JPH1050656A - 半導体製造装置のクリーニング方法，半導体ウエハのクリーニング方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体製造装置の処理容器の内壁および半導体
ウエハの表面の炭素を含む付着物を短時間で除去し、半
導体装置を効率良く製造する。 【解決手段】ボンベ３１ａに入ったＯＣｌＦ₃ ガスを適
当な圧力に保たれた処理容器１１内に導入し、ヒーター
１３によって加熱する。 【効果】炭素元素を含む付着物は分解され、クリーニン
グ物質とともに揮発性を有する分子となって離脱するの
で、半導体製造装置の処理容器の内壁および半導体ウエ
ハの表面から付着物を早く除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、特に半導体製造装置の処理容器の内面ある
いは半導体ウエハ表面の付着物を除去するクリーニング
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造方法の熱ＣＶＤ，プラズマＣ
ＶＤ，ドライエッチングプロセスでは、各種ガスを製造
装置内に導入し、ガスの気相反応及び表面反応を利用し
て成膜，エッチングを行う。これらのプロセスでは、ガ
ス分子を堆積性能の高いラジカルに分解させているの
で、容器内壁にも付着性の高いラジカルが堆積する。製
造装置内壁にこの様な堆積膜が付着すると、装置内部に
パーティクルを発生させたり、付着物の剥離が生じるこ
とや、成膜，エッチング性能が経時的に劣化するので、
定期的にこれらの付着物を除去する必要がある。

【０００３】これらの付着物を除去する方法としては、
例えば、特開平4−155827 号公報，特開昭64−17857 号
公報に記載されるような、ＣｌＦ₃ を用いた熱クリーニ
ング法がある。この方法は、ＣｌＦ₃ ガスを加熱し、容
器内のPoly−Ｓｉ，金属，ＳｉＯ₂ を含む付着物を除去
する方法で、短時間で、装置内へダメージを与えること
なく装置内をクリーニング可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＣｌＦ₃ を用
いた熱クリーニング法においては、以下のような問題が
ある。付着物中に炭素が含まれる場合は、ＣｌＦ₃ の分
解で生じるＦラジカルと付着物中の炭素とが反応して、
ＣＦ，ＣＦ₂ およびＣＦ₃ が生じる。これらのフルオロ
カーボン（フッ化炭素）は、揮発性が低く、反応性が高
い物質であるので、処理容器の内面や半導体ウエハ表面
の付着物となる。したがって、付着物中の炭素を除去す
ることが困難である。

【０００５】本発明の目的は、半導体製造装置の処理容
器の内面の炭素を含む付着物を短時間で除去できる半導
体製造装置のクリーニング方法，半導体ウエハ表面上の
炭素を含む付着物を短時間で除去できる半導体ウエハの
クリーニング方法、および半導体装置を効率良く製造で
きる半導体装置の製造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】上記目的を達成する請求
項１の半導体製造装置のクリーニング方法の特徴は、ク
リーニング物質が、炭素元素と結合すると揮発性を有す
る分子となる元素、およびハロゲン元素を含み、前記処
理容器内に導入されて、前記分子となる元素のラジカ
ル、および前記ハロゲン元素を含むラジカルに分解さ
れ、前記処理容器の内面と、前記分子となる元素のラジ
カル、および前記ハロゲン元素を含むラジカルとが、接
触することにある。

【０００７】クリーニング物質は、処理容器内で炭素元
素と結合すると揮発性を有する分子となる元素のラジカ
ル、およびハロゲン元素を含むラジカルに分解する。

【０００８】ハロゲン元素を含むラジカルは、処理容器
の内面に付着している付着物の結合に寄与する電子を奪
い、付着物を分解する。分解された付着物とハロゲン元
素を含むラジカルとが化学的に結合して、ハロゲン化合
物が生成される。このハロゲン化合物のうち、炭素元素
を含まないハロゲン化合物は、揮発性を有するので、付
着物外に容易に離脱する。生成されたハロゲン化合物の
うち、炭素元素を含むハロゲン化合物の多くは、気化し
にくいので付着物として処理容器の内面に留まる。

【０００９】付着物として留まっている炭素元素を含む
ハロゲン化合物は、炭素元素と結合すると揮発性を有す
る分子となる元素のラジカルによって、炭素元素を奪わ
れる。炭素元素と結合すると揮発性を有する分子となる
元素のラジカルは、奪った炭素元素と化学的に結合して
炭素元素を含む揮発性を有する分子を生成する。この分
子は処理容器の内面から容易に離脱する。炭素元素を失
ったハロゲン化合物は、揮発性を有するので、半導体製
造装置の処理容器の内面から離脱する。

【００１０】また、炭素元素と結合すると揮発性を有す
る分子となる元素のラジカルが、付着物中の炭素元素と
直接に化学的に結合しても、炭素元素を含む揮発性を有
する分子となり、離脱する。

【００１１】以上のように、炭素元素を含む付着物を短
時間に半導体製造装置の処理容器の内面から除去するこ
とができる。

【００１２】請求項２の半導体ウエハのクリーニング方
法の特徴は、クリーニング物質が、炭素元素と結合する
と揮発性を有する分子となる元素、およびハロゲン元素
を含み、前記処理容器内に導入されて、前記分子となる
元素のラジカル、および前記ハロゲン元素を含むラジカ
ルに分解され、前記半導体ウエハ表面と、前記分子とな
る元素のラジカル、および前記ハロゲン元素を含むラジ
カルとが、接触することにある。

【００１３】請求項１の半導体製造装置のクリーニング
方法と同様の作用が得られ、半導体ウエハ表面の炭素元
素を含む付着物を短時間に半導体ウエハ表面から除去す
ることができる。

