JPH0697075A

JPH0697075A - 薄膜堆積室のプラズマクリーニング方法

Info

Publication number: JPH0697075A
Application number: JP24388192A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Nozaki; 秀俊野崎; Akihiko Furukawa; 章彦古川; Yoshinori Iida; 義典飯田; Tetsuya Yamaguchi; 鉄也山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、薄膜堆積室のプラズマクリーニン
グにおいて、大きなエッチング速度を維持しながら、か
つ残留汚染源となるエッチングガスの分解生成重合物を
効果的に堆積室外へ除去する。【構成】薄膜堆積室のプラズマクリーニングに、弗素
化合物ガスと酸素ガスを含むエッチング用混合ガスを用
いると同時に、前記酸素ガスを分解し得る光子エネルギ
ーを有する紫外光を導入して行うことを特徴とする薄膜
堆積室のプラズマクリーニング方法。【効果】本発明では、エッチングガスの分解生成重合
物を酸素と反応した形で効率的に堆積室外へ除去できる
ため、その後に成膜した薄膜が汚染されにくくなるとと
もに導入酸素流量を減らすことができる。その結果、酸
素ガスをプラズマクリーニング時に導入することによる
エッチング速度の低下を極力抑えることができるため生
産性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜堆積室内に堆積した
薄膜のプラズマクリーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低コストな液晶ディスプレイや太
陽電池の製造を目ざして、非晶質シリコン膜（以下ａ−
Ｓｉと記す）の製造装置の開発が進められている。コス
トを決める要因のひとつには製造歩留りがあるが、この
歩留りは、ａ−Ｓｉ成膜中あるいは成膜後に堆積室内部
より発生するａ−Ｓｉの剥離片によって素子にピンポー
ル等が生じ、低下することが少なくない。特に、堆積膜
厚が増加すると膜内の応力が増大するため、堆積室の内
壁や基板支持台部などから数多くの剥離片が発生してし
まう結果になる。この好ましくない現象を防止するた
め、ある一定の膜厚まで堆積させた後に、定期的に堆積
室内部の累積膜を除去するというクリーニング作業が一
般的に行われている。クリーニングには、機械的に膜を
剥離して除去するというメカニカルクリーニング法とエ
ッチングガスを用いてプラズマ化学反応により膜を除去
するというプラズマクリーニング法が主に使われてい
る。しかしメカニカルクリーニングでは、一度堆積室を
大気に曝すことになり、またクリーニング後に有機溶剤
で洗浄する必要があるなど堆積室内が汚染される恐れが
ある。従って、プラズマクリーニング方法を用いるのが
好ましい。プラズマの発生方法には、１３．５６ＭＨｚ
の高周波を用いたＲＦ法やマイクロ波を用いた方法が一
般に知られている。

【０００３】一般に、堆積室内に被着したａ−Ｓｉ膜を
プラズマクリーニングする場合にはＣＦ₄、ＳＦ₆、Ｎ
Ｆ₃などの弗素化合物ガスが用いられているが、分解生
成物であるＣやＳの重合物を除去するためにプラズマク
リーニング時に酸素ガス（Ｏ₂）を混合させる手法も用
いられる。しかしながら、効果的にＣやＳの重合物を除
去するためにエッチングガスに対するＯ₂ガスの流量比
を大きく増加させると堆積室内におけるエッチング速度
が、急激に低下するという問題があった。すなわち、Ｏ
₂ガスの流量を増やせばＣやＳの重合物など残留の汚染
源がＣＯ₂やＳＯ₂の形で除去されるため常に堆積室内
を清浄に保てるという利点があるが、一方クリーニング
に要する時間が増大するためスループットが低下するな
ど生産性が低下しやすいという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】叙上の如く、従来の弗
素化合物ガスとＯ₂ガスの混合ガスを用いたプラズマク
リーニング方法では、Ｏ₂ガスを混合することによりエ
ッチング速度の低下を招くことになるため、生産性が低
下するという問題があった。

