(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体装置を低コストで製造する。【解決手段】タングステン膜を含むゲート電極を加工した複数の半導体ウエハをチャンバ２内に配置して熱処理を行った後、ダミーウエハ１１をウエハ保持治具４に装填し、チャンバ２内に挿入する。それから、ガス導入口５からチャンバ２内に酸化性ガスを導入し、チャンバ２およびダミーウエハ１１を加熱する。これにより、チャンバ２の内壁に付着していた汚染物１０が酸化されてダミーウエハ１１に吸着し、チャンバ２の内壁がクリーニングされる。その後、ウエハ保持治具４をチャンバ２から引き出し、ウエハ保持治具４からダミーウエハ１１を回収する。【選択図】    図４
2004311894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極を加工した複数の半導体ウエハをチャンバ内に配置して熱処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記熱処理を行った後、前記チャンバをクリーニングするにあたり、前記チャンバ内に複数のダミーウエハを配置して前記チャンバを加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
金属膜を有するゲート電極を加工した複数の半導体ウエハをチャンバ内に配置して熱処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記熱処理を行った後、前記チャンバをクリーニングするにあたり、前記チャンバ内に複数のダミーウエハを配置して前記チャンバを加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
ゲート電極を加工した複数の半導体ウエハをチャンバ内に配置して熱処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記熱処理を行った後、前記チャンバをクリーニングするにあたり、前記チャンバ内に複数のダミーウエハを配置し、前記チャンバ内に酸化性ガスを導入して、前記チャンバを加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ゲート電極を加工した複数の半導体ウエハをチャンバ内に配置して熱処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記熱処理を行った後、前記チャンバをクリーニングするにあたり、前記チャンバ内に複数のダミーウエハを配置し、前記チャンバ内に水蒸気を含むガスを導入して、前記チャンバを加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
金属膜を有するゲート電極を加工した複数の半導体ウエハをチャンバ内に配置して熱処理を行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記熱処理を行った後、前記チャンバをクリーニングするにあたり、前記チャンバ内に複数のダミーウエハを配置し、前記チャンバ内に水蒸気を含むガスを導入して、前記チャンバを加熱する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、半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体ウエハを熱処理する際に用いられるチャンバのクリーニング技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＭＩＳＦＥＴのゲート電極として、多結晶シリコン膜とタングステン膜とが積層されたポリメタルゲート電極が検討されている。このポリメタルゲート電極を形成するには、半導体ウエハ上に多結晶シリコン膜およびタングステン膜の積層膜を形成した後、その積層膜をドライエッチングによって加工する。このドライエッチングによりダメージを受けたゲート絶縁膜を修復する再酸化処理のため、ゲート電極を加工した半導体ウエハを酸化装置のチャンバ内に配置して熱処理が行われる。
【０００３】
また、半導体製造装置のチャンバのクリーニング方法として、半導体製造装置のチャンバ内に弗化水素（ＨＦ）ガスなどを導入する技術がある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３３０３２３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ポリメタルゲート電極の側壁では、タングステン膜の側面が露出しているため、ポリメタルゲート電極の加工後の熱処理（酸化処理）の際に、ポリメタルゲート電極の側壁においてタングステンが昇華し、汚染物（メタル汚染物）として酸化装置のチャンバの内壁に付着する恐れがある。ゲート電極を加工した半導体ウエハをメタル汚染物により汚染された状態のチャンバを用いて熱処理（酸化処理）すると、熱処理を行った半導体ウエハが汚染されてしまい、その半導体ウエハから製造される半導体装置の性能や信頼性が低下する恐れがある。このため、熱処理の後、チャンバの内壁をクリーニング（洗浄）することが望まれる。
【０００６】