【００１４】請求項３の半導体製造装置のクリーニング
方法の特徴は、前記クリーニング物質が、酸素、および
ハロゲン元素を含むことにある。

【００１５】酸素は、請求項１における炭素元素と結合
すると揮発性を有する分子となる元素と同様の機能を持
つ。酸素のラジカルが付着物中の炭素元素と化学的に結
合することによって、揮発性が高いＣＯ，ＣＯ₂が生成
される。ＣＯ，ＣＯ₂は処理容器の内面から容易に離脱
する。

【００１６】また、酸素と炭素の結合は、炭素とハロゲ
ンとの結合よりも強い。このため、酸素のラジカルは、
炭素元素を含むハロゲン化合物から炭素元素を奪って化
学的に結合し、ＣＯ，ＣＯ₂を生成する。ＣＯ，ＣＯ
₂は、上記のように容易に離脱する。

【００１７】付着物から離脱したＣＯ，ＣＯ₂ は、化学
的に安定な物質であり、処理容器の内壁と反応しないの
で、処理容器の内壁に影響を与えずに炭素元素を含む付
着物を除去することができる。その処理容器内に半導体
ウエハが置かれている場合には、ＣＯ，ＣＯ₂ は半導体
ウエハの表面にも影響を与えない。

【００１８】請求項４の半導体ウエハのクリーニング方
法の特徴は、前記クリーニング物質が、酸素、およびハ
ロゲン元素を含むことにあり、請求項３と同様の作用が
得られ、半導体ウエハ表面から付着物を除去することが
できる。

【００１９】請求項５の半導体製造装置のクリーニング
方法の特徴は、クリーニング物質が、ＯＣｌＦｎおよび
ＯＢｒＦｎ（ｎ＝１，３，５，７）のうち少なくとも一
種を含む物質であることにある。

【００２０】クリーニング物質中のＯＣｌＦｎ（ｎ＝
１，３，５，７）は、Ｏ，Ｆ，Ｃｌ，ＣｌＦおよびＣｌ
Ｆ₂ のラジカルに分解され、ＯＢｒＦｎ(ｎ＝１，３，
５，７)は、Ｏ，Ｆ，Ｂｒ，ＢｒＦ₂およびＢｒＦ₃のラ
ジカルに分解される。

【００２１】ＣｌＦ，ＣｌＦ₂，ＢｒＦ₂およびＢｒＦ₃
のラジカルは、請求項１におけるクリーニング物質に含
まれるハロゲン元素のラジカルと同様の機能を発揮す
る。従って、請求項５の方法は、請求項１の方法と同様
の作用を生じ、半導体製造装置の処理容器の内面から付
着物を短時間に除去できる。

【００２２】請求項６の半導体ウエハのクリーニング方
法の特徴は、クリーニング物質が、ＯＣｌＦｎおよびＯ
ＢｒＦｎ（ｎ＝１，３，５，７）のうち少なくとも一種
を含む物質であることにある。この請求項６は、請求項
５と同様の作用を生じる。

【００２３】請求項７の半導体製造装置のクリーニング
方法の特徴は、前記処理容器内に前記クリーニング物質
とＣｌＦ₃ を導入することにある。

【００２４】クリーニング物質中のＣｌＦ₃ は、Ｆ，Ｃ
ｌ，ＣｌＦおよびＣｌＦ₂ のラジカルに分解される。こ
のため、処理容器内のＦおよびＣｌのラジカルが増加す
る。増加したＦおよびＣｌのラジカルが、付着物の結合
に寄与する電子を付着物から奪う。電子が奪われた付着
物は早く分解し、ハロゲン化合物が増加する。

【００２５】従って、付着物中に含まれる炭素元素が少
ない場合は、請求項１の半導体製造装置のクリーニング
方法と同様の作用が得られるとともに、炭素を含まない
ハロゲン化合物が増加し付着物から離脱するので、半導
体製造装置の処理容器の内面から付着物をより早く除去
することができる。

【００２６】請求項８の半導体ウエハのクリーニング方
法の特徴は、前記処理容器内に前記クリーニング物質と
ＣｌＦ₃ を導入することにあり、請求項７の半導体製造
装置のクリーニング方法と同様の作用が得られ、半導体
ウエハ表面から付着物をより早く除去することができ
る。

【００２７】請求項９の半導体製造装置のクリーニング
方法の特徴は、クリーニング物質が加熱されたことにあ
る。

【００２８】クリーニング物質の温度が上昇することに
よってクリーニング物質がラジカルに早く分解するの
で、ラジカルの数が早く増加する。また、ラジカルの拡
散も早くなり、ラジカルと付着物とが早く反応すること
ができる。

【００２９】従って、請求項１の半導体製造装置のクリ
ーニング方法と同様の作用が得られ、半導体製造装置の
処理容器の内面から付着物をより早く除去することがで
きる。

【００３０】請求項１０の半導体ウエハのクリーニング
方法の特徴は、クリーニング物質が加熱されたことにあ
り、請求項９の半導体製造装置のクリーニング方法と同
様の作用が得られ、請求項２の方法よりも早く半導体ウ
エハ表面から付着物を除去することができる。

【００３１】請求項１１の半導体製造装置のクリーニン
グ方法の特徴は、クリーニング物質が、炭素元素と結合
すると揮発性を有する分子となる元素、およびハロゲン
元素を含み、前記処理容器内に導入されて、プラズマ状
態にされ、前記処理容器の内面と前記プラズマ状態のク
リーニング物質とが接触することにある。

【００３２】プラズマ内の電子とクリーニング物質とが
衝突して、クリーニング物質がラジカルに早く分解する
ので、請求項９の半導体製造装置のクリーニング方法と
同様の作用が得られる。

【００３３】請求項１２の半導体ウエハのクリーニング
方法の特徴は、クリーニング物質が、炭素元素と結合す
ると揮発性を有する分子となる元素、およびハロゲン元
素を含み、前記処理容器内に導入されて、プラズマ状態
にされ、前記処理容器の内面と前記プラズマ状態のクリ
ーニング物質とが接触することにある。

