(57)【要約】【課題】  ダミーウェハの表面に自然酸化膜が形成されることを防止し、ダミーウェハを用いて成膜処理を行った製品ウェハを用いた半導体装置の特性変動を防止する。【解決手段】  製品ウェハと、製品ウェハ以外のウェハであってその表面全面にシリコン窒化膜が形成されたウェハとを成膜装置内に配置し、成膜装置によって製品ウェハの表面に膜を形成する。製品ウェハ以外のウェハは、例えばダミーウェハである。上述の半導体装置の製造方法において、製品ウェハ以外のウェハの表面全面に形成されたシリコン窒化膜が、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法により形成されたものであることが好ましく、シリコン窒化膜がＳｉ３Ｎ４よりも窒素リッチなシリコン窒化膜であることが好ましい。【選択図】図１
2015023126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品ウェハと、前記製品ウェハ以外のウェハであって、その表面全面にシリコン窒化膜が形成されたウェハとを成膜装置内に配置する工程と、
前記成膜装置によって、前記製品ウェハの表面に膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記製品ウェハ以外のウェハの表面全面に形成された前記シリコン窒化膜が、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法により形成されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記製品ウェハ以外のウェハの表面全面に形成された前記シリコン窒化膜が、窒素リッチな前記シリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記製品ウェハ以外のウェハがダミーウェハであり、
前記ダミーウェハを、前記成膜装置の炉体内の上部及び下部に配置するとともに、前記製品ウェハを、前記成膜装置の炉体内の上部及び下部に配置された前記ダミーウェハの間に配置する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記製品ウェハの表面に膜を形成する工程では、前記製品ウェハの一方の面の全面にシリコン窒化膜が形成された状態で、該製品ウェハの他方の面に前記膜を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記製品ウェハの表面に膜を形成する工程では、前記製品ウェハの表面に、前記膜として熱酸化膜を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
製品ウェハと、前記製品ウェハ以外のウェハであって、その表面全面にシリコン窒化膜が形成されたウェハとを成膜装置内に配置し、
前記成膜装置によって、前記製品ウェハの表面に膜を形成する、
ことを特徴とする成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び成膜方法に関し、より詳細には、半導体装置の特性変動が抑制される半導体装置の製造方法及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、シリコン基板の表面に熱酸化膜等の成膜を行う成膜工程がある。成膜工程では、成膜装置内に複数枚の製品ウェハを設置し、製品ウェハを熱酸化処理することにより、製品ウェハの表面に熱酸化膜を形成する等の成膜処理が行われる。
【０００３】
従来、この成膜工程における成膜品質の均一化を目的として、以下の特許文献１に示すように、成膜装置内に、製品ウェハとともにダミーウェハを設置することが提案されている。成膜装置内に製品ウェハとダミーウェハとが設置された状態で成膜処理を行うことにより、成膜装置の炉体内の製品ウェハが設置された領域において、成膜ガスの流れが均一になり、また当該領域の温度が均一となる。このため、成膜工程における製品ウェハ表面の酸化レートのばらつきが抑制され、製品ウェハに形成される膜の成膜品質、特に膜厚の均一性が高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６０７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような、製品ウェハとともに使用するダミーウェハとしては、従来、ベアのシリコンウェハやウェハ表面にポリシリコン層を形成したシリコンウェハ等が用いられていた。また、上述の特許文献１では、ＳｉＯ２膜を表層に有するシリコンウェハを用いることが提案されている。
ところが、このようなダミーウェハを製品ウェハの熱酸化処理を行う際に使用した場合に、当該製品ウェハを用いた半導体装置の特性が変動するおそれがある、という問題が生じることが新たに発見された。
【０００６】
これは、以下のような原因によるためであると考えられる。
