(57)【要約】【目的】  専用の装置を必要とすることなく工程数を低減した半導体素子製造方法を提供する。【構成】  ウエハ状の基板に少なくとも１つの半導体素子を製造する半導体素子製造方法であり、前記基板のウエハ表面上に少なくとも１層の膜をこれに対応する成膜材料を用いて成膜する成膜ステップと、当該成膜がなされたウエハ表面に不活性ガスを供給しつつ、当該成膜がなされたウエハの周囲に前記成膜材料に適合するエッチングガスを供給することによって、前記ウエハ表面以外のウエハ部分の膜除去を行う膜除去ステップと、を含むことを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ状の基板に少なくとも１つの半導体素子を製造する半導体素子製造方法であって、
前記基板のウエハ表面上に少なくとも１層の膜をこれに対応する成膜材料を用いて成膜する成膜ステップと、
当該成膜がなされたウエハ表面に不活性ガスを供給しつつ、当該成膜がなされたウエハの周囲に前記成膜材料に適合するエッチングガスを供給することによって、前記ウエハ表面以外のウエハ部分の膜除去を行う膜除去ステップと、
を含むことを特徴とする半導体素子製造方法。
【請求項２】
前記成膜ステップは、前記ウエハ表面を覆うガス供給部から成膜用ガスを供給するステップであり、前記膜除去ステップは、前記ガス供給部から前記成膜用ガスに代えて前記不活性ガスを供給するステップであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子製造方法。
【請求項３】
前記膜除去ステップは、前記ガス供給部と前記ウエハ表面との間の距離を、前記成膜ステップにおける当該距離に比して小さく設定するステップを含むことを特徴とする請求項２記載の半導体素子製造方法。
【請求項４】
前記膜除去ステップは、前記エッチングガスを前記ガス供給部の周縁端部から供給するステップであることを特徴とする請求項２記載の半導体素子製造方法。
【請求項５】
前記膜除去ステップは、前記エッチングガスを主に前記ウエハ部分のうちでウエハエッジに向けて供給するステップであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子製造方法。
【請求項６】
前記膜除去ステップに先立って、前記成膜ステップが実行されたウエハを第１のチャンバから搬出して第２のチャンバに搬入するチャンバ間搬送ステップをさらに含み、前記膜除去ステップは、前記第２のチャンバ内において、当該成膜材料に適合するエッチング温度で膜除去を行うステップであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子製造方法。
【請求項７】
前記少なくとも１層の膜は、タングステンシリサイド膜とポリシリコン層とを含むことを特徴とする請求項１記載の半導体素子製造方法。
【請求項８】
前記基板は、Ｓｉを主材料とする基板であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子製造方法。
【請求項９】
前記エッチング用ガスは、タングステンシリサイド膜及びポリシリコン膜のうちの少なくとも１つをエッチング可能とするガスであることを特徴とする請求項１記載の半導体素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜技術やエッチング技術を用いて半導体素子を製造する半導体素子製造方法に関し、特に、ウエハエッジ等のウエハ表面以外の部分を膜除去する半導体素子製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、半導体素子が形成される通常のウエハ断面を示している。当該ウエハは、例えば、基板１１上にポリシリコン膜１３が形成され、その上にさらにタングステンシリサイド膜１４（以後ＷＳｉと称す）が形成されている。これら各層は、例えばＣＶＤ法によって形成されるが、本図の中段に示されるようにウエハ表面のみならず、ウエハ全面、すなわち表面、裏面及びウエハエッジ部（Ａの部分）に均一に各膜１３及び１４が成膜されることになる。このような状態のウエハに次のプロセスとして、ドライエッチング等の方法によりゲートパターンを形成すると、ウエハエッジ部の一部（Ｂの部分）で不要な膜が残存する現象が発生してしまう。