【０００５】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、Ｏ₂ガスを添加しても
エッチング速度を大きく低下させずに、弗素化合物ガス
の分解生成重合物を効率的に除去できる方法を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜堆積室
のプラズマクリーニング方法は、（１）薄膜堆積室のプ
ラズマクリーニングに、弗素化合物ガスと酸素ガスを含
むエッチング用混合ガスを用いると同時に、前記酸素ガ
スを分解し得る光子エネルギーを有する紫外光を導入し
て行うことを特徴とする薄膜堆積室のプラズマクリーニ
ング方法であり、（２）薄膜堆積室が光ＣＶＤ室である
ことを特徴とする上記（１）項に記載の薄膜堆積室のプ
ラズマクリーニング方法であり、（３）薄膜堆積時にお
いて、堆積室内の光導入窓表面部を経由して不活性ガス
を基板表面方向に吹きつけて流し、成膜用の原料ガスを
基板の表面に沿って流すようにしたことを特徴とする上
記（２）項に記載の薄膜堆積室のクリーニング方法であ
り、（４）プラズマクリーニング時において、堆積室内
の光導入窓表面部を経由して不活性ガスを堆積室内に導
入し、弗素化合物ガスまたはその分解生成物が前記光導
入窓表面に触れないようにすることを特徴とする上記
１、２及び３の各項のいずれかに記載の薄膜堆積室のプ
ラズマクリーニング方法であり、（５）弗素化合物ガス
がＳＦ₆ガスまたはＣＦ₄ガスであることを特徴とする
上記１、２、３及び４の各項のいずれかに記載の薄膜堆
積室のプラズマクリーニング方法であり、（６）堆積す
る薄膜が非晶質シリコンや多結晶シリコンを母体とする
Ｓｉ系薄膜などの半導体膜であることを特徴とする上記
１、２、３、４及び５の各項のいずれかに記載の薄膜堆
積室のプラズマクリーニング方法である。

【０００７】上記を骨子とする本発明は、弗素化合物ガ
スとＯ₂ガスの混合ガスを用いたプラズマクリーニング
時において、堆積室内にＯ₂ガスのみを選択的に分解で
きるような光子エネルギーを有する紫外光を導入させた
ことにある。すなわち、光ＣＶＤ法などによりａ−Ｓｉ
や多結晶シリコン（以下ｐｏｌｙ−Ｓｉと記す）などの
薄膜を堆積した後に、ＳＦ₆やＣＦ₄の弗素化合物ガス
とＯ₂ガスの混合ガスを用いて堆積室内のプラズマクリ
ーニングを行う場合において、Ｏ₂ガスのみを選択的に
分解できるような紫外光をプラズマクリーニング時に導
入させたことを特徴とする。

【０００８】また、紫外光を導入するために用いる合成
石英窓などの窓材がプラズマ発生時に生成する弗素
（Ｆ）イオンやＦラジカルによってエッチングされ、堆
積室内へ導入される紫外光の透過率が低下することを防
止する目的で、プラズマクリーニング時において光導入
窓表面部を経由して不活性ガスを堆積室内に導入させて
エッチングガスやその分解生成物が光導入窓表面に触れ
ないようにさせることも本発明の特徴である。勿論、光
ＣＶＤ法で薄膜を堆積させる装置の場合には、堆積時と
プラズマクリーニング時に同一の光導入窓を用いること
ができるものである。

【０００９】本発明の第２は、堆積室が光ＣＶＤ室にな
っているため、薄膜堆積時とプラズマクリーニング時に
おいて同一の紫外光源と光導入用窓を用いることができ
る。

【００１０】本発明の第３および第４は、光ＣＶＤ堆積
室において光導入窓表面部を経由して不活性ガスが基板
側に吹きつけられる構成になっていることが特徴であ
り、これにより、堆積時においては光導入窓表面に薄膜
が付着せず、またプラズマクリーニング時には活性なＦ
イオンやＦラジカルで光導入窓表面がエッチングされる
ことを防止できるので常に一定の光強度を有する紫外光
を導入できることになる。

【００１１】本発明の第５は、弗素化合物のエッチング
ガスにＳＦ₆やＣＦ₄を用いており、本発明者等の実験
で最も効果が顕著であった。

【００１２】本発明の第６は、ａ−Ｓｉやｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ膜などの半導体膜に対してプラズマクリーニングを施
すものであり、半導体膜が堆積室内の残留汚染物で最も
特性が影響を受けやすいため本発明の効果が顕著であ
る。

