JP2005277302A

JP2005277302A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2005277302A
Application number: JP2004091876A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Nomura; 久志野村; Kenji Kameda; 賢治亀田; Masakatsu Minami; 南　　政克
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP4541739B2

Abstract

【課題】処理室内の金属を腐食させず、耐熱性非金属部材（例えば石英部材）に付着した膜のエッチングレートが大きく、エッチングの際に耐熱性非金属部材から剥がれた石英粉が処理室に残らないようにする。
【解決手段】成膜工程で耐熱性非金属部材に付着したＳｉＮ膜を、クリーニングガスとしてＦ₂とＨＦとの混合ガスを用いた２段階のクリーニング工程で除去する。まず、第１のクリーニング工程で、処理室内の温度を３００℃とすることで、ＳｉＮ膜／石英エッチングレート選択比を上げ、成膜工程において石英製部材に付着したＳｉＮ膜を主に除去する。つぎに、第２のクリーニング工程で、処理室内の温度を３５０℃に上げることで、上記選択比を下げ、第１のクリーニング工程で発生した石英製部材の石英粉及び第１のクリーニング工程において除去できずに残存したＳｉＮ膜を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜工程とクリーニング工程とを含む半導体装置の製造方法に係り、特にクリーニング工程を改善したものに関する。

従来、縦型ＣＶＤ装置の処理室内に堆積した生成膜を除去するドライクリーニングには、ＣｌＦ₃ガスを処理室内に導入することによってプラズマレスで処理室内をエッチングして洗浄することが行われている（例えば、特許文献１参照）。その際、処理室内温度は付着膜の生成温度付近で実施していた。この理由は、第１に、クリーニング実施時の処理室内温度は付着膜の生成温度付近で行う方が、膜の除去が促進されてクリーニング時間を短縮できるからである。第２に、処理室での成膜処理とクリーニングとを繰り返すので、成膜温度に近い温度でクリーニングできれば、処理室の温度の昇降幅が小さくなってスループットが向上するからである。したがって、クリーニングの促進や、スループット向上の観点からクリーニング実施時の温度を考えると、クリーニング温度は付着膜の生成温度付近で実施する方が好ましい。

しかし、クリーニング実施時の処理室内温度が、成膜温度に近い温度であると、処理室内のダメージが大きいという問題があった。例えばポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜の成膜温度である５５０℃でクリーニングする場合、ＣｌＦ₃ガスとの化学反応が激しく起こり、処理室内の石英製部材および炉口部金属へのダメージが大きい。また、このダメージに起因してクリーニング実施後のパーティクルが増加するという問題もあった。また、ＣｌＦ₃は、エッチングレートとしては申し分ないが、また、付着膜の反応管（石英）に対するエッチングレート選択比が大きくとれないため、石英の失透が激しく、石英製部材の消耗が激しいという問題もあった。

なお、ＣｌＦ₃ガスをクリーニングに使用するＣＶＤ装置のダメージ対策として、炉口部金属の一部をステンレス（ＳＵＳ）に代えて耐腐食性の大きいハステロイに取り替えることも行っているが、ハステロイでもダメージを有効に回避することはできなかった。したがって、ＣｌＦ₃ガスが採用されなくなっている。