【０００３】
図２は、図１に示された如きウエハのエッジ部断面を撮影した顕微鏡写真の一部を示している。ここで、ウエハエッジ部（Ｂの部分）にはＷＳｉやポリシリコンからなる膜が一部「ささくれ」状に残っているのが観察される。かかる「ささくれ」状態は、ゲートのエッチング時においてエッチングガスがウエハに対して垂直方向に入射してくることに起因すると推察される。かかる状態のままで次のプロセスを処理しようとすると、これらの膜が剥がれて、ウエハ表面へ飛散し形状不良やパーティクル源となり半導体素子製造における不良品の発生や歩留りの低下を生む。さらは、チャンバ等のプロセス装置内を汚染する原因となる。従って、事前にこれらの不要な残存膜を除去する必要がある。
【０００４】
現在、良く知られているウエハエッジ部の膜除去方法としては、物理的にウエハエッジ部を研磨する方法と化学反応を用いて残存膜を除去する方法とに大別される。前者の方法としては、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）方法、研磨テープ方法及びスクラバー方法が知られている。ＣＭＰ方法は、ウエハエッジ部のみをＣＭＰにて研磨する方法である。研磨テープ方法は、ＣＭＰパッドの代わりに研磨テープを用いる方法である。スクラバー方法は、スポンジを擦り付けて、物理的に残存膜を除去する方法である。後者の方法としては、ドライエッチ方法及び洗浄方法がある。ドライエッチ方法は、エッチングガスでウエハエッジのみの残存膜を除去する方法である。洗浄方法は、薬液をウエハエッジ部のみに掛けて洗浄して残存膜を除去する方法である。また、ウエハ等のエッジ部に付着した有機物をドライエッチする方法としては、特許文献１に開示される技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５２７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの従来の方法は、膜の除去性能や実施に必要なコスト等の点でそれぞれ一長一短があり、どの方法が最適であるかを一概には決められないのが普通である。しかしながらどの方法にも共通している欠点として、膜を除去するために専用の装置を必要とする点と、成膜工程とは別に膜を除去するための工程が必要になる点がある。
【０００７】
本発明の目的は、専用の装置を必要とすることなく工程数を低減した半導体素子製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による半導体素子製造方法は、ウエハ状の基板に少なくとも１つの半導体素子を製造する半導体素子製造方法であって、前記基板のウエハ表面上に少なくとも１層の膜をこれに対応する成膜材料を用いて成膜する成膜ステップと、当該成膜がなされたウエハ表面に不活性ガスを供給しつつ、当該成膜がなされたウエハの周囲に前記成膜材料に適合するエッチングガスを供給することによって、前記ウエハ表面以外のウエハ部分の膜除去を行う膜除去ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による半導体素子製造方法によれば、専用の装置を必要とすることなく工程数を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】成膜後の通常のウエハ断面を示す断面図である。
【図２】ウエハのエッジ断面を撮影した顕微鏡写真の一部を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例の基板準備工程におけるウエハの状態を示す断面図である。
【図４】成膜工程におけるウエハの状態を示す断面図である。
【図５】膜除去工程におけるウエハの状態を示す断面図である。
【図６】素子領域形成工程におけるウエハの状態を示す断面図である。
【図７】シャワーヘッドの下部面及び周縁端部を示す斜視図である。
