JAIST Repository: 触媒体上でのNF3分解反応を用いたエッチング・クリーニングの研究
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(2) A19p8. 触 媒 体 上 で の NF3 分 解 反 応 を 用 い た エ ッ チ ン グ ・ ク リ ー ニ ン グ の 研 究 西村 悟 (松村研究室) 【 は じ め に 】 CVD装置では膜質を安定化させるために、チャンバー内に付着した不要膜を取り除き、 絶えずクリーンな状態に維持するため、頻繁にセルフクリーニングを行なう必要がある。多くのCVD 装置のクリーニングプロセスにはSF6、NF3ガスやCF4／O2ガスを用いたプラズマが多用されているが、 プラズマプロセスそのものにプラズマ損傷や基板の大面積処理が困難であるなど深刻な問題が発生し ている。プラズマを用いず、接触分解反応によるガス分解を用いたCat(Catalytic)-CVD法は、現在多用 されているPE(Plasma Enhanced)-CVD法よりガス利用効率が高いことが知られている（PE-CVD法では 数％、Cat-CVD法では数10％）。しかし、Cat-CVD装置の製造ライン導入にはin situ クリーニングが必 須であり、すでに本研究室では接触分解反応で生成した原子状水素を用いたa-Si膜のプラズマレスチャ ンバークリーニングを達成しているが、現状技術ではSiNx膜やSiO2膜を取り除くことができない。そこ で本研究では、接触分解反応により触媒体上で生成したNF3分解種をチャンバークリーニングに用いる ことにより、SiNx膜やSiO2膜を取り除くことで堆積からクリーニングまでCat-CVD一貫プロセスを実現 することを第一の目的としている。さらにCat-CVDのガス利用効率が高いので、NF3ガス使用量の削減 が期待されるため、生産コストや環境面の負荷の減少を実証し、本技術の有効性を示すことも目的と している。 【 実 験 方 法 】 本手法のエッチングでは、加熱した触媒体と NF3 ガスとの接触分解反応を利用し、活性 なフッ素系ラジカルを生成し、Si 化合物を SiF4 などの揮発性生成物としてエッチング／クリーニング を行うものである。被エッチング材料として Si 基板、Cat-CVD 法により堆積した SiNx 膜、および溶融 石英ガラス基板を用いた。なお、これらの膜および基板上に真空蒸着法で形成した Al 製 Line & Space パターンマスクを介してエッチングを行った。エッチングレートは接触段差計により評価した。 【 結 果 と 考 察 】 この手法で用いる接触分解反応では、触媒体上に原料ガスが解離吸着する反応が最初 に起こり、この際触媒体が高温に加熱されていると、分解種が熱脱離する。しかし、触媒体が低温の 場合、解離し活性化された分解種が触媒体の変性を引き起こしてしまう。一方、触媒体が高温の場合、 触媒体と反応する前に分解種が熱脱離するため、触媒体は変性せず、触媒として作用しうることにな る。そこでまず触媒体として使用する W が腐食されない温度条件を調べた。図 1 に触媒体電流の経時 変化の触媒体温度依存性を示す。触媒体は通電により加熱しているため、触媒体を流れる電流の経時 変化を見ることで、抵抗率変化を測定し、触媒体の断面積変化すなわち触媒体表面の腐食を調べた。 図 1 より触媒体温度が 2400℃以上であれば電流が変化しない、つまり触媒体は NF3 ガスの分解で発生 したフッ素系ラジカルに腐食されないといえる。エッチングレートの NF3 ガス流量依存性を図 2 に示 す。流量の増加とともにエッチングレートも増加していき、NF3 ガス流量が 10 sccm のとき単結晶 Si 基 板で 3500 nm/min、Cat-CVD 法で堆積した SiNx 膜で 740 nm/min、溶融石英ガラス基板で 50 nm/min の エッチング速度を得た。 【まとめ】触媒体温度を 2400℃にすることで、触媒体に損傷を与えることなく NF3 ガスを分解するこ とが可能であることを見出した。このことから Cat-CVD システムのみで Si のみならず SiNx 膜や SiO2 膜においても実用レベルのエッチングやクリーニングが可能であることが示された。 120. 4000. Etch Rate (nm/min). dIcat/dt (A/min). Gas Pressure = 66.7 Pa 0.04. 3000. 0.03. Si SiO 2 SiNx. 100 80 60. 2000. 0.02. 0.01. 40. 1000 20. 0.00 1900. 2000. 2100. 2200. 2300. Catalyzer Temperature (℃ ). 2400. 2500. 0. FlowRate o0 f He = 70 s2 ccm G as Pressure = 66.7 Pa Catalyzer Temp. = 2400 ℃ Holder Temp. = 300 ℃. 4. 6. 8. Flow Rate of NF 3 (sccm). 10. 0 12. Etch Rate (nm/min). 0.05.
(3) 図 1：触媒体電流の経時変化の. 図 2 ：エッチングレート. 触媒体温度依存性. の. keywords：NF3、接触分解、チャンバークリーニング、Cat-CVD 装置. 2.
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