そこで、ＣｌＦ₃に代えて、クリーニングガスとして（１）ＮＦ₃、（２）Ｆ₂、（３）Ｆ₂とＨＦとの混合ガスが検討されている。
特開２００２−１７５９８６号公報

しかしながら、これらのガスにも問題がある。例えばＳｉＮ（以下、単にＳｉＮ）膜のドライクリーニングを行った場合、以下のような問題点がある。
（１）ＮＦ₃ガスクリーニングでは、ＮＦ₃ガスの分解温度が高いため、高温下でドライクリーニングをすることになり腐食の問題や、ＳｉＮ膜の石英に対するエッチングレート選択比が取れない。
（２）Ｆ₂クリーニング（ＨＦ添加無し）についてはＣｌＦ₃やＮＦ₃を用いるクリーニングに比べ比較的低温である３５０℃程度まで温度を上げなければならないが、それでもエッチング速度が低く、トータル処理時間が長くなってしまうという問題点がある。そのためにＣＯＯ（所有コスト：ＣｏｓｔＯｆＯｗｎｅｒｓｈｉｐ）の点で満足のいくものは得られない。
（３）Ｆ₂にＨＦを添加した混合ガスクリーニングについては３００℃程度でエッチングが出来ることが報告されているが、選択比が大きすぎるためＳｉＮ膜と一緒に剥れた石英製部材がエッチングされずに、石英製部材が石英粉（パウダー）状となって処理室内に残ってしまう。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、クリーニング処理時間が短く、しかもクリーニング後の残留物が処理室に残らないようにした半導体装置の製造方法を提供することにある。

第１の発明は、耐熱性非金属部材を有する処理室で基板を処理する半導体装置の製造方法において、前記処理室内を所望の処理温度とし、前記処理室内に処理ガスを供給しつつ排気し、前記基板に所望の処理を行う処理工程と、前記処理室内を第１のクリーニング条件とし、前記処理工程において前記耐熱性非金属部材に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程と、前記処理室内を前記第１のクリーニング条件よりも前記耐熱性非金属部材のエッチングレートが大きくなる第２のクリーニング条件とし、前記第１のクリーニング工程において前記耐熱性非金属部材に残った付着物を除去する第２のクリーニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

処理工程では、処理室内を所望の処理温度とし、処理室内に処理ガスが供給されつつ排気され、基板に所望の処理が行われる。この処理工程が繰り返されると、処理室の耐熱性非金属部材に付着物が付着して堆積していく。この付着物は２段階のクリーニング工程で除去される。

第１のクリーニング工程では、処理室内が第１のクリーニング条件に設定される。この第１のクリーニング条件は、第２のクリーニング条件よりも耐熱性非金属部材のエッチングレートが小さくなる条件、すなわち付着物のエッチングレートが大きくなる条件に設定されている。したがって、第１のクリーニング工程では耐熱性非金属部材に付着した付着物を短時間に除去できる。

第２のクリーニング工程では、処理室内が第１のクリーニング条件よりも耐熱性非金属部材のエッチングレートが大きくなる第２のクリーニング条件に設定される。したがって、第２のクリーニング工程では、第１のクリーニング工程で付着物と一緒に剥れた耐熱性非金属部材がエッチングされ、パウダー状となった耐熱性非金属部材を処理室内から有効に除去できる。

また、第１及び第２のクリーニング条件に処理室内の金属を腐食させないような条件を加えることにより、第１及び第２のクリーニング工程で、処理室内の金属を腐食させないようにすることもできる。
その結果、処理室内の金属を腐食させず、クリーニング処理時間が短く、しかも石英粉が処理室内に残らないようにすることができる。

ここで、耐熱性非金属部材としては、石英、ＳｉＣ、シリコン等が挙げられる。付着物としては、熱ＣＶＤなどで処理中に生成される膜や副生成物、エッチング処理後に耐熱性非金属部材がエッチングされ、パウダ状となった耐熱性非金属部材などが挙げられる。処理室としては、複数の基板を一括処理する縦型処理室や、１枚ないし２〜３枚の基板を処理する枚葉型処理室等が挙げられる。また、基板を処理する半導体装置の製造方法としては、熱ＣＶＤ、ＡＬＤ、プラズマＣＶＤ等が挙げられる。基板の処理としては、薄膜の成膜等が挙げられる。薄膜の膜種としてはＳｉＮ膜、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜等が挙げられる。所望の成膜温度は、製造方法によって異なるが、３００℃〜８００℃程度が挙げられる。処理ガスとしては、膜種がＳｉＮ膜であれば、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂及びＮＨ₃ガスが挙げられる。処理ガスを供給しつつ排気するために、処理室は、給気系を備えて処理室内に処理ガスを供給可能に、かつ排気系を備えて内部が排気可能に構成されている。また、クリーニング工程としては、クリーニングガスを用いたドライクリーニングが挙げられる。クリーニングガスとしては、Ｆ₂，Ｆ₂やＨＦ，あるいはＦ₂とＨＦの混合ガス等が挙げられる。