【００３４】プラズマ内の電子とクリーニング物質とが
衝突して、クリーニング物質がラジカルに早く分解する
ので、請求項１０のウエハのクリーニング方法と同様の
作用が得られる。

【００３５】請求項１１の半導体製造装置のクリーニン
グ方法の特徴は、前記処理容器の内面に、紫外線，レー
ザー光、または放射光を照射することにあり、請求項９
の半導体製造装置のクリーニング方法と同様の作用が得
られる。

【００３６】請求項１４の半導体ウエハのクリーニング
方法の特徴は、半導体ウエハ表面に、紫外線，レーザー
光、または放射光を照射することにあり、請求項１０の
半導体ウエハのクリーニング方法と同様の作用が得られ
る。

【００３７】請求項１５の半導体装置の製造方法の特徴
は、請求項１，３，５，７，９，１１、または１３のク
リーニング方法により付着物を除去された処理容器内で
半導体装置を製造することにあり、処理容器の内面から
剥離した付着物により半導体ウエハ表面が汚染されるの
を防止するので、半導体装置を効率良く製造できる。

【００３８】請求項１６の半導体装置の製造方法の特徴
は、請求項２，４，６，８，１０，または１２のクリー
ニング方法により付着物を除去された半導体ウエハ上に
半導体装置を製造することにあり、半導体ウエハ表面の
付着物を除去することができるので、半導体装置を効率
良く製造できる。

【００３９】

【発明の実施の形態】

（実施例１）本発明の第１の実施例を説明する。本実施
例は、酸素とハロゲン元素を含むクリーニングガスに熱
を加え、半導体処理容器の内壁または半導体ウエハの表
面の炭素を含む付着物を除去する例である。

【００４０】図１に示す本実施例の半導体製造装置１
は、加熱により気相化学反応を生じさせ、半導体ウエハ
上の基板に薄膜を形成する薄膜製造装置である。

【００４１】半導体製造装置１は、半導体処理系１０，
半導体基板１７に薄膜を形成するためのガスを供給する
薄膜形成用ガス供給系２０，容器内壁１６および半導体
基板１７をクリーニングするためのガスを供給するクリ
ーニング用ガス供給系３０、および、処理容器１１内の
気体を排気する排気系４０で構成される。

【００４２】半導体処理系１０は、処理容器１１，半導
体基板１７を載せるホルダー１２、および処理容器１１
の外側に設けられたヒーター１３を有する。ホルダー１
２は処理容器１１内に設けられる。ヒーター１３は、処
理容器１１全体を加熱する。ガス供給系２０において、
成膜用ガスが入ったボンベ２１に接続されたガス輸送管
２６は、バルブ２２，マスフローコントローラー２３、
およびバルブ２４を順に接続する。ガス輸送管２６は、
処理容器１１の壁を貫通し、ガス導入口１４で処理容器
１１内の空間に接続される。

【００４３】クリーニング用ガス供給系３０において、
バルブ３５が設置されたガス輸送管３６は、ガス輸送管
２６に接続され、かつガス輸送管３６ａは、バルブ３４
ａ，マスフローコントローラー３３ａ，バルブ３２ａ、
およびＯＣｌＦ₃ ガスが入ったボンベ３１ａを順に接続
する。ガス輸送管３６ｂは、バルブ３４ｂ，マスフロー
コントローラー３３ｂ，バルブ３２ｂ、およびＨｅガス
が入ったボンベ３１ｂを順に接続する。ガス輸送管３６
ｃは、バルブ３４ｃ，マスフローコントローラー３３
ｃ，バルブ３２ｃ、およびボンベ３１ｃを順に接続す
る。ボンベ３１ｃにはＣ４Ｆ８を充填する。

【００４４】排気系４０において、ガス排気口１５にて
処理容器１１内の空間に接続された排気管４３は、排気
ポンプ４１、および気体から有害物質を除去する浄化装
置４２に接続される。

【００４５】ホルダー１２上の半導体基板１７に薄膜の
形成を行う場合、成膜用ガスをバルブ２２およびマスフ
ローコントローラー２３にて流量調整し、バルブ２４を
開くことによって、ガス導入口１４から処理容器１１内
に導入する。処理容器１１の内圧は排気ポンプ４１の駆
動によって成膜に適切な圧力に保たれる。ヒーター１３
が与える熱によって、成膜用のガスが分解または反応
し、半導体基板１７上に薄膜が形成される。

【００４６】このとき、容器内面１６にも半導体基板１
７上に形成されたものと同じ薄膜が付着する。この付着
物は、容器内面１６から剥離して半導体基板１７上に付
着すると、半導体基板１７上の薄膜の形成を阻害するの
で、度々、容器内面１６の付着物を除去するクリーニン
グを行う必要がある。また、処理容器１１内の機械摺動
部からの塵や半導体基板１７に付着していた不純物が原
因で、容器内面１６には様々な付着物が存在している。
この付着物もクリーニングによって除去する必要があ
る。本実施例では、薄膜材料や炭素元素を含む付着物を
除去する。

【００４７】半導体基板１７に所定厚みの薄膜が形成さ
れたとき、バルブ２４を閉じて処理容器内への成膜用ガ
スの供給を停止する。半導体基板１７は、処理容器１１
から取り出される。処理容器１１内のクリーニングは、
ホルダー１２上に半導体基板１７がない状態で行われ
る。処理容器１１内に供給されるＯＣｌＦ₃ ガスの量は
バルブ３２ａおよびマスフローコントローラー３３ａで
調整される。クリーニングガスＯＣｌＦ₃ を希釈するた
めのＨｅガスの量は、バルブ３２ｂおよびマスフローコ
ントローラー３３ｂで調整される。ＯＣｌＦ₃ およびＨ
ｅガスは、バルブ３４ａ，バルブ３４ｂおよびバルブ３
５を開くことによって、ガス導入口１４から、排気ポン
プ４１で適切な圧力に保たれた処理容器１１内に導入さ
れる。ＯＣｌＦ₃ ガスとＨｅガスのモル比率は１：１と
する。

