JP3669864B2 - 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 Download PDF

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Description

【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】
SiH2Cl2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成膜装置では、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ClF3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NH4Cl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)2SiF6が生成することが分かっている(MOURI,I.,1998,(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Si34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Si34成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NH4Cl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で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が生成し、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、0.1〜200Torr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10SCCMから1SLMの範囲で選択すればよい。
【0014】
R(Si34)=1.31×106・P・T1/2exp(−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ClF3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】
Figure 0003669864
【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NH4Cl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、ClF3を5Torr、63SCCM(堆積物中のSi含有量に対するClF3のモル比=0.05)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ClF3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ClF3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ClF3を60分導入し、続けて反応器のガス導入口からClF3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。

Claims (1)

  1. 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、先に、圧力0.1〜200Torr、温度70〜150℃の条件で、排気系配管内に堆積したNH 4 Cl中のSi量(モル量)に対して、単位時間当たり0.01〜20倍量(モル量)の流量のClF3で反応除去した後、反応器内を圧力0.1〜200Torr、温度300〜700℃の条件で、10SCCM〜1SLMの流量の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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