第２の発明は、内部に石英製部材を有する処理室で基板を処理する半導体装置の製造方法において、前記処理室内を所望の成膜温度とし、前記処理室内に処理ガスを供給しつつ排気し、前記基板に所望の膜を形成する成膜工程と、前記処理室内の温度を所望の第１のクリーニング温度とし、前記処理室内にＦ₂とＨＦとの混合ガスを流して、前記成膜工程において前記石英製部材に付着した膜を除去する第１のクリーニング工程と、前記処理室内の温度を前記の第１のクリーニング温度よりも高い第２のクリーニング温度とし、前記処理室内にＦ₂とＨＦとの混合ガスを流して、前記第１のクリーニング工程において前記石英製部材に残った付着物を除去する第２のクリーニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

クリーニングガスとしてＦ₂とＨＦとの混合ガスを流すと、処理室内の温度が低い場合に比べて温度が高い場合の方が、膜の石英製部材に対するエッチングレート選択比が小さくなる。

したがって、第１のクリーニング工程で、第１のクリーニング温度を第２のクリーニング温度よりも低い温度に設定するので、石英製部材に付着した膜を有効に除去できる。また、第１のクリーニング温度を膜のエッチングレートが高い所望の温度に設定すると、膜を短時間で除去できる。

第２のクリーニング工程では、処理室内の温度を第１のクリーニング温度よりも高い第２のクリーニング温度に設定するので、第２のクリーニング工程では、第１のクリーニング工程で膜と一緒に剥がれた石英製部材がエッチングされ、石英粉を処理室内から有効に除去できる。

第２の発明において、第１及び第２のクリーニング温度は、実験結果からそれぞれ３００℃、３５０℃が好適である。第１の温度が３００℃未満だと膜のエッチングレートが低くなりすぎる。第１のクリーニング温度が３００℃を超えると、膜の石英製部材に対するエッチングレート選択比が小さくなり、膜を有効にエッチングできなくなる。第２のクリーニング温度が３５０℃未満だと、膜の石英製部材に対するエッチングレート選択比が大きくなりすぎて、剥がれた石英製部材を有効にエッチングできなくなる。第２のクリーニング温度が３５０℃を超えると、処理室内の金属部品の腐食が大きくなるため好ましくない。
ここで、石英部材としては、処理室を構成する反応容器（例えば反応管）や処理ガスを供給するガス導入ノズル、基板を保持するボートなどの基板保持具等が挙げられる。

第３の発明は、内部に石英製部材を有する処理室で基板を処理する半導体装置の製造方法において、前記処理室内を所望の成膜温度とし、前記処理室内に処理ガスを供給しつつ排気し、前記基板に所望の膜を形成する成膜工程と、前記処理室内の温度を所望のクリーニング温度とし、前記処理室内にＦ₂とＨＦとの混合ガスを流して、前記成膜工程において前記石英製部材に付着した膜を除去する第１のクリーニング工程と、前記処理室内の温度を所望のクリーニング温度とし、前記処理室内にＨＦガスを流さずにＦ₂ガスを流して、前記第１のクリーニング工程において前記石英製部材に残った付着物を除去する第２のクリーニング工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。

クリーニングガスとしてＦ₂とＨＦとの混合ガスを流すと、クリーニング温度が高くなるにしたがって、膜のエッチングレートが大きくなる。また、クリーニングガスとしてＨＦを流さずＦ₂を流すと、クリーニング温度にあまり依存せずに、膜の石英製部材に対するエッチングレート選択比が小さく、エッチングレートも低くなる。石英部材をエッチングする実際のプロセスでは、この低エッチングレートであるＦ₂のみを流す方が、ＨＦとの混合ガスを流すよりも効果的である。
したがって、第１のクリーニング工程で、処理室内にＦ₂とＨＦとの混合ガスを流すので、処理室内の温度が、膜のエッチングレートが実用的に許容できる値を示す所望のクリーニング温度となるように設定されれば、成膜工程において石英製部材に付着した膜を短時間で有効に除去できる。