【００１３】

【作用】本発明に係る薄膜堆積室のプラズマクリーニン
グ方法の第１は、Ｏ₂ガスがプラズマパワーの他導入紫
外光により選択的に分解されるため、Ｏ₂ガスの混合量
を減らしても、弗素化合物エッチングガスの分解生成物
が効率的に堆積室外に除去されるとともにプラズマエッ
チング速度も大きく低下しない。この場合、例えばエッ
チングガスがＣＦ₄のときはＣＯ₂、ＳＦ₆のときはＳ
Ｏ₂の形で堆積室外にＣ重合体やＳ重合体のような分解
生成重合物が除去され堆積膜が汚染されにくくなる。ま
た導入紫外光の波長は、Ｏ₂ガスの吸収端である２４２
ｎｍ以下の波長であればよい。紫外光を導入する他の効
果として、例えばエッチングガスにＳＦ₆を用い水素化
非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をエッチングする場
合には硫化水素（Ｈ₂Ｓ）ガスが発生するが、Ｈ₂Ｓの
吸収端波長は２７０ｎｍであるためＨ₂ＳがＯ₂と同時
に分解されＳＯ₂の形で効率よく除去されることがあげ
られる。ＳＯ₂はＨ₂Ｓに比べ堆積室内壁への吸着性が
低いため容易に室外に除去されるので、その後の堆積膜
がＳに汚染される確率が減り高品質な薄膜を得ることが
できる。一方、Ｏ₂ガスを導入することによるエッチ
ング速度の低下を防止するにはプラズマパワーを増加さ
せる方法があるが、パワーを必要以上に増大させすぎる
とプラズマ電極がスパッタエッチングされ電極中に含ま
れる不純物が堆積質を汚染するため好ましくない。本発
明では、エッチング速度が大きく低下しないので、プラ
ズマパワーを特に増大させる必要もなく叙上の問題が生
じない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。

【００１５】図１本発明に係る光ＣＶＤ装置の薄膜堆
積室の概略構成を断面図で示す。堆積室１の上部には、
低圧水銀ランプからなる紫外光源５が設けられている。
この紫外光源５の上方には反射板７が配置されている。
紫外光源５から出射した光は直接、石英などから成る光
透過窓９を介して堆積室内に導入されるか、又は反射板
７で反射されて光透過窓９を介して堆積室内に導入され
るようになっている。一方、紫外光源５の下方には、紫
外光を通過する材料、例えば、石英からなる流量制御板
１１が設けられている。また、堆積室１の外部には、一
定温度に保たれている水銀が溜まっている水銀溜１３
と、ＳｉＨ₄などの膜原料が収容された原料ガス供給部
１５と、Ａｒなどの不活性物質が収容された不活性ガス
供給部１７と、ガス排気部（図示省略）とが設けられて
いる。

【００１６】本実施例では、原料ガス供給部１５から供
給された原料ガス２０は、水銀溜１３を介して堆積室内
１に導入されるが、これは水銀増感法と呼ばれ、ある波
長の紫外光で原料ガスが直接分解されない場合でも光で
励起された励起水銀により原料ガスの分解反応が起こり
薄膜が堆積する方法である。しかし、紫外光で原料ガス
が直接分解される場合には特に水銀増感法を用いるには
及ばない。

【００１７】不活性ガス供給部１７から供給された不活
性ガス２３は、流量制御板１１の上部に導入され、流量
制御板１１を介して基板支持台３に吹きつけられる。こ
れにより、スリットノズル１９から吹き出した原料ガス
は基板支持台３と平行に流れ、基板支持台の表面近傍に
原料ガスの擬似層流を形成することができ、それ以外の
部分には不活性ガス２３の擬似層流が形成される。この
結果、原料ガスの分解生成物が光透過窓９に到達できな
くなるので、光透過窓に薄膜が付着して光の透過率が低
下することを防止できる。

【００１８】以上のような方法により薄膜が堆積室１内
部で形成された後に、弗化化合物エッチングガスとＯ₂
ガスの混合ガス２５がスリットノズル１９を通して堆積
室内に導入される。そして堆積室内に設置されたプラズ
マクリーニング電極２に例えば１３．５６ＭＨｚの高周
波（ＲＦ）電力４を印加することにより放電が生じ、堆
積室内の薄膜がエッチング除去される。このプラズマク
リーニング時に、低圧水銀ランプなどの紫外光源５を点
灯し、堆積室内のＯ₂ガスが紫外光によっても直接分解
されるようになっている。またプラズマクリーニング時
において、前記の薄膜堆積時と同様に、不活性ガス２３
を流量制御板１１を介して基板支持台３方向に吹きつけ
ることにより混合エッチングガス２５の擬似層流を形成
することもできる。これにより、ＦイオンやＦラジカル
などのエッチング種が光透過窓９の表面に到達して光透
過窓表面が均一にエッチングされてしまいプラズマクリ
ーニング中に導入される紫外光の透過率が低下する現象
を防ぐことができる。２７のプラズマクリーニング電極
は、光源５から発せられる紫外光が基板支持台３のほぼ
全面に照射されることを妨げないように配置される。ま
た図１の構成では、混合エッチングガス２５がスリット
ノズル１９から吹き出されるようになっているが、弗素
化合物エッチングガスのみをスリットノズル１９から吹
き出させ、酸素ガスは堆積室１に設けた別の導入口から
堆積室内へ導いてもよい。

