(57)【要約】【課題】疎水化処理時における不要な分解物の発生を防止し、レジストパターン欠陥を抑止して、リソグラフィーに基づく各種パターンの欠陥発生を確実に抑止する。【解決手段】半導体基板１１を設置する密閉チャンバー１と、ＨＭＤＳを貯蔵するＨＭＤＳバブラー２と、ＨＭＤＳバブラー２内のＨＭＤＳに気化用ガスである窒素ガスを導入し、ＨＭＤＳを気化させる気化用ガス導入部３と、気化ガス導入部３とＨＭＤＳバブラー２との間に配設され、気化ガス導入部３から送出された窒素ガス中から水分を除去するシリカゲル管４と、気化したＨＭＤＳを基板１１の表面に送出する疎水化処理剤送出部５とから基板処理装置を構成する。【選択図】　図１
2004022857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非処理対象となる基板が設置されるチャンバーと、
液状の疎水化処理剤を貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段内の前記疎水化処理剤に気化用ガスを導入し、前記疎水化処理剤を気化させる気化手段と、
前記気化手段と前記貯蔵手段との間に配設され、前記気化手段から送出された前記気化用ガスから水分を除去する水分除去手段と、
気化した前記疎水化処理剤を前記チャンバー内に設置された前記基板に送出する送出手段と
を含むことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記疎水化処理剤がヘキサメチルジシラザンであることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記水分除去手段が、シリカゲル、モレキュラーシーブ、及び冷凍器のうちのいずれか１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
気化用ガスから水分を除去する工程と、
水分の除去された前記気化用ガスを貯蔵された液状の疎水化処理剤に導入し、前記疎水化処理剤を気化する工程と、
気化した前記疎水化処理剤を非処理対象となる基板に送出し、前記基板表面を疎水化する工程と
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項５】
半導体基板の表面に所望の薄膜を形成する工程と、
前記半導体基板の表面を疎水化処理する工程と、
前記薄膜上にレジストを塗布し、前記レジストを加工してレジストパターンを形成した後、前記レジストパターンをマスクとして前記薄膜をエッチングする工程と
を含み、
前記疎水化処理工程は、
気化用ガスから水分を除去する工程と、
水分の除去された前記気化用ガスを貯蔵された液状の疎水化処理剤に導入し、前記疎水化処理剤を気化する工程と、
気化した前記疎水化処理剤を非処理対象となる基板に送出し、前記半導体基板の表面を疎水化する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に代表される基板の処理装置、処理方法、及び当該処理方法を適用した半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、半導体装置の高集積化が益々進行し、製造プロセスにおける微細加工もより精緻なものになってきている。それに伴い、電極や配線等の各種パターンや半導体基板の欠陥を低減することが強く望まれている。半導体装置の各種パターンは、リソグラフィー技術により形成されたレジストパターンをマスクとしてこの形状に倣って形成されるものであるため、各種パターンの欠陥を防止するには当該レジストパターンの欠陥発生を抑止することが必要である。
【０００３】
このレジストパターンの欠陥は、レジストを塗布する前における基板の表面状態に依存して発生するものであり、これを抑止するには、レジストと反応する物質が基板上に残存しない状態を実現することを要する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、リソグラフィー時において、レジストと基板との現像液中での密着性向上を図るため、基板の疎水化処理が行われている。しかしながらこの場合、この疎水化処理後の基板上の残留物とレジストとの化学反応によって生じる変質により、レジストパターンの欠陥を惹起するという問題がある。