製品ウェハの成膜処理を複数回行った後には、成膜装置の炉体内を洗浄する必要が生じる。また、炉体内に設置されたダミーウェハは炉体内から搬出され、炉体と同様に洗浄される。これにより、ダミーウェハ表面の自然酸化膜及び異物等が除去される。
ところが、洗浄後のダミーウェハがクリーンルーム内で空気に触れることにより、ダミーウェハの表面に自然酸化膜が形成される。そして、自然酸化膜が形成される際に、当該自然酸化膜内に極めて少量ではあるがホウ素（Ｂ）等の汚染物質が取り込まれる。自然酸化膜は、ダミーウェハが大気に触れるとダミーウェハの表面に直ちに形成され、大気に触れる時間が長くなると汚染物質が取り込まれた自然酸化膜が徐々に厚く形成される。したがって、ダミーウェハが大気に触れる時間が長くなる程ダミーウェハの汚染が進行する。
【０００７】
このようなダミーウェハを用いて再度炉体内で熱酸化処理を行うと、ダミーウェハの自然酸化膜内に取り込まれた汚染物質が自然酸化膜から炉体内に拡散する。この場合、製品ウェハ表面に熱酸化膜を形成する際に熱酸化膜中に汚染物質が取り込まれ、半導体装置の特性変動の要因となる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ダミーウェハの表面に自然酸化膜が形成されることを防止し、ダミーウェハを用いて成膜処理を行った製品ウェハを用いた半導体装置の特性変動を防止する半導体装置の製造方法及び成膜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】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、製品ウェハと、前記製品ウェハ以外のウェハであって、その表面全面にシリコン窒化膜が形成されたウェハとを成膜装置内に配置する工程と、
前記成膜装置によって、前記製品ウェハの表面に膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
上述の半導体装置の製造方法において、前記製品ウェハ以外のウェハの表面全面に形成された前記シリコン窒化膜が、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法により形成されたものであることが好ましい。
上述の半導体装置の製造方法において、前記製品ウェハ以外のウェハの表面全面に形成された前記シリコン窒化膜が、窒素リッチなシリコン窒化膜であることが好ましい。
【００１０】
上述の半導体装置の製造方法において、前記製品ウェハ以外のウェハがダミーウェハであり、前記ダミーウェハを前記成膜装置の炉体内の上部及び下部に配置するとともに、前記製品ウェハを前記成膜装置の炉体内の上部及び下部に配置された前記ダミーウェハの間に配置することが好ましい。
上述の半導体装置の製造方法において、前記製品ウェハの表面に膜を形成する工程では、前記製品ウェハの一方の面の全面にシリコン窒化膜が形成された状態で、該製品ウェハの他方の面に前記膜を形成することが好ましい。
【００１１】
上述の半導体装置の製造方法において、前記製品ウェハの表面に膜を形成する工程では、前記製品ウェハの表面に、前記膜として熱酸化膜を形成することが好ましい。
また、本発明の一態様に係る成膜方法は、製品ウェハと、前記製品ウェハ以外のウェハであって、その表面全面にシリコン窒化膜が形成されたウェハとを成膜装置内に配置し、
前記成膜装置によって、前記製品ウェハの表面に膜を形成する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製品ウェハ以外のウェハ、例えばダミーウェハを洗浄する際に、ダミーウェハの表面全面がシリコン窒化膜で覆われているため、ダミーウェハの表面に汚染物質が取り込まれた自然酸化膜が形成されることを防止することができる。これにより、製品ウェハの成膜処理時に、成膜装置の炉体内にダミーウェハに取り込まれていた汚染物質が拡散され、製品ウェハが汚染されることを防止できる。
【００１３】
したがって、本発明によれば、ダミーウェハを用いて成膜処理を行った製品ウェハを用いた半導体装置の特性変動を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法を適用する場合における、製品ウェハの表面に成膜を行う際の、製品ウェハ及びダミーウェハの配置を示す側面図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法において用いるダミーウェハの製造方法を示す断面図である。
【図３】従来のダミーウェハを用いて製造したＰチャネル型トランジスタ及び本発明のダミーウェハを用いて製造したＰチャネル型トランジスタの特性変動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法及び成膜方法について説明する。