【００４８】ヒーター１３が与える熱によって、処理容
器１１内に導かれたＯＣｌＦ₃ ガスは、Ｏ，Ｆ，Ｃｌ，
ＣｌＦおよびＣｌＦ₂ のラジカルに分解する。Ｆ，Ｃ
ｌ，ＣｌＦおよびＣｌＦ₂ のラジカルは、付着物の化学
的結合に寄与する電子を奪い、付着物を分解する。分解
された付着物とハロゲン元素を含むラジカルとが化学的
に結合することによって、ハロゲン化合物が生成され
る。ハロゲン化合物のうち、ＣＦ，ＣＦ₂，ＣＦ₃，ＣＣ
ｌ，ＣＣｌ₂，ＣＣｌ₃などの炭素元素を含むハロゲン化
合物の多くは、気化しにくいので付着物として留まる。
しかし、酸素と炭素の化学的結合は、炭素とハロゲンと
の化学的結合よりも強いので、酸素のラジカルが炭素元
素を含むハロゲン化合物から炭素元素を奪って化学的に
結合するので、揮発性の高いＣＯ，ＣＯ₂が生成され
る。ＣＯ，ＣＯ₂は、容器内面１６から離脱する。酸素
ラジカルは付着物中の炭素元素と化学的に結合すること
によってもＣＯ，ＣＯ₂ が生成される。

【００４９】酸素のラジカルと化学的に結合し炭素元素
を失ったハロゲン化合物、および炭素元素を含まない分
解物と結合したハロゲン化合物の多くは、揮発性を有す
るので、容器内面１６から離脱する。

【００５０】上記各ラジカルとの化学反応によって生成
され、容器内面１６から離脱したハロゲン化合物、Ｃ
Ｏ，ＣＯ₂ は、排気ポンプ４１により排気され、浄化装
置４２で取り除かれる。

【００５１】本実施例の半導体製造装置１においては、
処理容器１１が加熱されるので、容器内面１６の付着物
が分解されやすく、付着物を早く除去することができ
る。また、付着物から離脱したＣＯ，ＣＯ₂ は化学的に
安定であるので、容器内面１６に影響を与えずに付着物
を除去することができる。

【００５２】半導体製造装置１を用いた半導体基板１７
のクリーニング例を説明する。

【００５３】この例は、半導体基板１７上のフルオロカ
ーボン（フッ化炭素）のエッチング残さを除去する場合
である。クリーニングを行う半導体基板１７は、予めＣ
₄Ｆ₈を用いたドライエッチングにより、半導体基板１７
上にコンタクトホールが形成されているものである。こ
の半導体基板１７のコンタクトホールの側壁には、フル
オロカーボンの０.１ ミクロン程度の厚さの残さ（エッ
チング残さ）が図２の様に付着している。

【００５４】この半導体基板１７を処理容器１１内へ納
めてクリーニングを行うと、約１０分でフルオロカーボ
ンを除去することができた。ただし、処理容器１１内の
温度は、ＯＣｌＦ₃ が分解でき、かつ、半導体基板１７
が損傷しない温度にするとよい。本例では、処理容器１
１内の温度を処理容器１１内だけをクリーニングする場
合よりも１００度ほど低くした。

【００５５】以上では、半導体基板１７上のフルオロカ
ーボンのクリーニングについて説明したが、容器内面１
６にフルオロカーボンが付着している場合にも、同様の
クリーニングでフルオロカーボンを除去できる。

【００５６】（従来例ＣｌＦ₃ との比較）本実施例で用
いる酸素とハロゲン元素を含む種々のクリーニングガス
について、半導体基板１７上の付着物を除去する速度
(エッチングレート)を求め、ＣlＦ₃のエッチングレート
と比較する。

【００５７】初めに、ＯＣｌＦ₃ によるエッチングレー
トについて説明する。半導体基板１７に形成された、Po
ly−Ｓｉ膜，ＳｉＮ膜，ＳｉＯ₂ 膜，ＷＳｉ膜，フルオ
ロカーボン膜（ＣとＦの比率は１：２），ａ−Ｃ（アモ
ルファスカーボン）膜、およびＷ膜毎のエッチングレー
トを図３に示す。図３は、温度による各膜のエッチング
レートの違いを示している。また、同図には、ＣｌＦ₃
によるフルオロカーボン膜およびａ−Ｃ膜のエッチング
レートも示す。図３から、以下のことが判る。

【００５８】ＯＣｌＦ₃ によるフルオロカーボン膜およ
びａ−Ｃ膜のエッチングレートは、ＣｌＦ₃ によるエッ
チングレートより一桁程度大きい。すなわち、除去にか
かる時間が短く、効率良く除去できる。

【００５９】ただし、ＯＣｌＦ₃ を用いたクリーニング
は、Poly−Ｓｉ膜，ＳｉＮ膜，ＳｉＯ₂ 膜およびＷＳｉ
膜をそれぞれ除去することができるが、ＣｌＦ₃ よりも
やや時間がかかる。これは、ＯＣｌＦ₃ 中の酸素がＳｉ
およびＷと結合して酸化物となり、エッチングを妨げる
ためである。ＯＣｌＦ₃ によるPoly−Ｓｉ膜，ＳｉＮ
膜，ＳｉＯ₂ 膜およびＷＳｉ膜のエッチングレートは、
ＣｌＦ₃ によるよりも若干小さいことが知られている。

【００６０】次に、クリーニング物質であるＯＣｌ
Ｆ₇，ＯＣｌＦ₅，ＯＢｒＦ₃，ＯＢｒＦ₅およびＯＢｒＦ
₇ 毎のエッチングレートについて説明する。

【００６１】図４は、各ガスに対するａ−Ｃ膜の温度に
よるエッチングレートの変化を示している。また、同図
には、ＯＣｌＦ₃およびＣｌＦ₃によるエッチングレート
も示す。図４から、以下のことが判る。