酸化装置のチャンバをクリーニングするには、次の２つの方法が考えられる。第１の方法として、酸化装置からチャンバを取り外し、弗化水素（ＨＦ）液などの薬液を貯えた薬液槽にチャンバを浸して、チャンバの内壁をウエットクリーニングすることが考えられる。また、第２の方法として、酸化装置のチャンバ内に弗化水素（ＨＦ）ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスまたは酸素（Ｏ２）ガスなどを供給し、チャンバ内壁に付着したメタル汚染物を酸化、排除して、チャンバの内壁をドライクリーニングすることが考えられる。
【０００７】
上記第１の方法では、酸化装置からチャンバを取り外す必要があるため、その作業は容易ではない。また、チャンバの取り外しなどの作業に多大な時間を要するため、酸化装置の稼働率が大きく低下してしまう。これは、半導体装置の製造コストの増大を招く。
【０００８】
上記第２の方法では、弗化水素ガスや塩化水素ガスを用いてドライクリーニングを行った場合、酸化装置の金属材料部分やデバイスを腐食させる恐れがある。また、酸素ガスを用いてドライクリーニングを行った場合、酸化レートが低く、クリーニング（汚染排除）効果は比較的少ない。また、酸素ガスを用いてドライクリーニングを行った場合、酸化レートを高めるためには、チャンバを高温にする必要があるが、この作業は時間を要するため、酸化装置の稼働率を大きく低下させてしまう。これは、半導体装置の製造コストの増大を招く。
【０００９】
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置を製造できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、半導体装置の製造コストを低減できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体ウエハの熱処理に用いたチャンバをクリーニングする際に、チャンバ内にダミーウエハを配置してチャンバを加熱するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１５】
本実施形態の半導体装置の製造工程を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程で用いられる半導体製造装置の説明図である。図１の半導体製造装置１は、半導体ウエハ（半導体基板）の熱処理装置または酸化装置に対応し、図１ではその概略断面が示されている。
【００１６】
図１に示される半導体製造装置１は、例えば石英などからなるチャンバ（処理室）２と、チャンバ２内に配置され、複数（例えば５０枚程度）の半導体ウエハ（半導体基板）３を保持するためのウエハ保持治具（石英ボート）４とを有している。チャンバ２の高さは、例えば１０００ｍｍ（１００ｃｍ）程度であり、チャンバ２の直径は、例えば３００ｍｍ（３０ｃｍ）程度である。ウエハ保持治具４は、例えば石英などからなる。
【００１７】
チャンバ２には、チャンバ２内に所定のガスを導入可能とするガス導入口５と、チャンバ２内のガスを排気するためのガス排気口６とが設けられている。ガス導入口５から導入されたガスが、チャンバ２の上部の放出部（ガス放出部、ガス噴出部）７からチャンバ２の下方に向かってシャワー状に放出され、ガス排気口６からチャンバ２の外部に排気されるように構成されている。ウエハ保持治具４には、複数の半導体ウエハ３が、互いに略平行に縦方向に並べて配置（搭載、装填）できるように構成されている。従って、チャンバ２は縦型チャンバに対応し、半導体製造装置１は縦型の熱処理装置または酸化装置に対応する。
【００１８】
ウエハ保持治具４に装填（配置）された複数の半導体ウエハ３を熱処理する際には、所定のガス（熱処理用ガス）、例えば、酸素（Ｏ２）ガス、あるいは水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの混合ガスなどをガス導入口５から導入する。ガス導入口５から導入された熱処理用ガスは、チャンバ２の上部の放出部７からチャンバ２の下方にシャワー状に放出され、ガス排気口６を介してチャンバ２外部に排気される。ウエハ保持治具４に装填された複数の半導体ウエハ３は、チャンバ２の外部に設けられた図示しない加熱機構（例えばランプ加熱またはヒータ加熱など）により所定の温度（例えば７５０〜８００℃程度）に加熱される。これにより、ウエハ保持治具４に装填された複数の半導体ウエハ３は熱処理され、例えばチャンバ２内に酸化性ガス（例えば、酸素ガス、または水蒸気ガスと水素ガスとの混合ガス）を導入しておけば、各半導体ウエハ３の表面が酸化（例えばゲート絶縁膜が再酸化）される。半導体ウエハ３の熱処理（酸化処理）の際には、チャンバ２自身も加熱される。
【００１９】