【図８】第１の実施例におけるチャンバの利用形態を示す図である。
【図９】第２の実施例におけるチャンバの利用形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図３〜図６は、第１の実施例において本発明による半導体素子製造方法を実行する各工程におけるウエハの状態をそれぞれ示している。ここでは、例として、一般的なトランジスタのゲート構造を形成する場合を示している。
【００１３】
図３を参照すると、先ず基板準備工程において、ウエハ１０としてＳｉ等の材料からなり表面が清浄な基板１１を用意し、次に、熱酸化法等の手法により、基板１１の表面に酸化膜１２を形成する。次に、その上にゲートとなる多結晶Ｓｉからなるポリシリコン膜１３をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の手法により成膜する。例えば、ＣＶＤ法においては、ウエハ１０が複数枚、炉心管の中に挿入され、まず、ウエハが加熱された状態で水素や酸素等を流す事によりウエハ表面に熱酸化膜１２を形成する。次いでポリシリコン膜１３を、ウエハが加熱された状態でＳｉＨ４系のガスを流すことによって形成する。このポリシリコン膜１３には、その成膜中に不純物を同時にドーピングするか又は成膜後にインプラントの手法によりドーピングすることよって、電気伝導性を持たせるための不純物を含有させてもよい。
【００１４】
図４を参照すると、次の成膜工程において、ゲート電極の抵抗を下げるために、当該成膜されたポリシリコン膜１３の上に金属系の膜を成膜する。この工程においては予め、ポリシリコン膜１３が成膜されたウエハを枚葉毎に専用のチャンバ（図示せず）内に配置する。本実施例では、金属系の膜の成膜材料の例としてタングステンを用い、タングステンシリサイド膜（以下、ＷＳｉ膜と称する）１４が形成される。ＷＳｉ膜１４は通常ＣＶＤ法により成膜される。そこで、本図に示されるように、基板１１を加熱させるための加熱ステージ３０上にウエハ１０が載せられる。成膜温度は例えば約５００℃程度である。この状態において、ウエハ１０の上方に配置され且つウエハ１０の表面を覆うガス供給部、すなわちシャワーヘッド４０から、ＷＦ６及びＳｉＨ４系の混合ガスを供給する。当該混合ガスの供給量や供給圧力は、当該混合ガスの組成やウエハ１０の大きさに応じて適切に選択される。ここで、当該混合ガスが噴出されるシャワーヘッド４０の下部面とウエハ１０の表面との距離はＨ１であるとする。
【００１５】
当該供給された混合ガスは、ウエハ１０の表面に到達した後、加熱された基板温度によって熱分解反応を起こし、当該成膜されたポリシリコン膜１３の上にＷＳｉ膜１４が形成される。本図のように、ＷＳｉ膜１４はウエハ１０の表面のみならずウエハ１０のエッジ部にも成膜される。
【００１６】
図５を参照すると、次の膜除去工程において、シャワーヘッド４０を下降させてシャワーヘッド４０をウエハ１０が載った加熱ステージ３０に近づけ、シャワーヘッド４０の下部面とウエハ１０の表面との間の距離Ｈ２を可能な限り短くする。すなわちＨ２≪Ｈ１とする。この状態でシャワーヘッド４０の下部面からＡｒガス等の不活性ガスを流す。その一方でシャワーヘッド４０の周縁端部からＣｌＦ３ガスを、例えば２００ｓｃｃｍ程度の流量でウエハ１０の周囲、好ましくはウエハ１０のエッジ付近に供給する。尚、エッチングガスは、ウエハ１０が配置されたチャンバ（図示せず）内に充満されれば足りるが、好ましくはウエハのウエハ１０の主にエッジ付近に供給するようにする。
【００１７】
当該供給に応じて、ＣｌＦ３ガスがウエハ１０のエッジ部に到達し、ＷＳｉ膜１４やポリシリコン膜１３をエッチングする。その一方で、ウエハ１０の表面部はシャワーヘッド４０から供給されたＡｒガスがウエハ１０の中心部から外側へ向かって流れているため、ＣｌＦ３ガスはウエハ１０の表面部へは供給されず、ウエハ１０の表面部にあるＷＳｉ膜１４やポリシリコン膜１３をエッチングすることがない。
【００１８】