【００６２】各種ガスによるエッチングレートは、ＯＣ
ｌＦ₇＞ＯＣｌＦ₅＞ＯＣｌＦ₃ およびＯＢｒＦ₇＞ＯＢ
ｒＦ₅＞ＯＢｒＦ₃＞ＣｌＦ₃となる。すなわち、これら
のクリーニング物質は、ＣｌＦ₃よりも、ａ−Ｃ膜を短
時間で、効率良く除去できる。また、フルオロカーボン
膜（ＣとＦの比率は１：２）についてもａ−Ｃ膜と同様
に、ＣｌＦ₃よりも短時間で、効率良く除去できる。

【００６３】これらのクリーニングガスのうちのＯＣｌ
Ｆ₇によるPoly−Ｓｉ膜，ＳｉＮ膜，ＳｉＯ₂膜，ＷＳｉ
膜，フルオロカーボン膜（ＣとＦの比率は１：２）およ
びＷ膜のエッチングレートは、ＣｌＦ₃に対するエッチ
ングレートよりも大きい。半導体基板１７の表面に形成
されたこれらの膜はＯＣｌＦ₇ を用いることによって短
時間で効率良く除去できる。

【００６４】ＯＣｌＦ₅，ＯＢｒＦ₃，ＯＢｒＦ₅，ＯＢ
ｒＦ₇によるこれらの膜のエッチングレートはＣｌＦ₃よ
りも若干小さく、すなわち、ＣｌＦ₃よりもやや時間が
かかるが、これらの膜を除去することができる。

【００６５】ＯＣｌＦ₇，ＯＣｌＦ₅，ＯＢｒＦ₃，ＯＢ
ｒＦ₅，ＯＢｒＦ₇ のクリーニング物質は、ＯＣｌＦ₃
の場合と同様に、ボンベ３１ａから半導体処理系１０に
供給され、クリーニングが行われる。ただし、エッチン
グレートが高いほど、すなわち反応性が高いほど、クリ
ーニング物質の取り扱いは難しいので、付着物の種類や
程度に合わせて、クリーニング物質を選択するとよい。

【００６６】ＯＣｌＦｎおよびＯＢｒＦｎ（ｎ＝５，
７）は、室温では反応性が非常に高く、バルブやガス輸
送管等の導入機器を腐食させることがある。また、導入
機器等の処理容器１１よりも上流で化学反応が起こり、
ＯＣｌＦｎおよびＯＢｒＦｎ（ｎ＝５，７）の処理容器
１１内での反応性が劣化することがある。そこで、図５
に示すように、クリーニング用ガス供給系３０において
ボンベやバルブなどを断熱材３８で囲み、冷却装置３９
によって低温に保ち、クリーニング物質がクリーニング
用ガス供給系３０で反応を起こさないようにするとよ
い。

【００６７】また、クリーニング物質が室温で液状の場
合は、図５のように導入口１４に加熱装置３７を設け、
クリーニング物質を加熱し気化させて処理容器１１内へ
導入するとよい。

【００６８】また、反応性が高いクリーニング物質ほ
ど、小さいエネルギーでラジカルに分解する。既に半導
体装置が作られた半導体ウエハをクリーニングする場合
など、低い温度で不純物を除去する必要があるときは、
反応性が高いクリーニング物質、例えばＯＣｌＦｎおよ
びＯＢｒＦｎ（ｎ＝５，７）を用い、ヒーター１３によ
る加熱を抑えてクリーニングを行うと良い。

【００６９】以上では、半導体基板１７上の付着物につ
いてエッチングレートを比較したが、容器内面１６の付
着物についても同様の比較結果が得られる。

【００７０】（実施例１の効果）本実施例の半導体製造
装置１においてクリーニング物質として、ＯＣｌＦ₇，
ＯＣｌＦ₅，ＯＣｌＦ₃，ＯＢｒＦ₃，ＯＢｒＦ₅、または
ＯＢｒＦ₇ を用いることにより、ＣｌＦ₃ を用いた場合
よりも、容器内面１６または半導体ウエハの表面に付着
したａ−Ｃ膜を短時間で、効率良く除去できる。また、
Poly−Ｓｉ膜，Ｓｉ−Ｎ膜，ＳｉＯ₂ 膜，ＷＳｉ膜，フ
ルオロカーボン膜（ＣとＦの比率は１：２），Ｗ膜を含
む付着物も除去することができる。従って、容器内面１
６に付着している薄膜材料や炭素を含む付着物，半導体
基板１７上のフルオロカーボンのエッチング残さ等も除
去することができる。

【００７１】また、プラズマを用いた場合は、クリーニ
ングはプラズマ領域で行われ、プラズマ領域から遠く離
れた所では付着物を除去できない。しかしながら、本実
施例は、クリーニング物質をガスの状態で用いるので、
処理容器の内面全域をクリーニングすることができ、処
理容器内面の付着物をより少なくできる。

【００７２】また、半導体製造装置１において、本実施
例で説明したようなクリーニングを行ってから半導体装
置を製造すれば、付着物が処理容器内壁から剥離して半
導体ウエハの表面に付着するのを防止でき、半導体装置
を効率良く製造できる。

【００７３】（実施例２）本発明の第２の実施例を説明
する。本実施例は、ＯＣｌＦ₃ ガスとともにＣｌＦ₃ガ
スを用いてクリーニングを行うものである。

【００７４】本実施例では、図１の半導体製造装置１の
ボンベ３１ｃに、Ｃ₄Ｆ₈の代わりにＣｌＦ₃ガスを充填
する。実施例１と同様にＯＣｌＦ₃，Ｈｅ、およびＣｌ
Ｆ₃ を処理容器１１内に導入してクリーニングを行う。

