JP2000297377A - Si3N4成膜装置のクリーニング方法 - Google Patents

Si3N4成膜装置のクリーニング方法

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忠幸 川島
Mitsuya Ohashi
満也 大橋
Tetsuya Tamura
哲也 田村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Si34成膜装置の反応器、配管等そのもの
を損傷させることなく反応器内に堆積したSi34およ
び排気配管内に堆積したSiまたはSi系化合物を含有
したNH4Clのクリーニング方法を提供する。 【解決手段】 排気系配管内に堆積したSiまたはSi
系化合物を含有したNH 4ClをClF3で反応除去す
る。また、排気系配管内を先にClF3で反応除去した
後、反応器内に堆積したSi34をClF3で反応除去
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CVD法、スパッ
タリング法、ゾルゲル法、蒸着法等を用いて薄膜、厚
膜、粉体、ウイスカを製造する装置において装置内壁、
冶具等に堆積した不要な堆積物を除去するためのクリー
ニング方法で、特にSi34成膜装置のクリーニング方
法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】Si
2Cl2やNH3を原料としてSi34を成膜する装置
の低温部、特に排気系配管内やトラップ内にはアモルフ
ァス状シリコン、アモルファス状窒化珪素、アモルファ
ス状酸化シリコンなどのアモルファス状Si系化合物を
含有するNH4Clが多量に堆積する。そのため、これ
らを除去するため頻繁に清掃しなければならず装置稼働
率を著しく低下させている。また、Si34膜を製造す
る工場から排出される廃棄物量も非常に多量になり、製
品コストの上昇を招いている。
【0003】NH4ClをClF3でクリーニングするこ
とに関しては、特開平1−231936号公報に具体的
な条件は記述されており、具体的な温度条件等に関して
は特開平6−33054号公報に記載されている。ま
た、Si系化合物がClF3でクリーニング可能である
ことは特開昭64−17857号公報に述べられてい
る。しかしながら、半導体等の製造プロセスでは、近
年、シリコンウエハの大口径化が進んでおり、流通させ
るガス量も増加している傾向にあり、実際のSi34
膜装置では、配管等の低温部にはSi系化合物を含有し
たNH4Clが堆積している。このようなSi系化合物
を含有した堆積物の場合には、ClF3を流通させるの
みではクリーニングができないため、ClF3によるク
リーニングは、Si34成膜装置には用いられていない
のが現状である。
【0004】Si系化合物を含有しているNH4Clを
ClF3でガス化除去できない原因は、Si系化合物が
フッ素化され生成したSiF4とClF3が共存するとC
lF3とほとんど反応しない(NH4)2SiF6が堆積物
表面に皮膜状に生成し、これがクリーニング反応を妨害
するためである。反応式を以下に示す。
【0005】Si+3ClF3+2NH4Cl→(NH4)
2SiF6+3ClF+Cl2まず、NH4ClとClF3
との反応によりNH4Fの生成が起こる。この中でNH4
ClとSiF4が接触しても(NH4)2SiF6は生成し
ないが、NH4FはSiF4と接触すると(NH4)2Si
6が生成することが分かっている(MOURI,I.,199
8,(CVD装置クリーニングへの応用を目的としたフッ
化物ガスの反応特性に関する研究) 鳥取大学博士論
文)。
【0006】以上のことはSi系化合物を含有していな
いNH4Clが堆積した排気配管の場合でも、反応器内
のSi34膜をクリーニングした際の排ガス中に未反応
のClF3が残っていると、配管内等のNH4Clと接触
することにより(NH4)2SiF6が生成するためクリー
ニングできないことを示している。
【0007】また、(NH4)2SiF6とClF3との反応
速度は、温度依存性が非常に高く(活性化エネルギー:
0.74eV)、かなり高温にしなければ反応除去でき