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を適用する場合における、製品ウェハ１０の表面に成膜を行う際の、製品ウェハ１０及びダミーウェハ２０の配置を示す側面図である。図１は、図示しない縦型成膜装置の炉体内における製品ウェハ１０及びダミーウェハ２０の配置を示している。図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法において用いるダミーウェハ２０の製造方法を示す断面図である。
【００１６】
図１は、複数枚の製品ウェハ１０（１０ａ〜１０ｅ）の上下それぞれに、複数枚のダミーウェハ２０（２０ａ，２０ｂ及び２０ｃ，２０ｄ）を配置した場合の一例である。製品ウェハ１０及びダミーウェハ２０は、図示しないウェハホルダによって支持されている。なお、図１では５枚の製品ウェハ１０（１０ａ〜１０ｅ）を図示しているが、実際には例えば５枚以上の製品ウェハ１０を配置している。また、図１では４枚のダミーウェハ２０（２０ａ，２０ｂ及び２０ｃ，２０ｄ）を、製品ウェハ１０の上下に２枚ずつ配置する例を図示しているが、ダミーウェハ２０の設置枚数はこれに限られない。
【００１７】
ダミーウェハ２０ａ，２０ｂ及び２０ｃ，２０ｄは、例えば、成膜装置の炉体内の最上部（すなわち、図１に示すＴｏｐ側）及び最下部（すなわち、図１に示すＢｏｔｔｏｍ側）にそれぞれ配置される。製品ウェハ１０ａは、製品ウェハ１０ａの上面（成膜面）がダミーウェハ２０ｂの下面と対向するように設置され、製品ウェハ１０ｂは、製品ウェハ１０ｂの上面（成膜面）が製品ウェハ１０ａの下面と対向するように設置される。製品ウェハ１０ｃ〜１０ｅも同様に、製品ウェハ１０ｃ〜１０ｅの上面（成膜面）が製品ウェハ１０ｂ〜１０ｄの下面と対向するようにそれぞれ設置される。また、製品ウェハ１０ｅは、製品ウェハ１０ｅの下面がダミーウェハ２０ｃの上面と対向するように設置される。
【００１８】
半導体装置に成膜を行う工程において用いられる製品ウェハ１０（１０ａ〜１０ｅ）は、それぞれ、シリコン基板１１と、シリコン基板１１の表面に形成された酸化防止膜であるシリコン窒化膜１２とを備えている。
シリコン窒化膜１２は、シリコン基板１１の一方の面（成膜面）のうち、例えば選択的に酸化させたい領域を除いた領域に形成されている。シリコン基板１１の表面において、シリコン窒化膜１２は、ドライエッチング及びフォトリソグラフィー等により選択的に除去される。これにより、シリコン基板１１の表面のうち選択的に酸化させたい領域のみが露出し、成膜装置における熱酸化処理により、シリコン基板１１が露出した領域のみに熱酸化膜が形成される。
【００１９】
また、シリコン窒化膜１２は、シリコン基板１１の他方の面（成膜面ではない面）の全面に形成されていることが好ましい。これにより、製品ウェハ１０の成膜面が、常に他の製品ウェハ１０のシリコン窒化膜１２形成面又はダミーウェハ２０のシリコン窒化膜２２形成面と対向する。このため、成膜装置内の複数の製品ウェハ１０それぞれの酸化レートが一定となる。
【００２０】
なお、本実施形態において、成膜装置内では、製品ウェハ以外のウェハには全て、その表面全面にシリコン窒化膜が形成されていることが好ましい。
ダミーウェハ２０は、シリコン基板２１と、シリコン基板２１の全面に形成されたシリコン窒化膜２２とを備えている。
ここで、シリコン窒化膜２２の厚みは、５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であることが好ましい。シリコン窒化膜２２の厚みが５０ｎｍ以上の場合には、シリコン基板２１表面の自然酸化膜形成が十分に防止され、ダミーウェハ２０の汚染が防止される。また、シリコン窒化膜２２の厚みが２５０ｎｍ以下の場合には、熱酸化工程においてダミーウェハとして使う際に熱負荷が繰り返しかかるが、その際に窒化膜のストレスにより、ウェハが割れる可能性を低減できる。
【００２１】
ダミーウェハ２０のシリコン窒化膜２２は、窒素リッチなシリコン窒化膜であることが好ましい。シリコン窒化膜２２が窒素リッチである場合、シリコン窒化膜２２が緻密な膜となる。シリコン窒化膜２２が緻密な膜となることで洗浄液によるシリコン窒化膜２２のエッチングレートが低くなる。このため、ダミーウェハ２０の洗浄を繰り返し行った場合でも、ダミーウェハ２０の窒化シリコン膜２２が消失しにくくなる。よって、ダミーウェハ２０の表面に窒化シリコン膜を再形成する必要がない。
【００２２】
ここで、窒素リッチなシリコン窒化膜とは、Ｓｉ３Ｎ４の比率に近いシリコン窒化膜のことである。通常、シリコン窒化膜は、上述の比率よりも窒素の割合が低く、Ｓｉ３Ｎ４-x（０＜ｘ＜１）の比率となっている。それに対して、本願発明のシリコン窒化膜２２を構成する窒素リッチなシリコン窒化膜は、シリコン窒化膜成膜時の成膜温度を上げる、又は、成膜ガス中のアンモニアの分圧を上げることによって、Ｓｉ３Ｎ４の比率に近くなる。
【００２３】
なお、窒素リッチなシリコン窒化膜は、成膜温度７８０℃以上、又は、成膜ガス中ジシランに対してアンモニアの流量が１０倍以上の条件で形成されることが好ましい。