【０００５】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、疎水化処理時における不要な分解物の発生を防止し、レジストパターン欠陥を抑止して、リソグラフィーに基づく各種パターンの欠陥発生を確実に抑止する基板処理方法、当該方法を実現するための基板処理装置、及び当該方法を適用した高信頼性で歩留りの高い半導体装置を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００７】
本発明の基板処理装置は、非処理対象となる基板が設置されるチャンバーと、液状の疎水化処理剤を貯蔵する貯蔵手段と、前記貯蔵手段内の前記疎水化処理剤に気化用ガスを導入し、前記疎水化処理剤を気化させる気化手段と、前記気化手段と前記貯蔵手段との間に配設され、前記気化手段から送出された前記気化用ガスから水分を除去する水分除去手段と、気化した前記疎水化処理剤を前記チャンバー内に設置された前記基板に送出する送出手段とを含む。
【０００８】
本発明の基板処理方法は、気化用ガスから水分を除去する工程と、水分の除去された前記気化用ガスを貯蔵された液状の疎水化処理剤に導入し、前記疎水化処理剤を気化する工程と、気化した前記疎水化処理剤を非処理対象となる基板に送出し、前記基板表面を疎水化する工程とを含む。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に所望の薄膜を形成する工程と、前記半導体基板の表面を疎水化処理する工程と、前記薄膜上にレジストを塗布し、前記レジストを加工してレジストパターンを形成した後、前記レジストパターンをマスクとして前記薄膜をエッチングする工程とを含み、前記疎水化処理工程は、気化用ガスから水分を除去する工程と、水分の除去された前記気化用ガスを貯蔵された液状の疎水化処理剤に導入し、前記疎水化処理剤を気化する工程と、気化した前記疎水化処理剤を非処理対象となる基板に送出し、前記半導体基板の表面を疎水化する工程とを含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
−本発明の基本骨子−
初めに、本発明の基本骨子となる作用原理について説明する。
本発明では、洗浄処理により水酸基に終端された半導体基板の表面を疎水化することを前提とする。ここでは、基板にレジストを塗布する前に、基板表面に疎水化処理、具体的にはヘキサメチルジシラザンを用いて基板表面の水酸基をトリメチルシリル基に置換する。このヘキサメチルシシラザンによる基板表面の水酸基のトリメチルシリル基への置換反応により、基板表面の表面エネルギーが低下し、その結果、レジストの現像液中での密着性が向上する。
【００１１】
しかしながらこの場合、基板上にレジストを塗布した際に、基板の疎水化処理に用いたヘキサメチルジシラザンの分解物とレジストとが化学反応し、これに起因してレジストパターンに欠陥が生じる。この欠陥は、アモルファスシリコン膜上でのレジストパターン形成後に顕著に確認される。
【００１２】
通常、基板表面の疎水化処理は、疎水化処理剤を貯蔵する貯蔵手段であるバブリングタンク内にあるヘキサメチルジシラザンを気化させるために窒素ガスを用いてバブリングし、この気化したヘキサメチルジシラザンを含む窒素ガスを、基板が保持されている密閉チャンバーに導入し、基板をヘキサメチルジシラザン雰囲気に晒すことで基板の疎水化処理を行う。
【００１３】
本発明者は、上述したレジストパターン欠陥の生じる主原因が、気化用ガスである窒素ガスに存在する微量の水分がヘキサメチルジシラザンと化学反応してヘキサメチルジシラザンの分解物であるトリメチルシラノールが生成し、このトリメチルシラノールが疎水化処理後の基板に残留することにあると考察した。
【００１４】
このトリメチルシラノールは、疎水化処理後に２００℃以上の加熱を行っても基板上に残留することが確認されており、基板に残留したトリメチルシラノールとレジストとが反応して現像液に難溶となり、本来ではレジストが残らない部分にレジストが残ってしまい、残渣を伴うレジストパターン欠陥が生じる。
【００１５】
本発明では、疎水化処理後の基板表面にヘキサメチルジシラザンの分解物が残存しないように、バブリングタンクに気化用ガスを導入する直前で、当該気化用ガス中の水分を除去する。これにより、ヘキサメチルジシラザンの分解物トリメチルシラノールを生成することなく疎水化処理を実行することができ、トリメチルシラノールに起因するレジストパターン欠陥の発生を防止することが可能となる。
【００１６】
−本発明を適用した具体的な実施形態−
上述した本発明の基本骨子を踏まえ、具体的な実施形態について説明する。