【００７５】ＣｌＦ₃は加熱されて、Ｆ，Ｃｌ，ＣｌＦ
およびＣｌＦ₂のラジカルに分解する。実施例１の様
に、処理容器１１内のＦ，Ｃｌ，ＣｌＦおよびＣｌＦ₂
のラジカルが増加する。増加したＦおよびＣｌのラジカ
ルが、付着物から付着物の結合に寄与する電子を奪い、
付着物を早く分解し、ハロゲン化合物が増加する。

【００７６】実施例１と同様に、酸素のラジカルは、付
着物および炭素元素を含むハロゲン化合物中の炭素元素
と結合し、ＣＯ，ＣＯ₂ 分子となって離脱する。

【００７７】ここで、付着物中に多量に炭素元素が含ま
れていると、酸素のラジカルよりも、Ｆ，Ｃｌ，ＣｌＦ
およびＣｌＦ₂ のラジカルが非常に多いために、炭素元
素を含むハロゲン化合物が増加する。すなわち、ＣＯ，
ＣＯ₂ 分子が離脱するよりも、付着物が増加して、付着
物を除去することができない。従って、本実施例は、付
着物中の炭素元素が少ない場合に有効である。

【００７８】付着物中に含まれる炭素元素が少ない場合
は、炭素を含まないハロゲン化合物が増加し付着物から
離脱するので、実施例１の場合よりも、早く付着物を除
去することができる。

【００７９】本実施例によれば、酸素とハロゲンを含む
クリーニング物質のみを用いた場合よりも、炭素元素を
少量含む付着物を早く除去することができる。

【００８０】（実施例３）本発明の第３の実施例を説明
する。本実施例は、ＯＣｌＦ₃ ガスを用い、処理容器内
に紫外線を照射しながらクリーニングを行うものであ
る。

【００８１】図６に本実施例の半導体製造装置３を示
す。

【００８２】ガス供給系２０，クリーニング用ガス供給
系３０，排気系４０の構成は、実施例１と同様である
が、ガス輸送管３６ｃ，バルブ３４ｃ，マスフローコン
トローラー３３ｃ，バルブ３２ｃ、およびボンベ３１ｃ
は用いない。

【００８３】半導体処理系３００は、上部壁の一部に透
明な石英板３０１を有する処理容器３１１，石英板３０
１の上方に配置された紫外線照射装置３０２および紫外
線照射装置３０２用の電源３０３を備える。他の構成は
実施例１の半導体処理系１０と同様である。

【００８４】表面に予めａ−Ｃ膜を形成しておいた半導
体基板１７を用いて、紫外線を照射した場合と照射しな
い場合とのａ−Ｃ膜のエッチングレートを比較する。

【００８５】半導体基板１７をホルダー１２に載せて、
実施例１と同様に流量比が１：１のＯＣｌＦ₃ とＨｅを
処理容器３１１内に導入する。更にヒーター１３により
加熱し、上部から、２００ｎｍの紫外線を１ｋｗで照射
した。

【００８６】本実施例におけるａ−Ｃ膜のエッチングレ
ートは、紫外線を照射しない実施例１の場合に比べ約
１.５ 倍に増加した。

【００８７】本実施例によれば、実施例１よりも、半導
体基板１７表面のａ−Ｃ膜を短時間で、効率良く除去で
きる。

【００８８】また、本実施例では紫外線を照射したが、
レーザー光または放射光を照射しても本実施例と同様に
ａ−Ｃ膜を除去できる。

【００８９】表面にフルオロカーボン膜が形成された半
導体基板１７に対して処理容器311内で、同じように紫
外線を照射してクリーニングを行った。この場合も、実
施例１よりも短時間で効率よく半導体基板１７上のフル
オロカーボン膜を除去できる。

【００９０】（実施例４）本発明の第４の実施例を説明
する。本実施例は、マイクロ波によりＯＣｌＦ₃をプラ
ズマ状態にしてクリーニングを行うものである。

【００９１】図７に本実施例の半導体製造装置４を示
す。

【００９２】ガス供給系２０，クリーニング用ガス供給
系３０，排気系４０構成は、実施例１と同様である。ボ
ンベ２１ａは、エッチング用のＣ₄Ｆ₈ガスが充填され、
ボンベ３１ｃは、クリーニング用のＯ₂ ガスが充填され
ている。

【００９３】半導体処理系４００は、処理容器４１１，
マイクロ波を発生するマグネトロン４０２、および処理
容器４１１に取り付けられる導波管４０３を備える。マ
グネトロン用電源４０１は、マグネトロン４０２に接続
される。処理容器４１１に取り付けられた石英板４０４
は、導波管４０３内の空間と処理容器４１１内の空間隔
離する。ヒーター１３が処理容器４１１の外側に設けら
れる。電磁石４０５は、処理容器４１１の外側に配置さ
れて、処理容器４１１内に磁界を発生させる。処理容器
４１１内のホルダー４１２は、高周波電源４０６に接続
される。導波管４０３は、上記マイクロ波を処理容器４
１１内に導く。処理容器４１１は実施例１と同様に、ガ
ス供給系２０とクリーニング用ガス供給系３０ガスに接
続するガス導入口１４と、排気系４０に接続するガス排
気口１５を有する。

【００９４】ホルダー４１２上にエッチングを行う半導
体基板１７を載せ、処理容器４１１内にＣ₄Ｆ₈ガスを供
給する。マイクロ波を処理容器４１１内に導くととも
に、ホルダー４１２に高周波電圧を印加する。ヒーター
１３で容器内を加熱する。Ｃ₄Ｆ₈はプラズマ化し、半導
体基板１７はプラズマエッチングされる。Ｃ₄Ｆ₈ガスの
供給，マイクロ波の導入，高周波電圧の印加、およびヒ
ーター１３での加熱を停止して、エッチングを終了す
る。