ないが、アモルファス状のSiまたはSi系化合物が含
有されている場合、高温で処理したり、高ClF3分圧
下で処理した場合には、NH4Clが揮発し、ガス状態
では、NH4Cl=NH3+HClの平衡状態にあるため
発火現象を起こすなどの問題がある。従って、この堆積
物をクリーニングする場合にはNH4Clの昇華温度ま
で堆積物温度が上がらないようにすることも重要であ
り、このことは(NH4)2SiF6をガス化除去するため
に高温が必要であることと矛盾するといった技術的に非
常に困難な条件が必要であることがわかる。
【0008】以上のように、現状ではSi34成膜装置
の有効なガスクリーニング方法は見出されておらず、湿
式洗浄が行われているのが現状である。
【0009】
【課題を解決するための具体的手段】本発明者等は、鋭
意検討の結果、Si34膜製造装置のガスクリーニング
の問題点を考慮して、Si34とSiまたはSi系化合
物を含有したNH4Cl(以下、NH4Cl堆積物と表記
する)をClF3でクリーニングする方法を見出し本発
明に到達した。
【0010】すなわち本発明は、Si34膜を製造する
装置において、排気系配管内に堆積したSiまたはSi
系化合物を含有したNH4ClをClF3で反応除去する
Si 34成膜装置のクリーニング方法、さらに、反応器
内に堆積したSi34および排気系配管内に堆積したS
iまたはSi系化合物を含有したNH4Clをクリーニ
ングする際に、排気系配管内を先にClF3で反応除去
した後、反応器内をClF3で反応除去するSi34
膜装置のクリーニング方法を提供するものである。
【0011】本発明の方法を用いる対象物であるSi系
化合物とは、具体的には、アモルファス状シリコン、ア
モルファス状水素化シリコン、アモルファス状窒化珪
素、アモルファス状酸化シリコン、アモルファス状ポリ
クロルシラン、アモルファス状ポリシランなどである。
【0012】本発明の方法において、圧力が、0.1〜
200Torrの範囲で、温度が、70〜150℃の範
囲の条件で、ClF3の流量を、単位時間当たりNH4
l堆積物に含有しているSi量(モル量)に対して0.
01〜20倍量(モル量)の範囲でクリーニングするこ
とが好ましく、クリーニング残渣を処理前重量の5%以
下に低減できるものである。これらの条件、範囲をはず
れるとクリーニングが不十分であったり、発火現象を起
こすため好ましくない。この場合の発火は、NH4Cl
堆積物にともなうNH3が、ClF3とSiの反応により
発生するものである。
【0013】また、反応器内のSi34膜をClF3
クリーニングする場合には、クリーニングの妨害物質で
ある(NH4)2SiF6を生成する原因となるSiF4
生成し、ClF3と共に排気系配管に流入するため、反
応器内をクリーニングする前に排気系配管を先に洗浄し
た後、反応器内をクリーニングすることが好ましい。排
気系配管等が洗浄された後は、圧力が、0.1〜200
Torrの範囲で、温度が、300〜700℃の範囲
で、下式から得られるエッチング速度がプロセスの操業
条件に見合った値である条件を適時選択すればよい。ま
た、ClF3流量は、装置の形状、大きさ及びSi34
の堆積量を鑑みて適時選択すればよいが、通常は10S
CCMから1SLMの範囲で選択すればよい。
【0014】R(Si34)=1.31×106・P・
1/2exp(−0.649/kT) ここで、 R(Si34):エッチング速度(Å/min) P:
圧力(Torr) k:ボルツマン定数(8.6173×10−5eV/
K) T:温度(K) を示す。
【0015】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
【0016】実施例1〜10、比較例1〜5 SiH2Cl2とNH3を原料としてSi34を成膜する
ための横型熱CVD装置の排気配管内には、分厚い膜状
の物質が堆積していた。この堆積物を採取し、X線回折
装置で分析を行ったところNH4Clとアモルファス状
の化合物の存在が確認された。また、蛍光X線分析装置
で原子番号9以上の元素について元素分析を行ったとこ
ろSi、Clのみ検出された。さらにICP分析によっ