第２のクリーニング工程では、処理室内にＨＦガスを流さずにＦ₂ガスを流すので、処理室内の温度が所望のクリーニング温度であれば、第１のクリーニング工程において発生した前記石英製部材の石英粉を有効に除去できる。

第３の発明において、第１及び第２のクリーニング工程における所望のクリーニング温度は、実験結果から、第１のクリーニング工程は約３００℃とし、第２のクリーニング工程は３００℃〜３５０℃とするのが好ましい。

本発明によれば、クリーニング処理時間を短く、クリーニング後の残留物が処理室に残らないようにすることができる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図５に半導体装置の製造方法を実施するための縦型ＣＶＤ装置の概略構造を示す。

ヒータ１０の内側に外部反応管１が設けられ、該外部反応管１の内部には上端が開放された内部反応管２が同心状に配設され、前記外部反応管１、内部反応管２は炉口フランジ３上に立設され、前記外部反応管１と炉口フランジ３間は図示しないＯリングによりシールされている。前記炉口フランジ３の下端はシールキャップ５により気密に閉塞され、該シールキャップ５にボート６が立設されて内部反応管２内に挿入される。該ボート６には処理されるウェハ７が水平姿勢で多段に装填される。また、ボート６の下方の領域には、所要枚数の断熱板４が水平姿勢で多段に装填される。外部反応管１及び内部反応管２内が処理室１１を構成する。

前記炉口フランジ３の前記内部反応管２下方の位置にガス導入ノズル８が連通され、また前記外部反応管１と内部反応管２との間に形成される円筒状の空間下端に連通するよう、排気管９が前記炉口フランジ３に接続されている。

図示しないボートエレベータにより前記シールキャップ５を介して前記ボート６を下降させ、該ボート６にウェハ７を装填し、前記ボートエレベータによりボート６を前記内部反応管２内に挿入する。前記シールキャップ５が炉口フランジ３下端を完全に密閉した後、外部反応管１内（処理室内）を排気する。

上述した縦型ＣＶＤ装置を構成する部材の内、少なくとも反応管１、２、ボート６は耐熱性非金属部材である石英製部材で構成され、炉口フランジ３などの炉口部材は金属製部材で構成される。ここで炉口部材とは、内部反応管２内にボート６を挿入したとき、炉口部を構成することとなる反応管側の部材とボート側部材の双方をいう。外部反応管１、内部反応管２、ボート６は石英製部材で構成される。また、炉口部であってクリーニングガスに晒される炉口フランジ３はＳＵＳ３０４などの金属製部材で、そして反応管をシールするシールフランジ１２、ボート６のシールキャップ５、及びシールキャップ５上のキャップ受け１１はハステロイＣ２２などの金属製部材でそれぞれ構成されている。

次に上記のような構成の縦型ＣＶＤ装置において、シリコンウェハ上にＳｉＮ膜を形成する場合における半導体装置の製造方法について説明する。シリコンウェハにＳｉＮ膜を形成する成膜工程では、ガス導入ノズル８から成膜用ガスを供給しつつ排気管９から排気し、内部反応管２内を所定の成膜温度に加熱維持して、ウェハ７表面にＳｉＮ膜を形成する。ＳｉＮ膜の成膜条件は例えば次の通りである。

温度：６５０℃〜８００℃、圧力：２０〜１００Ｐａ、処理ガス：ＳｉＨ₂Ｃｌ₂（ＤＣＳ）０．０２〜０．３０ｓｌｍ、ＮＨ₃：０．１０〜２．００ｓｌｍ、膜厚：１．０μｍ〜である。成膜完了後、ガス導入ノズル８から不活性ガスを供給し、反応管１、２内を不活性ガスに置換して常圧に復帰させ、ボート６を下降させ、ボート６から成膜完了後のウェハ７を払い出す。

