(57)【要約】【課題】半導体装置の信頼性及び歩留まりを向上する半導体製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、所定の空間内に不活性ガス及び材料ガスを導入する工程と、前記不活性ガス及び前記材料ガスを導入後、電圧を印加し前記空間内にプラズマを発生させて基板上に半導体層を形成する工程と、前記電圧を印加後に、前記所定の空間内に酸化還元ガスを導入する工程と、前記電圧を印加後に、材料ガス、不活性ガス及び酸化還元ガスの導入を停止する工程と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空間内に不活性ガス及び材料ガスを導入する工程と、
前記不活性ガス及び前記材料ガスを導入後、電圧を印加し前記空間内にプラズマを発生させて基板上に半導体層を形成する工程と、
前記電圧を印加後に、前記所定の空間内に酸化還元ガスを導入する工程と、
前記電圧を印加後に、材料ガス、不活性ガス及び酸化還元ガスの導入を停止する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記酸化還元ガスを、前記材料ガスの導入停止と同時又は停止後に、導入する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記酸化還元ガスの導入は、前記材料ガスの導入停止前に行い、前記半導体層上に酸化膜又は窒化膜を形成する工程であって、
さらに、前記半導体層上に形成された前記酸化膜又は前記窒化膜を除去するウェット処理工程を備える請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化還元ガスは、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２及びＮＨ３のいずれか一つを少なくとも含むガスである請求項１乃至３に記載の半導体装置の製造方法。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置の微細化に伴い、半導体装置の製造工程において、半導体ウェーハ上に付着する微粒子の存在が、半導体装置の製造上の不具合の要因となっており、ダスト低減手法を求められている。
【０００３】
プラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)プロセスにおいて、酸化反応を用いない成膜を行う場合、材料ガス、もしくは材料ガスと不活性ガスに対して高周波電力を印加し、プラズマ雰囲気中で被処理体への成膜処理を行っている。この時、成膜工程終了後、高周波電圧の印加停止時において、微粒子（ダスト）対策として材料ガスの供給を停止した後に高周波電圧の停止を行っている。しかし、材料ガスの供給停止後から高周波電圧の印加停止までの間に、反応容器内に残留する材料ガスに異常反応が生じることよりナノサイズの微粒子が発生してしまう。微粒子が発生すると、半導体装置上に堆積し、所望のパターンが得られないため、動作の信頼性の低下及び歩留まりの低下を招いてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６８８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、半導体装置の信頼性及び歩留まりを向上する半導体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】
【０００６】
上記課題を解決するために、実施形態の半導体装置の製造方法は、所定の空間内に不活性ガス及び材料ガスを導入する工程と、前記不活性ガス及び前記材料ガスを導入後、電圧を印加し前記空間内にプラズマを発生させて基板上に半導体層を形成する工程と、前記電圧を印加後に、前記所定の空間内に酸化還元ガスを導入する工程と、前記電圧を印加後に、材料ガス、不活性ガス及び酸化還元ガスの導入を停止する工程と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の構成を示す概略図。
【図２】第１の実施形態の半導体装置の製造工程の概略を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態の半導体装置の製造工程の概略を示すタイミングチャート。
【図４】第１の実施形態との比較例を示した図。
【図５】第２の実施形態の半導体装置の製造工程の概略を示すフローチャート。
【図６】第２の実施形態の半導体装置の製造工程の概略を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
まず、本実施形態に用いる半導体製造装置１の構成について説明する。図１は、第１の実施形態の半導体装置を示す概略図である。半導体製造装置１は、例えば、平行平板型ＣＶＤ装置であり、チャンバー２、真空配管３、スロットルバルブ４、ドライポンプ５、高周波電源６、高周波電極７、基板接地電極８、ヒータ９、ガス分散板１０、材料ガス導入部１１を備える。図中には、半導体製造装置１のチャンバー２内にＳｉウェーハ１２（基板）を設けたものを示している。
【０００９】
半導体製造装置１のチャンバー２は、ドライポンプ５に通じる真空配管３に接続される。
【００１０】
真空配管３はスロットルバルブ４と接続されており、スロットルバルブ４の開閉によりチャンバー内の圧力制御が可能となっている。
【００１１】