本第１の実施例においては、エッチングガスとしてＣｌＦ３ガスが用いられて、ＷＳｉ膜１４がエッチングされる。この場合、ＷＳｉ膜１４のエッチングレートは例えば１００Å／ｓｅｃ程度であり、ポリシリコン膜１３のエッチングレートは５００Å／ｍｉｎ程度である。成膜されたＷＳｉ膜１４及びポリシリコン膜１３の膜厚に依存するが、数分程度でこれら膜の除去が可能である。また、供給するＣｌＦ３ガスの流量を増加させることで、更なるエッチング時間の短縮を図ることも可能である。
【００１９】
尚、エッチングガスは、ＣｌＦ３ガスに限定されず、エッジ膜除去が可能な他の適切なガスであってもよい。エッチングガスは、また、必ずしもシャワーヘッド４０から供給される必要は無く、別のガス供給ラインからウエハ１０のエッジ付近又はチャンバ内に供給されてもよい。さらには、エッチングガスがウエハ１０のエッジ部に向けて横から水平方向に噴射されるようなガス供給ラインを用意してもよい。
【００２０】
図６を参照すると、次の素子領域形成工程において、結果的に基板１１上に酸化膜１２、ポリシリコン膜１３及びＷＳｉ膜１４が成膜されたウエハ１０に、一般的なフォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて所望パターンになされたゲート電極を素子領域２０として形成する。本図では、説明の容易性から例として１つの素子領域２０が示されているが、もちろんウエハ１０に形成されるべき半導体素子の数並びにかかる半導体素子の構造仕様に依存して多数の素子領域２０が形成され得る。
【００２１】
図７は、シャワーヘッド４０の下部面４１及び周縁端部４３を示している。シャワーヘッド４０の下部面４１は、ウエハの表面を覆うように、例えば円形を呈している。また、シャワーヘッド４０の下部面４１には、下方に向けられた多数の噴射口４２が設けられ、ここから不活性ガスが噴射される。不活性ガスは、シャワーヘッド４０の下方に配置されたウエハの表面部（図示せず）に阻まれてラジアル方向すなわち外方向に向けて流出する。
【００２２】
一方、シャワーヘッド４０の周縁端部４３には、外方向に向けて多数の噴射口４４が設けられ、ここからエッチングガスが噴射される。本図に示される形状は、１つの例であり、多様なシャワーヘッドの形状があり得る。周縁端部４３に設けられた噴射口４４の噴射方向は、外方向に限られず、よりウエハのエッジ部に向けられてもよい。
【００２３】
図８は、第１の実施例におけるチャンバの利用形態を示している。図８の（ａ）を参照すると、成膜及び膜除去用のチャンバＣＡと、ウエハを搬送するための搬送チャンバＣＴと、待機中のウエハを真空中で保持するロードロックチャンバＣＬＲとが用意される。プロセス対象のウエハは、先ずロードロックチャンバＣＬＲに保持されて真空中にて待機されている。次いで、当該ウエハは搬送チャンバＣＴを介してチャンバＣＡに搬送される。１つのチャンバＣＡにおいて、当該ウエハは、上記した工程を介して成膜及び膜除去が一貫して行われる。成膜及び膜除去が完了したウエハは、搬送チャンバＣＴを介してチャンバＣＡから搬出され、ロードロックチャンバＣＬＲに戻って排出又は次のプロセスに供される。
【００２４】
図８の（ｂ）を参照すると、チャンバＣＡの温度制御のシーケンスが示されている。ここで、成膜のために加熱ステージ温度は５００℃に維持され、成膜後加熱ステージ温度は５００℃から２００℃へ冷却される。加熱ステージ温度２００℃において膜除去が実施される。さらに、ゲート電極等の形成のために再度成膜を実施するために加熱ステージ温度は２００℃から５００℃へ加熱される。この場合、加熱ステージ温度の降温時間及び昇温時間が必要である。
【００２５】
以上の第１の実施例においては、膜除去のための専用のチャンバへの搬送を行う工程なくして、ＷＳｉ膜１４やポリシリコン膜１３の成膜を行った１つのチャンバ（図８のチャンバＣＡ）内でウエハ１０のエッジ部のみからＷＳｉ膜１４やポリシリコン膜１３を除去することが可能となっている。また、加熱ステージ３０とシャワーヘッド４０との間の距離やＡｒガス流量を調整することにより、ウエハ１０の表面に回り込むＣｌＦ３ガスの量を適切に制御することができ、その結果ウエハ１０の表面の一部を同時にエッチングすることも可能となる。また、ＷＳｉ膜１４を成膜する装置と膜を除去する装置とが同一の装置で実施できるため、従来の方法のように、膜除去専用の装置を別途用意する必要が無い。