上記成膜工程を１回または複数回繰り返した後、装置のクリーニング工程を行うが、そのクリーニング工程では、ガス導入ノズル８からクリーニングガスを供給し、内部反応管２内を所定温度に維持して、成膜工程において反応管１、２内の石英製部材または金属製部材に付着したＳｉＮ膜を除去する。この際、炉口部を金属製のシャッタで塞いだり、ウェハを払い出した空のボート６を反応管１内に挿入して、ボート６を構成している石英製部材または金属製部材を一緒にクリーニングしてもよい。

ところで、この種の反応室のクリーニング工程において、クリーニング実施後の異物の発生を低減できるように、いかなる種類のクリーニングガスを、どのように使用するかが、重要となる。そこで、種々検討を行ったところ、クリーニングガスとして、Ｆ₂ガス、及びＨＦガスを添加したＦ₂ガス（ＨＦとＦ₂との混合ガス）を用いて、次のような条件下でクリーニングすることが、最良であることを見い出した。

石英製部材に付着した膜、例えば、ＣＶＤ膜であるＳｉＮ膜をエッチングする場合、クリーニング工程を２段階に分け、ＳｉＮ／石英エッチングレート選択比の大きい条件での第１のエッチングイベントと、ＳｉＮ／石英エッチングレート選択比の小さい条件での第２のエッチングイベントとを組み合わせる。これにより、反応管内及び反応管内壁への石英粉の残留を抑制することができる。

これを図２〜図４に示す実験結果を用いて説明する。
図２はＳｉＮ膜エッチングレートのＨＦ流量依存性データ、図３はＳｉＮ膜エッチングレートの温度依存性データ、図４はＳｉＮ膜エッチングレート及びＳｉＮ膜／石英エッチングレート選択比の温度依存性データである。なお、図中、Ｎ₂は、クリーニングガスＨＦ、Ｆ₂を希釈化するガスである。また、Ｐａｒａ．はパラメータの意である。

図２では、Ｆ₂ガス流量を２ｓｌｍと一定としたうえで、エッチング温度を２７５℃、３００℃、３２５℃、３５０℃と変化させたとき、それぞれのエッチング温度におけるＨＦ流量（ｓｌｍ）に対するＳｉＮ膜のエッチングレート（Å／ｍｉｎ）を測定した。ＨＦ流量が多いほどエッチングレートは増大する傾向がある。また、そのエッチングレートの増大量は、温度が高くなるほど大きくなる傾向がある。なお、ＨＦガスは、３ｓｌｍを超えると液化ガスとなるために、流量確保が困難になる。供給圧力（元圧）を高くすれば、流量の確保は可能となるが、液化を促進させるため好ましくない。そのために実際に流すＨＦ流量は、１〜３ｓｌｍ程度の流量範囲が用いられている。したがって、いずれの温度であっても、ＳｉＮ膜のエッチングレートを高めるためには、ＨＦ流量を３ｓｌｍ近くまで増大するとよい。

図３では、Ｆ₂ガス流量を２ｓｌｍと一定としたうえで、クリーニングガスＨＦの流量を０ｓｌｍ（Ｆ₂／Ｎ₂だけ）、２ｓｌｍ、３ｓｌｍ、５ｓｌｍ流量と変化させたときの、エッチング温度（℃）に対するＳｉＮ膜のエッチングレート（Å／ｍｉｎ）を測定した。エッチング温度が高いほど、エッチングレートは増大する傾向がある。したがって、いずれのＨＦ流量であっても、ＳｉＮ膜のエッチングレートを高めるためには、エッチング温度を高めるとよい。

図４では、エッチング温度に対するＳｉＮ膜エッチングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）と、エッチング温度に対するＳｉＮ膜／石英エッチングレート選択比（ＳｉＮ／石英）を測定した。エッチングガスは、Ｆ₂ガス単独と、Ｆ₂とＨＦガスとの混合ガスと、の２通りを用いた。ここで、Ｆ₂ガスのみの場合、各ガス流量はＦ₂：２ｓｌｍ、Ｎ₂：８ｓｌｍとした。また、Ｆ₂とＨＦガスとの混合ガスの場合、各ガス流量はＦ₂：２ｓｌｍ、Ｎ₂：８ｓｌｍ、そしてＨＦは、図２で説明したように、流量確保の限界である３ｓｌｍとした。処理室の圧力は、Ｆ₂のみ、Ｆ₂及びＨＦの場合、ともに５．３３×１０⁴Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）とした。