ここでは主に、半導体装置、例えばＭＯＳトランジスタを製造するにあたり、ゲート絶縁膜となる熱酸化膜及びその上にゲート電極となるアモルファスシリコン膜の形成後における基板処理について述べる。
【００１７】
図１は、本実施形態における基板処理を行うための基板処理装置の概略構成を示す模式図である。
この基板処理装置は、非処理対象となるシリコン半導体基板１１を設置するホットプレート１２を有する密閉チャンバー１と、液状の疎水化処理剤であるヘキサメチルジシラザンを貯蔵するバブリングタンクであるＨＭＤＳバブラー２と、ＨＭＤＳバブラー２内のヘキサメチルジシラザンに気化用ガスである窒素ガスを導入し、ヘキサメチルジシラザンを気化させる気化手段である気化用ガス導入部３と、気化ガス導入部３とＨＭＤＳバブラー２との間に配設され、気化ガス導入部３から送出された窒素ガス中から水分を除去するシリカゲルを封入した水分除去手段であるシリカゲル管４と、電磁弁１３を有し、電磁弁１３の開閉制御により気化したヘキサメチルジシラザンを密閉チャンバー１内に設置された半導体基板１１の表面に送出する疎水化処理剤送出部５とを備えて構成されている。
【００１８】
本実施形態では、上記構成の基板処理装置を用い、ＭＯＳトランジスタの製造工程における図２（ａ）に示すような状態で基板処理を行う。ここでは、素子分離領域にＬＯＣＯＳ法によりフィールド酸化膜２１を形成して活性領域を画定した後、ゲート絶縁膜となる熱酸化膜３１及びその上にゲート電極となるアモルファスシリコン膜３２の形成されてなる半導体基板１１を被処理対象として、疎水化処理を実行する。
【００１９】
具体的には、気化ガス導入部３から送出された窒素ガスをシリカゲル管４に通して水分を除去し、この水分除去された窒素ガスを用いてＨＭＤＳバブラー２内のヘキサメチルジシラザンを気化させ、この気化したヘキサメチルジシラザンを、密閉チャンバー１内でホットプレート１２により１１０℃に加熱保持された半導体基板１１の表面に２０秒間吹き付ける。
【００２０】
続いて、図２（ｂ）に示すように、製品名ＰＦ１−３４（住友化学工業（株）製）であるフォトレジストをアモルファスシリコン膜３２の表面に膜厚１．１８μｍ程度に塗布し、露光及び現像を行うことにより、レジストパターン３３を形成する。
【００２１】
実際に、上述のようにレジストパターン３３を形成したところ、残渣を伴うレジストパターン欠陥は確認されなかった。
【００２２】
これに対して、図３のように、図１の装置構成から水分除去手段であるシリカゲル管４を除いて構成した基板処理装置を用い、水分除去を行っていない窒素ガスにより上記と同様に、アモルファスシリコン膜の形成された半導体基板の表面に疎水化処理を施したところ、本来ではレジストが残らない部分に残渣が生じるレジストパターン欠陥が多数観察された。
【００２３】
続いて、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン３３をマスクとしてアモルファスシリコン膜３２及び熱酸化膜３１をドライエッチングし、レジストパターン３３の形状に倣ったゲート絶縁膜２２及びゲート電極２３をパターン形成する。
【００２４】
しかる後、灰化処理等によりレジストパターン３３を除去する。そして、ゲート電極２３をマスクとしたイオン注入によるソース／ドレイン２４、ゲート電極２３を覆う層間絶縁膜２５、層間絶縁膜２５上に形成されソース／ドレイン２４とコンタクト孔２６を介して導通する配線層２７等を形成し、図２（ｄ）に示すようなＭＯＳトランジスタを完成させる。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態によれば、疎水化処理時における不要な分解物の発生を防止し、レジストパターン欠陥を抑止して、ゲート絶縁膜２２及びゲート電極２３に代表されるフォトリソグラフィーに基づく各種パターンの欠陥発生が確実に防止される。これにより、高信頼性で歩留りの高いＭＯＳトランジスタの実現が可能となる。
【００２６】
−本実施形態の諸変形例−
ここで、本実施形態の諸変形例について説明する。これら変形例では、本実施形態と同様にＭＯＳトランジスタの製造方法を例示するが、疎水化処理に用いる基板処理装置の構成が一部異なる点で相違する。従って便宜上、これら変形例では、主に基板処理装置の構成及び疎水化処理について述べる。なお、上述した実施形態と同様の製造工程及び構成部材等については同符号を記して説明を省略する。
【００２７】
［変形例１］
本例で用いる基板処理装置は、図４に示すように、気化ガス導入部３とＨＭＤＳバブラー２との間に、図１のシリカゲル管４の替わりに、気化用ガスである窒素ガス中の水分を冷凍して除去する冷凍器４１が設けられて構成されている。