【００１９】即ち、Ｏ₂ガスは特に層流状態にする必要
はない。

【００２０】次に、このように構成された装置を用い
て、堆積された水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ）膜をプラズマクリーニングする方法について具
体的に述べる。

【００２１】ａ−Ｓｉ：Ｈ膜は、前述のように、水銀を
含んだＳｉＨ₄ガスを擬似層流状態とした後に、低圧水
銀ランプから１８５ｎｍ、２５４ｎｍの紫外光を照射
し、堆積室内に成膜される。

【００２２】成膜後、先ずガス排気部より原料ガスを排
気し、堆積室内の圧力を１０_-5Ｔｏｒｒ以下にする。次
に弗素化合物エッチングガスとしてＡｒガスで希釈され
たＳＦ₆ガスにＯ₂ガスを混ぜた混合ガス２５をスリッ
トノズル１９を通して堆積室１内に導入するとともに、
不活性ガス供給部１７か不活性ガスとしてＡｒガスを堆
積室１内に導入する。このとき、基板支持台と堆積室内
壁の温度を８０℃〜３００℃の範囲の所望の値に設定し
た。また、擬似層流を形成するために、混合ガス２５の
ＳＦ₆ガスの流量、Ｏ₂ガスの流量および希釈Ａｒの流
量を夫々１００ＳＣＣＭ、１０〜５０ＳＣＣＭ、０〜５
００ＳＣＣＭに設定し、不活性ガス２３であるＡｒガス
の流量を４．５ＳＬＭに設定した。プラズマクリーニン
グ時の堆積室内圧力は排気速度を調節することにより所
望の値に設定することができ、本実施例では０．０５〜
０．６Ｔｏｒｒの範囲の適切な値に設定した。次に、紫
外光源５の低圧水銀ランプを点灯し、基板支持台３およ
び堆積室１の内壁に紫外光を照射する。なお紫外光源５
の初期照度は１５〜３０ｍｗ／ｃｍ₂とした。このと
き、紫外光により、Ｏ₂ガスが分解され、オゾン
（Ｏ₃）や酸素原子（Ｏ）などが発生する。その後、１
３．５６ＭＨｚ（ＲＦ）の高周波電源４よりプラズマク
リーニング電極２にＲＦ電力を印加して放電を発生させ
る。こうしてＳＦ₆ガスがプラズマ分解され、Ｆイオン
やＦラジカルが発生することにより堆積室１内のａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜がエッチング除去されることになる。

【００２３】図２にＯ₂流量を０〜５０ＳＣＣＭの範囲
で変えた場合の、堆積室内におけるエッチング速度がど
のように変化するかを示す。図２では、本実施例のプラ
ズマクリーニング時に紫外光を導入させた場合と、従来
の紫外光を導入させない場合を比較して示した。図２よ
りＯ₂流量が同じ場合には、本実施例の方がエッチング
速度が僅かながら大きくなっている。また、エッチング
後の残留生成物であるＳの重合物やＨ₂Ｓ成分がどの程
度残っているかを調べるために、エッチング後にａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜を成膜し、膜中のＳ濃度をＳＩＭＳ法により測
定した。その結果を図３に示すがＯ₂流量が一定の場合
には、明らかに本実施例の方がＳ濃度が大きく減少して
いることが判明した。

【００２４】以上述べたように本発明を用いれば、従来
より少ないＯ₂流量において効果的にＳＦ₆ガスを用い
たエッチング後の残留生成物であるＳの重合物やＨ₂Ｓ
を除去できるため、ＳＦ₆ガスに対するＯ₂ガスの混合
量を従来より減らすことができる。そのため、従来に比
べ、エッチング速度が向上するのでスループットが上が
るなど生産性の向上を図ることができる。すなわち、本
発明を用いれば、従来に比べ、より短い時間で堆積室内
のａ−Ｓｉ：Ｈ膜をエッチング除去できるとともに、Ｓ
原子がａ−Ｓｉ：Ｈ膜内に混入して欠陥準位を形成する
ことによる膜質の低下を効果的に防止することができ
る。