て堆積物中のSi含有量を定量した。その結果、Si含
有量は7.8%であった。
【0017】この堆積物を各0.5g採取し、Ni製の
ヒータを石英製のチャンバ内に備えた内容積16Lのコ
ールドウオール型反応器を用いて、種々の条件でClF
3による暴露試験を行い、ガス化除去を試みた。それら
の条件、結果を表1に示した。なお、表1中のClF3
/Si比は、NH4Cl堆積物中に含有するSiのモル
量でClF3の単位時間流量(モル/min)を除した値で
ある。
【0018】
【表1】
【0019】実施例11 SiH2Cl2とNH3を原料としてSi34を成膜する
CVD装置の排気系配管に、白色のSiを含有したNH
4Clが厚さ約2mm(総重量200g)で堆積してい
た。この配管にガス導入管を取り付け、配管を100℃
に加温し、ClF 3を5Torr、63SCCM(堆積
物中のSi含有量に対するClF3のモル比=0.0
5)の条件で60分間導入した。配管内面を観察したと
ころ配管は完全にクリーニングされており腐蝕も起きて
いなかった。
【0020】比較例6 実施例11と同様の成膜反応を行った後、反応器内面に
は厚さ約20μmの厚みでSi34膜が、配管には厚さ
約2mmのSi系化合物を含有したNH4Clが堆積し
ていた。反応器を430℃、配管を100℃に加温し、
反応器のガス導入口から実施例11と同様の条件でCl
3を導入したところ、Si34は完全に除去できてい
たが、配管内堆積物の表面は白色から黄赤色に変色し、
厚みも反応前からほとんど変化していなかった。このC
lF3反応後の堆積物を採取し、X線回折装置にて分析
したところ(NH4)2SiF6とNH4Clを主成分とす
る物質であった。
【0021】実施例12 実施例11と同様の成膜反応を行った後、反応器内面に
は厚さ約20μmの厚みでSi34膜が、配管には厚さ
約2mmのSi系化合物を含有したNH4Clが堆積し
ていた。反応器を430℃、配管を100℃に加温し、
配管のガス導入口から実施例11と同様の条件でClF
3を60分導入し、続けて反応器のガス導入口からCl
3を同様の条件で導入したところSi34も配管内堆
積物も除去されていた。
【0022】
【発明の効果】本発明のクリーニング方法を用いること
により、Si34成膜装置、配管等を損傷することなく
容易にクリーニングを行うことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 満也 埼玉県川越市今福中台2805番地 セントラ ル硝子株式会社化学研究所内 (72)発明者 田村 哲也 埼玉県川越市今福中台2805番地 セントラ ル硝子株式会社化学研究所内 Fターム(参考) 3B116 AA13 AA47 AB51 BB01 4K030 AA03 AA06 AA13 BA40 DA06 EA11 FA10

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si34膜を製造する装置において、排
    気系配管内に堆積したSiまたはSi系化合物を含有し
    たNH4ClをClF3で反応除去することを特徴とする
    Si34成膜装置のクリーニング方法。
  2. 【請求項2】 Si34膜を製造する装置において、反
    応器内に堆積したSi34および排気配管内に堆積した
    SiまたはSi系化合物を含有したNH4Clをクリー
    ニングする際に、排気系配管内を先にClF3で反応除
    去した後、反応器内をClF3で反応除去することを特
    徴とするSi34成膜装置のクリーニング方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013146595A1 (ja) * 2012-03-30 2013-10-03 株式会社日立国際電気 基板処理装置、基板処理装置の制御方法、基板処理装置の保守方法及び記録媒体
JP2019052339A (ja) * 2017-09-13 2019-04-04 東京エレクトロン株式会社 排気管のクリーニング方法

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