしクリーニングして取り除いた後のＣＶＤチャンバ用多工程調整プロセスを見出した。その工程は、残留フッ素をチャンバから除去し、続いて処理される基板上に落ちる可能性のあるチャンバ内の粒子の数を低減する。
【００１０】
先行する清掃工程に於いては、フッ素はチャンバ内に流入し、そこで不必要な堆積及び粒子と反応する。本発明の第一の調整工程に於いては、プラズマがチャンバ内で水素から生成され、それはチャンバ内に残っているフッ素残留物と反応する。これらは一掃される。第二の調整工程に於いては、プラズマは堆積ガス混合物から形成され、チャンバの壁及びフィクスチャ上に固体化合物の層を形成し、チャンバの内部表面上に残っているどのような粒子をも効果的に包み込む。
【００１１】
堆積ガス混合物はシランを用いることができ、またコリアクタント（共同反応物）を加えてもよく、チャンバ内に酸化珪素或いは窒化珪素のような固体珪素化合物を形成する。その代わりに、堆積ガス混合物はテトラエトキシシラン(tetoraethoxysilane)（ＴＥＯＳ）及び酸素であってもよく、これは酸化珪素化合物を形成する。一般に、調整工程で用いられる堆積ガス混合物は基板上にフィルムを堆積するのに用いられるのと同じガスの内の幾つかを使用する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ロバートソン他に許可された米国特許第５３６６５８５号は、大面積ガラス板を処理するのに適したＰＥＣＶＤチャンバを開示している。ここで図を参照すると、リアクタハウジング１１２で囲まれた真空チャンバ１１３はヒンジの付いた蓋を含む。ガスマニホールド１３２がサセプタ１１６の上方に且つ平行に位置しており、そのサセプタ上に基板が処理中搭載される。ガスマニホールド１３２はフェイス板１９２を含んでおり、そのフェイス板はその中にプロセス及びパージガスを供給するための複数のオリフィス１９３を有する。ＲＦ電源１２８は供給されたガスからプラズマを創り出す。
【００１３】
ハウジング１１２に隣接する一組のセラミックライナ１２０、１２１、１２２がハウジング１１２の金属壁を絶縁しており、プラズマ処理中にハウジング１１２とサセプタ１１６との間にアークが飛ばないようにしている。これらのセラミックライナ１２０、１２１、１２２はまたフッ素含有エッチングクリーニングガスに耐えることができる。またセラミックの環輪１２３がフェイス板１９２に取り付けられており、フェイス板１９２のために電気絶縁を提供している。これらのセラミック部品はまたプラズマを寄せ付けず、そのため処理プラズマを基板近くに閉じ込めるのを助け、またハウジング１１２の壁上に積み重なる堆積の量を低減するのを助ける。
【００１４】
層が堆積されるべき最後の基板がチャンバから取り去られた後に、標準のフッ素含有ガス清掃が先ず従来からある方法でチャンバ内に於いて行われる。三フッ化窒素の８００ｓｃｃｍの流れが、ガス入口弁を広く開くことによって確立され、チャンバ内に２００ミリトールの圧力を生じさせる。このときサセプタとガスマニホールドは１６００ミルの間隔に置かれている。プラズマを発生させるために１６００ワットのＲＦ電源がガスマニホールドに用いられる。その清掃プラズマは、チャンバ内に先行して堆積されたアモルファス珪素フィルム２０００オングストロームにつき約１分間継続される。清掃プラズマは、チャンバ内の基板に先行して堆積された窒化珪素フィルム４０００オングストロームにつき約１分間付加的に継続される。
【００１５】
続けて２工程調整プロセスが、上記のＣＶＤチャンバ清掃工程の後に残っている残留フッ素を除去するために、また粒子を包み込むためにチャンバ内のフィクスチャ及び壁上に薄い不活性の固体化合物フィルムを堆積するために用いられる。
【００１６】
本プロセスの一例として、第一の調整工程に於いては、１２００ｓｃｃｍの水素を３０秒間チャンバ内に流入させ、３００ワットの動力を用いてプラズマを創り出すことによって水素プラズマがチャンバ内に形成された。チャンバ内に存在するフッ素と反応した水素プラズマは、フッ化水素（ＨＦ）を形成するが、それはチャンバ排気システムを介して容易に除去できた。チャンバは、続けて行う堆積に用いられる温度と、１．２トールの圧力に維持された。基板サポートとガスマニホールドとの間の間隔は１４６２ミルであった。
【００１７】