Ｆ₂ガスを単独で用いた場合、ＳｉＮ膜／石英のエッチングレート選択比をみると、３００℃でも３５０℃では選択比が小さく、温度に依存しないことがわかる。また、同じくＦ₂ガスを単独で用いた場合、ＳｉＮ膜のエッチングレートをみると、３００℃から３５０℃に温度が上昇すると、エッチングレートはわずかに増加するものの、ＳｉＮ膜のエッチングレートは全体に５０ｎｍ／ｍｉｎを下回るため、厚いＳｉＮ膜を短時間でエッチングする場合には、あまり実用的であるとはいえない。したがって、Ｆ₂ガス単独の場合、石英をエッチングするには良いといえるが、ＳｉＮ膜をエッチングするにはエッチングレートが低すぎて適さないといえる。

これに対して、Ｆ₂とＨＦガスとの混合ガス（Ｆ₂にＨＦを添加したもの）を用いた場合、ＳｉＮ膜／石英のエッチングレート選択比をみると、３５０℃では選択比が小さく、ＳｉＮ膜はほとんどエッチングされず、石英が多くエッチングされることがわかる。また、３００℃では、逆に、エッチングレート選択比が大きくなり、石英よりもＳｉＮ膜のエッチング量が大きくなることが分かる。したがって、石英製部材をエッチングするには３００℃よりも３５０℃がよい。

また、同じくＦ₂とＨＦガスとの混合ガスを用いた場合、ＳｉＮ膜のエッチングレートをみると、３５０℃では１５０ｎｍ／ｍｉｎを超えてエッチングレートが高い。また、３００℃ではエッチングレートが５０ｎｍ／ｍｉｎ以上となっていて、温度が下がるにしたがいエッチングレートが下がっている。つまり、ＳｉＮ膜をエッチングするには、Ｆ₂とＨＦガスとの混合ガスを、３００℃とすると、ＳｉＮ膜のエッチングレートが大きく、ＳｉＮ膜／石英のエッチングレート選択比の大きい条件とすることができる。したがって、Ｆ₂とＨＦとの混合ガスを用いてＳｉＮ膜をクリーニングするには、エッチング温度は３００℃程度がよいといえる。そして、この３００℃の条件において、Ｆ₂／Ｎ₂／ＨＦ流量をそれぞれ２ｓｌｍ／８ｓｌｍ／２ｓｌｍとしたときに、ＳｉＮ膜のエッチングレートは約９００Å／ｍｉｎ（９０ｎｍ／ｍｉｎ）となることが分り、この値は十分速く実用的であるといえる。

このことからクリーニング工程は２段階とする。２段階とも、共通したクリーニングガスを用いる場合、このクリーニングガスとして、Ｆ₂に、ＨＦを添加してエッチングレートを上げたガスを用いる。前段のクリーニング工程では、ＳｉＮ膜／石英のエッチングレート選択比が大きくなる温度条件（３００℃）で、ＳｉＮ膜を優先的にエッチングする。後段のクリーニング工程では、処理室内壁に付着したＳｉＮ膜を剥がしたときに発生する石英粉（パウダー）をＳｉＮ膜／石英のエッチングレート選択比の小さくなる温度条件（３５０℃）で、優先的に取り除く。
また、２段階のうちの前段のクリーニング工程に、クリーニングガスとして、Ｆ₂にＨＦを添加し、例えば３００℃の温度条件でＳｉＮ膜を優先的にエッチングする。後段のクリーニング工程では、クリーニングガスとしてＦ₂のみとし、例えば３００〜３５０℃の温度条件で石英粉を優先的に取り除く。
このような２段階クリーニングシーケンスを組むと、クリーニング後の石英粉（パウダー）なども取り除け、処理室内に異物が少ない状態を保持することが出来る。