【００２５】本実施例では、ＲＦ放電を発生させる前に
堆積室内に紫外光を導入する場合を示したが、ＲＦ放電
発生と同時に紫外光を導入してもよいし、ＲＦ放電中に
紫外光の導入を開始しても良い。

【００２６】また、本実施例では、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜のプ
ラズマクリーニングの例を示したが、弗素化合物エッチ
ングガスによりエッチングできる他の材料（例えばｐｏ
ｌｙ−ＳｉなどのＳｉ系薄膜やＷなどの金属膜）のプラ
ズマクリーニングにも適用できる。

【００２７】また、本実施例では、弗素化合物ガスがＳ
Ｆ₆ガスであるときの例を示したが、Ｆ₂やＣＦ₄ある
いはＮＦ₃などをガスを用いても同様の効果がある。

【００２８】また、本実施例では光ＣＶＤにより堆積室
内に薄膜が形成された場合の例を示したが、プラズマＣ
ＶＤ法など他の成膜法で薄膜を堆積させた場合でも本発
明は有効である。

【００２９】また、本実施例では、エッチング時のプラ
ズマ発生源としてＲＦ電源を用いた例を示したが、ＤＣ
電源やマイクロ波電源などの他のプラズマ発生源を用い
ても良い。

【００３０】また、本実施例では、紫外光源に低圧水銀
ランプを用いた例を示したが、それ以外に高圧水銀ラン
プ、重水素ランプ、キセノンランプ、Ｈｇ−Ｘｅランプ
などを用いることができるとともに、ＡｒＦなどのエキ
シマレーザ等を用いることができる。要は、エッチング
生成重合物の除去剤としてのＯ₂ガスを直接分解し得る
紫外光であれば良い。

【００３１】なお、プラズマクリーニングで照射する紫
外線の効果を確認する一手段として堆積室内を真空引き
した後に閉止し、時間の経過と装置内壁からのアウトガ
ス量との相関を測定した結果を図４に示す。この測定に
は質量分析装置を用い、酸素の分子量３２をチェックし
た。これにより紫外線照射により、装置内壁からのアウ
トガス量が増加することがわかる。図４では酸素のアウ
トガス量を示したが、Ｓ成分など他の不純物ガスも同様
に脱ガスした。従って、ＲＦ放電によるプラズマクリー
ニング終了後にも紫外線を照射し続ければ（約５分以
上）さらに堆積室内を清浄化することができる。

【００３２】この点からもプラズマクリーニングを行う
場合には堆積室内に紫外光を導入できるようにすること
が必須といえる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明を用いれば
弗素化合物エッチングガスに対する酸素ガスの流量を減
らしても、効果的にエッチング生成重合物が酸素と化合
した形で堆積室外へ除去されるため、その後に成膜され
る薄膜が汚染される割合を大幅に低減できる。更にこの
効果によりエッチングガスに対する酸素ガスの流量を少
なく設定できるので、結果的にエッチング速度を向上さ
せることができることになり生産性の向上につながる。
従って、その効果は極めて顕著である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光ＣＶＤ装置について一実施例の
薄膜堆積室の概略を示す断面図。

【図２】Ｏ₂流量とエッチング速度との相関を示す線
図。

【図３】堆積膜中のＯ₂流量と膜中のＳ濃度との相関を
示す線図。

【図４】本発明の効果を示す線図。

【符号の説明】

１…薄膜堆積室２…プラズマクリーニング電極３…基板支持台４…ＲＦ電源５…紫外光源７…反射板９…光透過窓１１…流量制御板１３…水銀溜１５…原料ガス供給部１７…不活性ガス供給部１９…スリットノズル２０…原料ガス２１…混合ガス２３…不活性ガス２５…混合エッチングガス供給部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口鉄也神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜堆積室のプラズマクリーニングを行
うに際し、弗素化合物ガスと酸素ガスを含むエッチング
用混合ガスを用いると同時に、前記酸素ガスを分解し得
る光子エネルギーを有する紫外光を導入して行うことを
特徴とする薄膜堆積室のプラズマクリーニング方法。