【００２６】
尚、本第１の実施例では、ＷＳｉ膜１４の成膜を行った後に同一の装置又はチャンバ内においてエッジ部の膜を除去する形態が示されているが、ＷＳｉ膜１４の成膜を行う装置に限られず、枚葉式にて成膜が可能な装置又はチャンバ内において同様の手法によりエッジ部の他の材料からなる膜を除去することが可能である。
【００２７】
また、本第１の実施例では、基板１１としてＳｉ基板を用いる例が示されているが、本発明にかかる限定はなく、ガラス基板やＳｉＣ基板など、半導体ウエハプロセスにおいて使用される得る基板であればよい。
【００２８】
また、本第１実施例では、ウエハ１０のエッジ部のポリシリコン膜１３やＷＳｉ膜１４をＣｌＦ３ガスを用いて除去しているが、エッチング対象の膜の材料は、ＣｌＦ３ガス等のエッチングガスで除去できる、例えば、ＳｉＮ膜、Ｔｉ膜又はＷ膜等の膜であってもよい。
【００２９】
また、本第１の実施例では、エッチングガスとしてＣｌＦ３ガスを用いているが、エッジ部に付着している膜を除去できるガスであればよく、他の種類のガスが用いられてもよい。
【００３０】
また、本第１の実施例では、シャワーヘッド４０の下部面は、ウエハ１０を完全に覆うものとして説明されたが、本発明にかかる限定はなく、ウエハ１０の外形のうちでどこまでが膜除去を必要とするウエハエッジ部であるかの判断に基づいて、シャワーヘッド４０の下部面の大きさが決定されてもよい。
【００３１】
＜第２の実施例＞
図９は、第２の実施例におけるチャンバ利用の形態を示している。図９の（ａ）を参照すると、第２の実施例は、成膜と膜除去を別チャンバにて実施する形態である。本図に示されるように、図８に示された形態とは異なり、成膜用のチャンバＣＡと膜除去用のチャンバＣＢとの２つのチャンバが用意されている。
【００３２】
プロセスの実施順序としては、まずウエハをチャンバＣＡへ搬送し、ＷＳｉ膜を成膜させる。成膜後、ウエハをチャンバＣＢへ搬送し、第１の実施例にて説明した膜除去を実施する。このように、成膜と膜除去とが別のチャンバにてそれぞれ実施される。
【００３３】
図９の（ｂ）及び（ｃ）を参照すると、成膜用のチャンバＣＡ及び膜除去用のチャンバＣＢのそれぞれの温度制御シーケンスが示されている。ここで、チャンバＣＡはＷＳｉ膜の成膜を実施させるため、加熱ステージ温度が５００℃程度に一定に設定される。一方、チャンバＣＢは膜除去を実施すると共にチャンバＣＢ内の部品への腐食を抑えるために、例えば、加熱ステージ温度２００℃程度に低温化され一定に維持される。
【００３４】
以上の第２の実施例においては、チャンバＣＡ及びＣＢにおいては、加熱ステージ温度を常に同じ温度に維持したまま処理できるため、降温及び昇温に要する時間を短縮することが出来、短時間で多くのウエハを処理することが可能となる。すなわち、ウエハ１枚あたりに要する処理時間を短縮することが可能となる。
【００３５】
以上のように、本発明による半導体素子製造方法によれば、膜除去専用の装置を必要とすることなく工程数を低減することも可能となる。本発明の好ましい実施例においては、エッチングガスがシャワーヘッドの周縁端部からウエハのエッジに向けて噴射され、同時にウエハ１０の表面上に向けて不活性ガスが噴射される。これにより、エッチングガスのウエハ中心部への侵入が抑止され、効果的な膜除去が達成される。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ウエハ
１１  基板
１２  酸化膜
１３  ポリシリコン膜
１４  ＷＳｉ膜
２０  素子領域
３０  加熱ステージ
４０  シャワーヘッド
ＣＬＲ  ロードロックチャンバ
ＣＴ  搬送チャンバ
ＣＡ、ＣＢ  チャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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