なお、上述した図２〜図４の実験データは次のようにして得ている。
（１）石英チップにて評価
いずれもモニタウェーハを用いた基礎テストに基づいている。ここでモニタウェハは、石英（Ｓｉ）チップであり、ＳｉＮ成膜時から炉内に石英チップを投入し、そのままクリーニングを実施してＳｉＮ膜を除去した。石英チップ投入箇所は、図５において、ボート頂部６ａ（ＴＯＰ）、底部６ｂ（ＢＴＭ）とした。
（２）ＴＯＰとＢＴＭの平均
縦型炉のＴＯＰ及びＢＴＭに投入した石英チップの膜厚の平均を取っている。
（３）石英チップへ付けたＳｉＮ膜厚差にて測定
ＳｉＮ膜を成膜した石英チップに一定時間クリーニングを実施し、前後の膜厚差によってエッチングレートを得ている。

さて、前述したように、成膜工程を１回または複数回繰り返した後、装置のクリーニング工程を行う。
図１は、上述した実験結果に基づいた半導体装置の製造方法の実施の形態を説明するクリーニングシーケンス図である。

Ｎ₂ガスはガス導入ノズル８（図５参照）を介して内部反応管２内に供給される。
スタンバイ状態からプレヒート状態になったとき、内部反応管２内の温度は３００℃（第１のクリーニング温度）にされる。このとき、Ｆ₂ガス及びＨＦガスはまだ内部反応管２（図５参照）内に供給されていない。

内部反応管２内の温度を３００℃に維持した状態でガス導入ノズル８を介して内部反応管２内にＦ₂ガス及びＨＦガスを供給する（第１のクリーニング工程、図１ではエッチングイベント１）。このとき、ＳｉＮ膜（膜）／石英のエッチングレート選択比が大きくなるので（図４参照）、成膜工程で石英製部材である反応管１，２等に付着したＳｉＮ膜が優先的にエッチングによって除去される。また、ＳｉＮのエッチングレートは３００℃で十分に実用的な値をとる。

この第１のクリーニング工程の後、内部反応管２内の温度を３５０℃（第２のクリーニング温度）にし、この温度を維持した状態で内部反応管２内にＦ₂ガス及びＨＦガスを供給する（第２のクリーニング工程、図１ではエッチングイベント２）。このとき、ＳｉＮ膜（膜）／石英のエッチングレート選択比が第１のクリーニング工程より小さくなるので（図４参照）、ＳｉＮ膜とともに剥がれた反応管１，２等の石英製部材がエッチングされ、第１のクリーニング工程で反応管１，２等に付着した石英粉（パウダー）がＳｉＮ膜とともに除去される。
なお、この第２のクリーニング工程は、内部反応管２内の温度を３００〜３５０℃にし、この温度を維持した状態で内部反応管２内にＦ₂ガスのみ（Ｆ₂＋Ｎ₂）を供給するようにしても、同質の効果が得られる。このときのＦ₂ガスおよびＮ₂ガスの流量はそれぞれ２ｓｌｍ及び８ｓｌｍとするのが好ましい。

ＨＦ及びＦ₂ガスの供給を止めて、エッチングイベント２を終了し、内部反応管２内をアフタパージして、残存ガスを処理室１１から除去する。アフタパージは、処理室１１内を繰り返しパージするサイクルパージとする。

なお、スタンバイ状態及びプレヒート状態で要する時間はそれぞれ任意である。また、第１のクリーニング工程及び第２のクリーニング工程の時間（エッチング時間）は膜厚によって決定される。また、第１のクリーニング工程と第２のクリーニング工程との時間比率は、８／２程度とした。したがって、総エッチングイベント時間の大半を、高いＳｉＮエッチングレートで膜を除去するエッチングイベント１にかけるので、石英製部材に付着した膜を短時間に除去でき、膜残しがなくなる。更に、サイクルパージの時間は３０分程度である。また、Ｆ₂ガス、ＨＦガス及びＮ₂ガスの流量はそれぞれ２ｓｌｍ、１〜３ｓｌｍ及び８ｓｌｍである。