第二の調整工程に於いては、窒化珪素の薄いフィルムが同じ間隔、温度及び圧力条件の下で、但し動力は８００ワットに増やしまたガスを変えて堆積された。窒化珪素フィルムが、１００ｓｃｃｍのシラン、５００ｓｃｃｍのアンモニア及び３５００ｓｃｃｍの窒素を付加的に３０秒間チャンバ内に流入させることによって堆積された。
【００１８】
このようにして、続けて行う堆積処理のためにチャンバを調整するのに要する合計時間は約１分間だけである。薄い窒化珪素フィルムはチャンバの壁及びフィクスチャを覆い、それによってクリーニング工程の後にチャンバ内に留まっている如何なる粒子をも包み込み且つシールし、それらが処理される基板上に落ちることがないようにする。堆積された窒化珪素層はまた壁材料からのガスの放出を低減し、また残留しているフッ素含有物質をチャンバから減らす。
【００１９】
上に述べた２工程調整プロセスは、清掃安定処理、フッ素含有ガスによるプラズマ清掃を含む標準清掃プロセスと共に用いられ、次に窒素パージを行う。本調整プロセスの珪素化合物堆積と水素プラズマ処理の後で、チャンバは窒素でパージしてもよい。
【００２０】
上述のプロセスは、それがフッ素含有残留物を除去すると共に、システム処理量の低下を最小限に抑えつつチャンバ内の粒子の数を減らすという点で好ましい。
【００２１】
同じ長さの処理時間を用いる別の単一工程調整プロセスがこれまで試みられてきたが、それらは本発明のプロセス程効率的ではない。単一の６０秒窒化珪素堆積プロセスは粒子を減らすのに効果的であるが、フッ素残留物を減らすためには効果は低い。それはまたより厚い壁の堆積を創り出し、その堆積は続けて行う清掃工程でエッチングにより取り去らなければならない。水素プラズマを形成する単一の５０秒工程はフッ素残留物を低減するためには効果的であるが、粒子を低減するためには効果が低い。水素プラズマプロセスにシランを加えることによって形成される、アモルファス珪素堆積の単一６０秒工程は、フッ素残留物を低減するのに効果がある。それは高い水素原子生成のためである。しかしながら、粒子低減は窒化珪素堆積ほど効果的ではない。ここでもまた、続けて行う清掃工程に於いてアモルファス珪素堆積も取り除く必要が出てくる。
【００２２】
同じ長さの処理時間を用いる別の２工程調整プロセスもまた効果的ではない。３０秒アモルファス珪素堆積プラス３０秒窒化珪素堆積はフッ素残留物と粒子とを低減するのに効果的である。しかしながら、付け加わったアモルファス珪素壁堆積は続けて行う清掃工程に於いて除去される必要がある。
【００２３】
上で述べた多工程清掃及び調整プロセスは、清掃工程と清掃工程との間で反応チャンバの従来からある安定化処理と共に用いられ、フッ素清掃工程の後であって窒化珪素堆積工程の後で窒素パージを用いることができる。それは続けて行われるＣＶＤ処理の準備の中で行われる。
【００２４】
図２は、本発明のＣＶＤチャンバ清掃と調整プロセスの工程の好ましい順番を示すフローチャートである。プラズマＣＶＤチャンバは先ずフッ素含有ガスで清掃され、フッ素残留物を除去するために水素プラズマがチャンバ内に形成され、珪素化合物前駆物質ガスのプラズマが形成され、固体珪素化合物がチャンバの内側に堆積され、最終的には材料が堆積されるべき基板をチャンバ内に挿入する前にチャンバは不活性ガスでパージされる。
【００２５】
本プロセスは特定の実施例に関して説明してきたが、ガスや反応条件等には種々の変更をすることができ、またそれらもこの中に含まれるということを意味することは当業者にとって明らかである。
【００２６】
更に、ここでは特定のＣＶＤチャンバについて説明してきたが、多くのＣＶＤチャンバが市場で入手可能であり、また本プロセスに従って清掃することができまた調整することができる。本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればフッ素残留物と粒子を効果的に取り除くことができＣＶＤチャンバの効果的調整が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】大面積ガラス基板上に薄いフィルムを堆積するのに有用なＰＥＣＶＤチャンバの断面平面図である。
【図２】本発明の好ましい処理の工程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１１２…ハウジング、１１３…真空チャンバ、１１６…サセプタ、１２０、１２１、１２２…セラミックライナ、１２３…環輪、１３２…ガスマニホールド、１９２…フェイス板。
【図１】
0003820212.tif 000002
【図２】
0003820212.tif 000003