【００２８】
ここでは、アモルファスシリコン膜３２の形成された半導体基板１１の表面を疎水化処理するに際して、気化ガス導入部３から送出された窒素ガスを冷凍器４１に通して水分を除去し、この水分除去された窒素ガスを用いてＨＭＤＳバブラー２内のヘキサメチルジシラザンを気化させ、この気化したヘキサメチルジシラザンを、密閉チャンバー１内でホットプレート１２により１１０℃に加熱保持された半導体基板１１の表面に２０秒間吹き付ける。
【００２９】
この場合、ヘキサメチルジシラザンの気化用ガスである窒素ガスの冷凍器４１による除湿にあたっては、マイナス１０℃以下であれば除湿効果が得られるが、マイナス２０℃以下とすることが充分な除湿効果が得るうえでより好ましい。
【００３０】
また、図５に示すように、冷凍器４１を通した窒素ガスを常温に戻すために、必要に応じて、冷凍器４１とＨＭＤＳバブラー２との間に熱交換器４２を設置しても良い。
【００３１】
続いて、図２（ｂ）と同様に、製品名ＰＦ１−３４（住友化学工業（株）製）であるフォトレジストをアモルファスシリコン膜３２の表面に膜厚１．１８μｍ程度に塗布し、露光及び現像を行うことにより、レジストパターン３３を形成する。
【００３２】
実際に、上述のようにレジストパターン３３を形成したところ、残渣を伴うレジストパターン欠陥は確認されなかった。
【００３３】
以上説明したように、変形例１によれば、疎水化処理時における不要な分解物の発生を防止し、レジストパターン欠陥を抑止して、ゲート絶縁膜２２及びゲート電極２３に代表されるフォトリソグラフィーに基づく各種パターンの欠陥発生が確実に防止される。これにより、高信頼性で歩留りの高いＭＯＳトランジスタの実現が可能となる。
【００３４】
［変形例２］
本例で用いる基板処理装置は、図６に示すように、気化ガス導入部３とＨＭＤＳバブラー２との間に、図１のシリカゲル管４の替わりに、水分子のみをふるい分けする機能を有し窒素ガス中から水分を除去するモレキュラーシーブ（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｓｉｅｖｅ）４３が設けられて構成されている。
【００３５】
ここでは、アモルファスシリコン膜３２の形成された半導体基板１１の表面を疎水化処理するに際して、気化ガス導入部３から送出された窒素ガスをモレキュラーシーブ４３に通して水分を除去し、この水分除去された窒素ガスを用いてＨＭＤＳバブラー２内のヘキサメチルジシラザンを気化させ、この気化したヘキサメチルジシラザンを、密閉チャンバー１内でホットプレート１２により１１０℃に加熱保持された半導体基板１１の表面に２０秒間吹き付ける。
【００３６】
続いて、図２（ｂ）と同様に、製品名ＰＦ１−３４（住友化学工業（株）製）であるフォトレジストをアモルファスシリコン膜３２の表面に膜厚１．１８μｍ程度に塗布し、露光及び現像を行うことにより、レジストパターン３３を形成する。
【００３７】
実際に、上述のようにレジストパターン３３を形成したところ、残渣を伴うレジストパターン欠陥は確認されなかった。
【００３８】
以上説明したように、変形例１によれば、疎水化処理時における不要な分解物の発生を防止し、レジストパターン欠陥を抑止して、ゲート絶縁膜２２及びゲート電極２３に代表されるフォトリソグラフィーに基づく各種パターンの欠陥発生が確実に防止される。これにより、高信頼性で歩留りの高いＭＯＳトランジスタの実現が可能となる。
【００３９】
なお、上述した本実施形態及びその諸変形例では、疎水化処理剤であるヘキサメチルジシラザンの気化及び導入に用いる気化用ガスとして窒素ガスを用いたが、窒素に限定するものでは無く、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガスを用いても良い。
【００４０】
また、フォトレジストとしてノボラック系ポジ型フォトレジストである製品名ＰＦ１−３４（住友化学工業（株）製）を用いたが、その他のノボラック系ポジ型フォトレジストやＫｒＦレジスト、ＡｒＦレジスト等を用いる場合でも、同様の優れた効果が得られる。
【００４１】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４２】
（付記１）非処理対象となる基板が設置されるチャンバーと、
液状の疎水化処理剤を貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段内の前記疎水化処理剤に気化用ガスを導入し、前記疎水化処理剤を気化させる気化手段と、