【００９５】Ｃ₄Ｆ₈を用いてエッチングを行った後の容
器内壁４１６には、フルオロカーボン膜（フッ化炭素
膜）が付着している。

【００９６】エッチングを終了した後に、ＯＣｌＦ₃と
Ｈｅに加え、Ｏ₂ガス２ｃも処理容器１１内に導入し、
磁界とマイクロ波の印加によりプラズマを発生させる。

【００９７】プラズマ内の電子が、ＯＣｌＦ₃およびＯ₂
に衝突して、ＯＣｌＦ₃およびＯ₂がラジカルに早く分解
し、フルオロカーボン膜は、実施例１よりも早く除去さ
れる。

【００９８】本実施例によれば、Ｏ₂またはＯＣｌＦ₃を
単独に用いるよりも、フルオロカーボン膜を早く除去で
きる。

【００９９】ただし、プラズマ領域から離れた所ではク
リーニングの効果は小さいので、処理容器内全体にプラ
ズマが広がるように、もしくは、プラズマが処理容器内
を移動するように、マグネトロン４０２および電磁石４
０５によって、マイクロ波と磁界の大きさを調整すると
良い。

【０１００】次に、半導体製造装置４をクリーニングす
る他の例を説明する。この例は、エッチングによって生
じた付着物が金属を含んでいる。エッチングガスは、上
述したＣ₄Ｆ₈ガスの代わりにＣｌ₂とＳＦ₆ガスを用い
る。ガス供給系２０にＣｌ₂ ガスを充填したボンベ２１
ａと、ＳＦ₆ ガスを充填した他のボンベ（図示せず）を
用意する。クリーニング用ガスは、ＯＣｌＦ₃ ガスとＨ
ｅガスを用いる。ボンベ３１ｃは用いない。

【０１０１】Ｃｌ₂とＳＦ₆ガスを用いてマイクロ波で半
導体基板１７上のＴｉＷ−Ａｌ−ＴｉＷ（メタル）部分
のプラズマエッチングを行った後、処理容器１１の内部
をＥＰＭＡ解析（電子線照射時に発生する特性Ｘ線から
含有元素を解析）する。このとき容器上部の容器内面に
は、Ａｌ，Ｃｌ，Ｏ，Ｎｉ，Ｓ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｃの元素
から構成された物質が、ホルダー４１２周辺部の内壁に
は、Ａｌ，Ｃｌ，Ｆ，Ｏ，Ｎｉ，Ｓ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｗ，Ｃの元素から構成された物質が付着していた。
これらの元素は、半導体基板上のメタル部分、エッチン
グガス，ステンレスの処理容器等から発生したものであ
る。

【０１０２】半導体基板１７を取り出した処理容器１１
内に、流量比が１：１のＯＣｌＦ₃ガスとＨｅガスを外
部から導入して、プラズマ化せずにヒーター１３により
加熱して、クリーニングを行った。

【０１０３】クリーニングの後、再びＥＰＭＡ解析する
と、処理容器４１１の上部内面およびホルダー４１２の
内壁に、付着物はほとんど見られなかった。すなわち、
金属を含む付着物を除去することができた。

【０１０４】

【発明の効果】請求項１の半導体製造装置のクリーニン
グ方法によれば、炭素元素を含む付着物は分解され、ク
リーニング物質とともに揮発性を有する分子となって離
脱するので、半導体製造装置の処理容器の内壁の表面か
ら付着物を除去することができる。

【０１０５】請求項２の半導体ウエハのクリーニング方
法によれば、半導体ウエハ表面の炭素元素を含む付着物
を短時間に半導体ウエハ表面から除去することができ
る。

【０１０６】請求項３の半導体製造装置のクリーニング
方法によれば、半導体ウエハ表面の炭素元素を含む付着
物を短時間に半導体ウエハ表面から除去することができ
る。その際に付着物から離脱したＣＯ，ＣＯ₂ は、化学
的に安定な物質であり、処理容器の内壁と反応しないの
で、処理容器の内壁に影響を与えずに炭素元素を含む付
着物を除去することができる。その処理容器内に半導体
ウエハが置かれている場合には、ＣＯ，ＣＯ₂ は半導体
ウエハの表面にも影響を与えない。請求項４の半導体ウ
エハのクリーニング方法も同様の作用効果を生じる。

【０１０７】請求項５の半導体製造装置のクリーニング
方法によれば、請求項１の方法と同様の作用効果を生
じ、半導体製造装置の処理容器の内面から付着物を短時
間に除去できる。請求項６の半導体ウエハのクリーニン
グ方法も同様の作用効果を生じる。

【０１０８】請求項５の半導体製造装置のクリーニング
方法によれば、付着物中に含まれる炭素元素が少ない場
合は、請求項１の半導体製造装置のクリーニング方法と
同様の作用効果が得られるとともに、半導体製造装置の
処理容器の内壁の表面から付着物をより早く除去するこ
とができる。請求項８の半導体ウエハのクリーニング方
法も同様の作用効果を生じる。

【０１０９】請求項９の半導体製造装置のクリーニング
方法によれば、請求項１の方法よりも早く半導体製造装
置の処理容器の内壁の表面から付着物を除去することが
できる。請求項１１および１３の方法も同様の作用効果
を生じる。

【０１１０】請求項１０の半導体ウエハのクリーニング
方法によれば、請求項２の方法よりも早く半導体ウエハ
表面から付着物を除去することができる。請求項１２お
よび１４の方法も同様の作用効果を生じる。

【０１１１】請求項１５の半導体装置の製造方法によれ
ば、処理容器の内壁の表面から剥離した付着物により半
導体ウエハ表面が汚染されるのを防止するので、半導体
装置を効率良く製造できる。

【０１１２】請求項１６の半導体装置の製造方法によれ
ば、半導体ウエハの表面の付着物を除去することができ
るので、半導体装置を効率良く製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体基板に薄膜を成膜する半導体製造装置１
を示す図。