ドライポンプ５は、真空配管を通じてチャンバー内を真空引きする。ドライポンプ５は１０−２〜１０−３Ｔｏｒｒオーダーまで真空引きすることが可能である。なお、用いる真空ポンプは、ドライポンプに限らない。
【００１２】
高周波電源６は、高周波電極７と接続されており、高周波電極７に電圧を印加することにより、高周波電極７及びガス分散板１０間でプラズマを発生させる。
【００１３】
ガス分散板１０は、導入したガスをチャンバー内に均一に分散させるための物であり、ガス分散板１０には例えば、複数の気孔が設けられる。また、ガス分散板１０は、高周波電源６に接続されており、上部の高周波電極にもなっている。
【００１４】
基板接地電極８はサセプタとしてＳｉウェーハ１２を保持することが可能である。また、リフト機構を備えていることにより上部高周波電極であるガス分散板１０とガス分散板１２間の距離を制御できる。
【００１５】
材料ガス導入部１１は、チャンバー２に接続している。材料ガスは材料導入部１１を介してチャンバー内に導入する。
【００１６】
本実施形態の半導体装置の製造工程について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、第１の実施形態の半導体装置の製造工程の概略を示すフローチャートである。図３は第１の実施形態の半導体装置の製造工程の概略を示すタイミングチャートである。
【００１７】
ステップＳ１では、チャンバー２内を真空引きする(ステップＳ１)。真空度は、例えば、１０−２〜１０−３Ｔｏｒｒオーダー程度まで真空引きを行う。
【００１８】
ステップＳ２では、チャンバー２内に材料ガス及び不活性ガスを導入する。材料ガスは、例えばＳｉＨ４ガスを用いるが、ＳｉＨ４ガスに限らない。導入する材料ガスは、目的の半導体装置により異なる。不活性ガスは、例えばＨｅガスを用いるが、これに限らずＡｒガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の他の不活性ガスを用いてもよい。材料ガス及び不活性ガスは、マスフローコントローラ（図示せず）により流量の制御が可能であり、例えばＳｉＨ４ガスを６００ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを１００００ｓｃｃｍの条件でチャンバー２内に導入する。容器内圧力は例えば９ｔｏｒｒ程度に制御するものとする。これら材料ガス及び不活性ガスは、導入部よりガス分散板１０を通して均一に分散しチャンバー２内に供給される。なお、これら材料ガス、不活性ガスの導入の順序は問わない。
【００１９】
ステップＳ３では、半導体層を形成する（ステップＳ３）。半導体層を形成する際、高周波電源６を出力した状態とし、高周波電極７及びガス分散板１０間に電圧を印加する。高周波電源６が出力する電力は例えば２００Ｗであるとする。これにより、高周波電極７及びガス分散板１０間にプラズマが発生する。材料ガスはプラズマと反応することによりＳｉウェーハ１２上に例えば１００ｎｍ程度の半導体層（アモルファスシリコン）を形成する。
【００２０】
ステップＳ４では、材料ガス導入部１１からの材料ガスの導入を停止する（ステップＳ４）。つまり、半導体層の作製を終了した後、高周波電極７及びガス分散板１０間に電圧を印加した状態で、ＳｉＨ４ガスの導入を停止する。これにより、半導体層の形成を停止する。
【００２１】
ステップＳ５では、酸化還元ガスをチャンバー２内に導入する（ステップＳ５）。酸化還元ガスは例えば、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２及びＮＨ３の少なくともいずれかを含むガスである。酸化還元ガスは、材料ガスと残留した気相中のプラズマのエネルギーと酸化還元反応し、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＮＨ、ＳｉＮＨ２等の微粒子を形成する。ここで、酸化還元反応とは、電荷の交換による反応のことをいう。形成された微粒子は、電荷を帯びており、プラズマによってトラップされ、基板上に堆積せずに気相中に存在する。その後、微粒子は、チャンバー２外に排気される。このため、形成された当該微粒子は、半導体層上には堆積しない。
【００２２】
ステップＳ５で、酸化還元ガスの導入は材料ガスの導入停止後に行うが、材料ガスの停止から酸化還元ガスの導入までの時間は短いほど良い。つまり、酸化還元ガスの導入と材料ガスの導入停止は同時であってもよい。材料ガスの導入停止後、チャンバー内に残留した材料ガス自体と残留した気相中のプラズマが異常反応することにより微粒子を形成し、プラズマにトラップされることなく半導体層上に堆積してしまうことを抑制するためである。
【００２３】
ステップＳ６では、酸化還元ガスの導入を停止する（ステップＳ６）。また、必要に応じて不活性ガスの導入を停止する。
【００２４】
ステップＳ７では、高周波電源６の出力を停止し、半導体装置の製造工程を終了する（ステップＳ７）。
【００２５】
本実施形態の半導体装置の製造方法の効果について説明する。
【００２６】
本半導体装置の製造方法は、半導体層の成膜後、半導体層上に微粒子が乗ったり、埋め込まれたりすることを抑制することができる。
【００２７】
微粒子が半導体層に乗った場合、半導体層上に形成するレジスト層は、微粒子が乗った領域以外に形成されることになる。このため、当該領域上にはレジスト層による正常なパターンが形成することができないため、最終的にレジスト層をエッチングして形成する半導体層のパターンにも大きな影響を及ぼすことになる。
【００２８】