前記気化手段と前記貯蔵手段との間に配設され、前記気化手段から送出された前記気化用ガスから水分を除去する水分除去手段と、
気化した前記疎水化処理剤を前記チャンバー内に設置された前記基板に送出する送出手段と
を含むことを特徴とする基板処理装置。
【００４３】
（付記２）前記疎水化処理剤がヘキサメチルジシラザンであることを特徴とする付記１に記載の基板処理装置。
【００４４】
（付記３）前記水分除去手段が、シリカゲル、モレキュラーシーブ、及び冷凍器のうちのいずれか１種であることを特徴とする付記１又は２に記載の基板処理装置。
【００４５】
（付記４）気化用ガスから水分を除去する工程と、
水分の除去された前記気化用ガスを貯蔵された液状の疎水化処理剤に導入し、前記疎水化処理剤を気化する工程と、
気化した前記疎水化処理剤を非処理対象となる基板に送出し、前記基板表面を疎水化する工程と
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【００４６】
（付記５）前記疎水化処理剤がヘキサメチルジシラザンであることを特徴とする付記４に記載の基板処理方法。
【００４７】
（付記６）前記気化用ガスから水分を除去するに際して、シリカゲル、モレキュラーシーブ、及び冷凍器のうちのいずれか１種を用いることを特徴とする付記４又は５に記載の基板処理方法。
【００４８】
（付記７）半導体基板の表面に所望の薄膜を形成する工程と、
前記半導体基板の表面を疎水化処理する工程と、
前記薄膜上にレジストを塗布し、前記レジストを加工してレジストパターンを形成した後、前記レジストパターンをマスクとして前記薄膜をエッチングする工程と
を含み、
前記疎水化処理工程は、
気化用ガスから水分を除去する工程と、
水分の除去された前記気化用ガスを貯蔵された液状の疎水化処理剤に導入し、前記疎水化処理剤を気化する工程と、
気化した前記疎水化処理剤を非処理対象となる基板に送出し、前記半導体基板の表面を疎水化する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４９】
（付記８）前記疎水化処理剤がヘキサメチルジシラザンであることを特徴とする付記７に記載の半導体装置の製造方法。
【００５０】
（付記９）前記気化用ガスから水分を除去するに際して、シリカゲル、モレキュラーシーブ、及び冷凍器のうちのいずれか１種を用いることを特徴とする付記７又は８に記載の半導体装置の製造方法。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、疎水化処理時における不要な分解物の発生を防止し、レジストパターン欠陥を抑止して、フォトリソグラフィーに基づく各種パターンの欠陥発生が確実に防止される。これにより、高信頼性で歩留りの高い半導体装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における基板処理を行うための基板処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図１の装置構成から水分除去手段であるシリカゲル管４を除いて比較例として構成した基板処理装置を示す模式図である。
【図４】変形例１における基板処理を行うための基板処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図５】変形例１における基板処理を行うための他の基板処理装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】変形例２における基板処理を行うための基板処理装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１　密閉チャンバー
２　ＨＭＤＳバブラー
３　気化用ガス導入部
４　シリカゲル管
５　疎水化処理剤送出部
１１　シリコン半導体基板
１２　ホットプレート
１３　電磁弁
２１　フィールド酸化膜
２２　ゲート絶縁膜
２３　ゲート電極
２４　ソース／ドレイン
２５　層間絶縁膜
２６　コンタクト孔
２７　配線層
３１　熱酸化膜
３２　アモルファスシリコン膜
３３　レジストパターン
４１　冷凍器
４２　熱交換器
４３　モレキュラーシーブ
【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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