上述したように、実施の形態では、クリーニングガスとしてＨＦ及びＦ₂を用いているので、ＮＦ₃ガスを用いたときに比べ、金属部材の腐食を低減することができ、ＳｉＮ膜の石英に対するエッチングレート選択比が取れないということがない。

また、前段クリーニングでは、Ｆ₂にＨＦを添加した混合ガスを用いて３００℃でクリーニングしているので、ＨＦ添加無しのＦ₂のみによるクリーニングのように、エッチングガス速度が低く、トータル処理時間が長くるということもなく、ＣＯＯの点でも満足のいく結果を得ることができる。

さらに、後段クリーニングでは、Ｆ₂ガスのみ使用する場合、３００〜３５０℃程度とし、Ｆ₂及びＨＦガスについては３５０℃程度とし、ＳｉＮ膜／石英でエッチング選択比を小さくしているので、ＳｉＮ膜エッチングの際、石英反応管内壁に付着した石英粉などの残留物などを除去したり、ＳｉＮ膜と一緒に剥れた石英製部材を有効にエッチングすることができ、クリーニング実施後の石英粉（パウダー）による異物等を処理室内から有効に除去できる。

また、クリーニング温度は、高くても３５０℃程度であるので、クリーニングガスとの石英製部材または金属製部材との反応を抑制することができる。したがって、処理室内の石英製部材および炉口部金属へのダメージを低減することができる。

このように本実施形態によれば、石英部品に付着する残留物をなくしてクリーニング実施後の異物の発生を低減することができるとともに、処理時間を短くすることができる。

また、エッチングを３段階以上に分けて行うようにとしても良いが、累積膜厚とエッチングレートとの関係を考慮すると、実施の形態のように、２段階程度に分けて行うことが好ましい。

また、上記実施形態では、ＳｉＮを用いた場合を説明したが、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜にも適用することができる。
また、実施の形態では、縦型処理炉について説明したが、枚葉式の横型処理炉にも適用可能である。さらには実施形態では、ウェハ７を水平に装填したが、ウェハ７を縦方向に装填するものにも適用することができる。

また、上述した実施の形態では、ＳｉＮ／石英エッチングレート選択比を、エッチング温度をパラメータとして調整するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、耐熱性非金属部材に付着した膜を除去する場合においては、温度以外の他のパラメータ、例えばエッチングガス濃度によっても上記選択比を調整することが可能である。すなわち、他のパラメータの検討結果によれば、処理室内圧力については、圧力上昇とともに上記選択比は小さくなる傾向がある。クリーニングガス流量については、Ｆ₂ガス濃度が高くなる場合は選択比は小さくなる傾向がある。ガス種の変更については、ＮＦ₃を用いた場合、選択比は小さくなる。これらの結果から、エッチング温度に代えて、処理室内圧力、又はＦ₂ガス流量をパラメータにしても、同様の効果を発揮できる。

本発明に係る半導体装置の製造方法の一例を説明するクリーニングシーケンス図である。ＳｉＮ膜のエッチングレートのＨＦ流量依存性を説明する図である。ＳｉＮ膜のエッチングレートの温度依存性を説明する図である。エッチングレート及びエッチングレート選択比の温度依存性を説明する図である。本発明の半導体装置の製造方法に用いられる縦型ＣＶＤ装置の断面を示す概略図である。

符号の説明

１外部反応管（石英製部材）
２内部反応管（石英製部材）
６ボート（石英製部材）
７ウェハ（基板）
８ガス導入ノズル
９排気管
１１処理室

Claims

耐熱性非金属部材を有する処理室で基板を処理する半導体装置の製造方法において、
前記処理室内を所望の処理温度とし、前記処理室内に処理ガスを供給しつつ排気し、前記基板に所望の処理を行う処理工程と、
前記処理室内を第１のクリーニング条件とし、前記処理工程において前記耐熱性非金属部材に付着した付着物を除去する第１のクリーニング工程と、
前記処理室内を前記第１のクリーニング条件よりも前記耐熱性非金属部材のエッチングレートが大きくなる第２のクリーニング条件とし、前記第１のクリーニング工程において前記耐熱性非金属部材に残った付着物を除去する第２のクリーニング工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。