本実施形態の半導体製造方法は、微粒子の形成及び半導体層に微粒子が乗ることを防ぐことで、半導体層のパターン不良の発生を防ぎ、ひいては半導体装置の信頼性を向上させるものである。また、半導体装置に不良が発生することを防ぐことで所望の半導体層のパターンを得られやすくなるため、半導体装置の歩留まりを向上することにもなる。
【００２９】
比較例として、酸化還元ガスを導入した場合と、酸化還元ガスを導入せずに半導体層を形成した場合を検討する。図４は酸化還元ガスを用いた場合と、用いなかった場合の半導体層上に乗った微粒子のサイズと数を示した図である。図の横軸に微粒子のサイズを示しており、縦軸に微粒子の数を示している。酸化還元ガスを導入しなかった場合、図４（ａ）に示すように、半導体層上にのった微粒子の数は、４５ｎｍ〜５５ｎｍのサイズで微粒子が５万個、及び５５ｎｍ〜６５ｎｍのサイズで微粒子が１万個を超える。これに対し、酸化還元ガスを導入した場合、図４（ｂ）に示すように半導体層上に乗った微粒子の数は、数十個ほどである。このため、酸化還元ガスを導入することにより、微粒子の発生を大幅に抑制することができ、半導体層に微粒子が乗ることを抑制できることができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の半導体装置の製造方法は、酸化還元ガスを成膜工程終了する前に導入し、また、酸化膜又は窒化膜を除去するウェット処理工程を備える点で、第１の実施形態の半導体装置の製造方法と異なる。つまりステップＳ４で酸化還元ガスの導入を停止し、ステップＳ５で材料ガスの導入を停止し、ステップ８でウェット処理を行う。その他の工程は第１の実施形態の場合と同様であり、半導体製造装置１の構成も、第１の実施形態の場合と同様とする。
【００３１】
図５は第２の実施形態の半導体装置の製造方法の工程の概略を示すフローチャートである。図６は第２の実施形態の半導体装置の製造工程の概略を示すタイミングチャートである。
【００３２】
図５に示すように、ステップＳ１〜ステップＳ３で第１の実施形態の同様の処理を行った後、ステップＳ４で、酸化還元ガスをチャンバー２内に導入する（ステップＳ４）。これにより、酸化還元ガスは、材料ガスおよび気相中のプラズマと反応し、酸化物を形成する。酸化物は半導体層上に堆積し、結果、半導体層上に酸化物層を形成する。この時、材料ガスも同時に供給しているため、酸化物層は半導体層を構成する元素を含むことになる。酸化物層の厚さは、例えば１０nm〜１００nmであることが望ましい。後述するウェット処理で酸化物層を除去するが、酸化物層が厚すぎると除去に時間がかかり、また、薄すぎると酸化物層だけでなく半導体層も削ってしまう場合もあるため、ウェット処理により半導体層を含む半導体装置の厚さを制御することを容易にするものである。
【００３３】
なお、酸化還元ガスは、成分によって酸化物でなく、窒化物を形成するものであってもよい。この場合、半導体層上には、窒化物層が形成されることになる。
【００３４】
ステップＳ５で、材料ガスの導入を停止する（ステップＳ５）。酸化物層の原料となる材料ガスの供給を停止することで、酸化物層がこれ以上形成されなくなる。
【００３５】
ステップＳ６で、酸化還元ガスの導入を停止する（ステップＳ６）。
【００３６】
ステップＳ７で、高周波電源６の出力を停止する（ステップＳ７）。
【００３７】
ステップＳ８で、半導体製造装置１から半導体装置を取り出し、ウェット処理を施す。これより、半導体層上に形成された酸化物層を除去する(ステップＳ８)。酸化還元ガスとしてＯを含むガスを用いた場合、半導体層上に酸化物層として、例えばＳｉＯ２を含む酸化物層が形成される。この場合、本半導体装置をＤＨＦ（フッ酸溶液）に浸しウェット処理を施すことに酸化物層を除去することができる（ステップＳ８）。
【００３８】
一方、酸化還元ガスとして、Ｎを含むガスを用いた場合、半導体層上に窒化物層として、ＳｉＮを含む窒化物層が形成される。この場合、本半導体装置に対して、リン酸を含む溶液によりウェット処理を行う。リン酸を含む液によりウェット処理工程を施した場合、窒化物層を選択的に除去することができる（ステップＳ８）。
【００３９】
本実施形態の半導体装置の製造方法の効果について説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体層を形成後に酸化物層又は窒化物層を形成しつつ微粒子を除去するものである。
【００４０】
本実施形態の半導体製造方法は、高周波電極７及びガス分散板１０間への電圧印加の停止前に酸化還元ガスを導入することにより、酸化還元ガス、材料ガス及びプラズマが反応し、半導体層上に酸化物層を形成する。微粒子は酸化物層に乗る、又は酸化物層中若しくは窒化物層中に埋もれることになる。酸化物又は窒化物層の形成後、ウェット処理工程により酸化物層ごと除去することで、微粒子を除去する効果を高めることができる。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１  半導体製造装置
２  チャンバー
３  真空配管
４  スロットルバルブ
５  ドライポンプ
６  高周波電源
７  高周波電極
８  基板接地電極
９  ヒータ
１０  ガス分散板
１１  材料ガス導入部
１２  Ｓｉウェーハ（基板）
【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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