【図２】半導体基板上のコンタクトホールに残るエッチ
ング残さを示す図。

【図３】ＯＣｌＦ₃による各種膜のエッチングレートを
示す図。

【図４】ＯＣｌＦ₃，ＯＣｌＦ₅，ＯＣｌＦ₇，ＯＢｒ
Ｆ₃，ＯＢｒＦ₅，ＯＢｒＦ₇によるアモルファスカーボ
ン膜のエッチングレートを示す図。

【図５】反応性の高いガスを用いる場合の半導体製造装
置１を示す図。

【図６】紫外線を照射する場合の半導体製造装置３を示
す図。

【図７】クリーニング物質をプラズマ状態で用いる場合
の半導体製造装置４を示す図。

【符号の説明】

１，３，４…半導体製造装置、１０，３００，４００…
半導体処理系、１１，３１１，４１１…処理容器、１
２，４１２…ホルダー、１３…ヒーター、１４…ガス導
入口、１５…ガス排気口、１６…容器内面、１７…半導
体基板、２０…ガス供給系、２１，３１…ボンベ、２
２，２４，３２，３４，３５…バルブ、２３，３３…マ
スフローコントローラー、２６，３６…ガス輸送管、３
０…クリーニング用ガス供給系、３７…加熱装置、３８
…断熱材、３９…冷却装置、４０…排気系、４１…排気
ポンプ、４２…浄化装置、４３…排気管、３０１，４０
４…石英板、３０２…紫外線照射装置、３０３…電源、
４０１…マグネトロン用電源、４０２…マグネトロン、
４０３…導波管、４０５…電磁石、４０６…高周波電
源。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体製造装置の処理容器の内面の付着物
   を除去する半導体製造装置のクリーニング方法におい
   て、 炭素元素と結合すると揮発性を有する分子となる元素、
   およびハロゲン元素を含むクリーニング物質を前記処理
   容器内に導入し、 前記クリーニング物質を、前記分子となる元素のラジカ
   ル、および前記ハロゲン元素を含むラジカルに分解し、 前記分子となる元素のラジカル、および前記ハロゲン元
   素を含むラジカルを、前記処理容器の内面に接触させる
   ことを特徴とする半導体製造装置のクリーニング方法。
2. 【請求項２】半導体製造装置の処理容器内に配置された
   半導体ウエハ表面の付着物を除去する半導体ウエハのク
   リーニング方法において、 炭素元素と結合すると揮発性を有する分子となる元素、
   およびハロゲン元素を含むクリーニング物質を前記処理
   容器内に導入し、 前記クリーニング物質を前記分子となる元素のラジカ
   ル、および前記ハロゲン元素を含むラジカルに分解し、 前記分子となる元素のラジカル、および前記ハロゲン元
   素を含むラジカルを前記半導体ウエハ表面に接触させる
   ことを特徴とする半導体ウエハのクリーニング方法。
3. 【請求項３】前記分子となる元素は、酸素であることを
   特徴とする請求項１の半導体製造装置のクリーニング方
   法。
4. 【請求項４】前記分子となる元素は、酸素であることを
   特徴とする請求項２の半導体ウエハのクリーニング方
   法。
5. 【請求項５】前記クリーニング物質は、ＯＣｌＦｎおよ
   びＯＢｒＦｎ(ｎ＝１，３，５，７)のうち少なくとも一
   種を含むことを特徴とする請求項１の半導体製造装置の
   クリーニング方法。
6. 【請求項６】前記クリーニング物質は、ＯＣｌＦｎおよ
   びＯＢｒＦｎ(ｎ＝１，３，５，７)のうち少なくとも一
   種を含むことを特徴とする請求項２の半導体ウエハのク
   リーニング方法。
7. 【請求項７】前記クリーニング物質とともに、ＣｌＦ₃
   を前記処理容器内に導入することを特徴とする請求項１
   の半導体製造装置のクリーニング方法。
8. 【請求項８】前記クリーニング物質とともに、ＣｌＦ₃
   を前記処理容器内に導入することを特徴とする請求項２
   の半導体ウエハのクリーニング方法。
9. 【請求項９】前記クリーニング物質は加熱されたことを
   特徴とする請求項１の半導体製造装置のクリーニング方
   法。
10. 【請求項１０】前記クリーニング物質は加熱されたこと
    を特徴とする請求項２の半導体ウエハのクリーニング方
    法。
11. 【請求項１１】半導体製造装置の処理容器の内面の付着
    物を除去する半導体製造装置のクリーニング方法におい
    て、 炭素元素と結合すると揮発性を有する分子となる元素、
    およびハロゲン元素を含むクリーニング物質を前記処理
    容器内に導入し、 前記クリーニング物質をプラズマ状態にし、 前記プラズマ状態のクリーニング物質を前記処理容器の
    内面に接触させることを特徴とする半導体製造装置のク
    リーニング方法。
12. 【請求項１２】半導体製造装置の処理容器内に配置され
    た半導体ウエハ表面の付着物を除去する半導体ウエハの
    クリーニング方法において、 炭素元素と結合すると揮発性を有する分子となる元素、
    およびハロゲン元素を含むクリーニング物質を前記処理
    容器内に導入し、 前記クリーニング物質をプラズマ状態にし、 前記プラズマ状態のクリーニング物質を前記半導体ウエ
    ハ表面に接触させることを特徴とする半導体ウエハのク
    リーニング方法。
13. 【請求項１３】前記処理容器の内面に、紫外線，レーザ
    ー光、または放射光を照射することを特徴とする請求項
    １の半導体製造装置のクリーニング方法。
14. 【請求項１４】前記半導体ウエハ表面に、紫外線，レー
    ザー光、または放射光を照射することを特徴とする請求
    項２の半導体ウエハのクリーニング方法。
15. 【請求項１５】半導体製造装置の処理容器内で半導体装
    置を製造する半導体装置の製造方法において、 前記処理容器は、請求項１，３，５，７，９，１１、ま
    たは１３の半導体製造装置のクリーニング方法により付
    着物を除去されたことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
16. 【請求項１６】請求項２，４，６，８，１０、または１
    ２の半導体ウエハのクリーニング方法により付着物を除
    去された半導体ウエハ上に半導体装置を製造することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。