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の半導体装置に成膜を行う工程において用いられるダミーウェハ２０の製造工程を示す図である。ダミーウェハ２０は、シリコン基板２１の全面に、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）等によりシリコン窒化膜２２を形成することで形成される（図２Ａ〜図２Ｂ）。
【００２４】
なお、ダミーウェハ２０のシリコン窒化膜２２は、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法又はＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）法により形成されたものであることが好ましく、ＬＰＣＶＤ法により形成されたものであることが特に好ましい。ＬＰＣＶＤ法又はＰＥＣＶＤ法を用いることにより、シリコン窒化膜２２が、シリコン基板２１の全面に容易に形成される。また、窒素リッチなシリコン窒化膜２２が形成されるため、シリコン窒化膜２２が緻密な膜となり、成膜装置での使用及びダミーウェハ２０の洗浄を繰り返し行った場合でも、ダミーウェハ２０の窒化シリコン膜２２が消失しにくくなる。
【００２５】
本発明のダミーウェハ２０は、１種類又は複数種類の洗浄液を用いて洗浄される。具体的には、付着した異物の除去を目的としたＡＰＭでの洗浄、有機物の除去を目的としたＳＰＭでの洗浄及び、成膜工程においてダミーウェハ２０の表面に形成された若干のシリコン酸化膜の除去を目的としたＤＨＦでの洗浄等が挙げられる。
しかしながら、シリコン基板２１の全面にシリコン窒化膜２２が形成された本発明のダミーウェハ２０は、洗浄時にシリコン基板２１の表面が大気に触れて自然酸化膜が形成されることがない。このため、ダミーウェハ２０は、洗浄時にホウ素（Ｂ）等の汚染物質により汚染されることがなくなる。したがって、製品ウェハ１０の成膜工程において、製品ウェハ１０が汚染物質により汚染され、半導体装置の特性が変動することを防止することができる。
【００２６】
また、本発明のダミーウェハ２０は、製品ウェハ１０とともに成膜装置内に配置されて熱酸化処理が行われた場合でも酸化されにくい。
なお、上述の例で説明したダミーウェハ２０は、シリコン基板２１の全面にシリコン窒化膜２２が形成された構成としているが、このような構成に限られない。例えば、ダミーウェハ２０は、シリコン基板２１とシリコン窒化膜２２との間に酸化膜（図示せず）が介在する構成であってもよい。
【実施例】
【００２７】
以下の実施例では、シリコン窒化膜を形成しない従来のダミーウェハを用いて製造したＰチャネル型トランジスタと、本発明のダミーウェハ２０を用いて製造したＰチャネル型トランジスタとの特性を比較した。当該実施例では、４０ロットについてＰチャネル型トランジスタの閾値電圧の最大値及び最低値を得た。このとき、１ロットの全てのウェハあたり５個のＰチャネル型トランジスタを測定サンプルとし、各サンプルの閾値電圧を測定した。
【００２８】
図３Ａは、シリコン窒化膜を形成しない従来のダミーウェハを用いて製造したＰチャネル型トランジスタのロット毎の閾値電圧の最大値及び最低値を示すグラフである。図３Ｂは、本発明のダミーウェハ２０を用いて製造したＰチャネル型トランジスタのロット毎の閾値電圧の最大値及び最低値を示すグラフである。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、ロット毎の閾値電圧の最大値及び最低値の差分が大きい程閾値電圧のばらつきが大きく、Ｐチャネル型トランジスタの特性変動が大きいと判断される。また、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、閾値電圧の平均値を実線で示す。
【００２９】
図３Ａ及び図３Ｂから、図３Ａに示すＰチャネル型トランジスタの特性変動に比べて、図３Ｂに示すＰチャネル型トランジスタの閾値電圧のばらつきが小さくなっていることが分かった。すなわち、シリコン窒化膜を形成しない従来のダミーウェハを用いて製造したＰチャネル型トランジスタの特性変動と比較して、本発明のダミーウェハ２０を用いて製造したＰチャネル型トランジスタの特性変動が小さいことが分かった。
【００３０】
上述したように、表面全面を覆うようにシリコン窒化膜を形成したダミーウェハ２０を製品ウェハ１０とともに成膜装置内に設置して製品ウェハ１０の成膜処理を行うことにより、半導体装置の特性変動を抑制することができる。
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【００３１】
１０・・・製品ウェハ
１１・・・シリコン基板
１２・・・シリコン窒化膜
２０・・・ダミーウェハ
２１・・・シリコン基板
２２・・・シリコン窒化膜
【図１】
2015023126.tif 000003
【図２】
2015023126.tif 000004
【図３】
2015023126.tif 000005