半導体ウエハ３を熱処理した際に、半導体ウエハ３上の金属膜（例えばタングステン膜）の一部が昇華し、汚染物として半導体製造装置１のチャンバ２の内壁に付着してチャンバ２の内壁が汚染される場合がある。図２は、図１の半導体製造装置１において、半導体ウエハ３の熱処理によってチャンバ２の内壁が汚染された状態を模式的に示す説明図である。図２では、半導体ウエハ３の熱処理によって生じた汚染物１０がチャンバ２の内壁に付着した状態が模式的に示されている。このような現象は、半導体ウエハ３上に金属膜（例えばタングステン膜）を有するゲート電極を形成または加工（パターニング、パターン化）した後に熱処理を行った場合に顕著であり、ゲート電極の側壁で露出する金属膜の一部が昇華し、汚染物（メタル（金属）汚染物）１０としてチャンバ２の内壁に付着する。このようにチャンバ２の内壁が汚染物１０により汚染されている場合、次のロットの半導体ウエハ３を半導体製造装置１により熱処理すれば、チャンバ２の内壁上の汚染物１０が熱処理した半導体ウエハ３上に付着してしまい、半導体ウエハ３が汚染される恐れがある。これは、半導体ウエハ３から製造される半導体装置の性能の低下を引き起こす。このため、ウエハ保持治具４に装填（配置）された複数の半導体ウエハ３を熱処理した後、チャンバ２の内壁上の汚染物１０を排除してクリーニング（洗浄）するクリーニング処理（洗浄処理）を行う。
【００２０】
図３は、チャンバ２のクリーニング処理を説明するためのフローチャートである。まず、ウエハ保持治具（石英ボート）４に複数のダミーウエハ１１を配置または装填する（ステップＳ１）。ダミーウエハ１１は、それからは半導体装置を製造しない半導体ウエハ（半導体基板）であり、例えば単結晶シリコンなどからなる。ウエハ保持治具４に装填するダミーウエハ１１の枚数は、例えば１バッチ５０枚処理の半導体製造装置（一度に５０枚の半導体ウエハ３をチャンバ２内に配置して熱処理できる半導体製造装置）であれば、例えば５０枚程度とすることができる。チャンバ２のクリーニング処理の際には、それから半導体装置が製造される半導体ウエハ（半導体基板）である半導体ウエハ３は、ウエハ保持治具４に装填されない。
【００２１】
次に、ダミーウエハ１１を装填したウエハ保持治具４をチャンバ２内に挿入する（ステップＳ２）。
【００２２】
次に、チャンバ２（の内壁）をクリーニング（洗浄）する（ステップＳ３）。チャンバ２のクリーニングは、次のようにして行われる。ガス導入口５からチャンバ２内に所定のガス（酸化性ガス）を導入し、チャンバ２の外部に設けられた図示しない加熱機構（例えばランプ加熱またはヒータ加熱など）を用いてチャンバ２およびその内部を加熱する。この際、ウエハ保持治具４に装填されたダミーウエハ１１も加熱（熱処理）される。酸化性ガスがチャンバ２内に導入された状態でチャンバ２が加熱されることにより、チャンバ２の内壁に付着していた汚染物（メタル汚染物）１０が酸化され、その一部はガス排気口６からチャンバ２の外部に排出され、他の一部はウエハ保持治具４に装填されたダミーウエハ１１にトラップ（吸着、付着）される。
【００２３】
図４は、チャンバ２のクリーニングの際に、チャンバ２の内壁に付着していた汚染物１０が酸化され、ダミーウエハ１１に吸着される様子を模式的に示す説明図である。図４は、図１および図２に対応する概略断面が示されている。図４に示されるように、酸化性ガス雰囲気中で加熱されることにより、チャンバ２の内壁に付着していた汚染物１０が酸化されて（金属酸化物などになって）チャンバ２から離脱し、ウエハ保持治具４に装填されたダミーウエハ１１に吸着される。このため、チャンバ２の内壁から汚染物１０を取り除き、チャンバ２の内壁をクリーニング（洗浄）または清浄化することができる。チャンバ２の内壁から汚染物１０は除去されるが、代わりにダミーウエハ１１が汚染物（メタル汚染物または酸化メタル汚染物）１０により汚染される。なお、チャンバ２の内壁だけでなく、チャンバ２内に位置するもの、例えばウエハ保持治具４などに付着していた汚染物も、ダミーウエハ１１に吸着させることができる。このため、チャンバ２だけでなくウエハ保持治具４などのクリーニングも可能になる。
【００２４】
チャンバ２のクリーニングの際に、ガス導入口５からチャンバ２内に導入するガスは、酸化性ガス（例えば酸素（Ｏ２）ガスまたは水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガスなど）を含み、より好ましくは水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガス（水蒸気）を含む。水蒸気ガス（水蒸気）は、酸素ガスなどに比較して酸化レートが高いので、ガス導入口５からチャンバ２内へ導入するガスが水蒸気ガスを含んでいれば、チャンバ２の内壁のクリーニング（汚染物の排除）効果をより高めることができる。また、ガス導入口５からチャンバ２内に導入するガスを、上記半導体ウエハ３の熱処理工程におけるチャンバ２内への導入ガスと同じガス（例えば水蒸気と水素ガスとの混合ガス）とすることもできる。また、チャンバ２の内壁のクリーニングの際には、少なくともチャンバ２を加熱するが、チャンバ２は石英チャンバであり、チャンバ２内に挿入されたウエハ保持治具４に装填されたダミーウエハ１１を加熱する処理を行えば、チャンバ２自身を加熱することができる。チャンバ２のクリーニング処理の際の加熱温度は、上記半導体ウエハ３の熱処理工程における熱処理温度と同程度の温度とすることができ、例えば７５０℃〜８００℃程度とすることができる。従って、チャンバ２のクリーニング処理は、半導体ウエハ３の熱処理工程と、半導体ウエハ３の代わりにダミーウエハ１１をウエハ保持治具４に装填していること以外は、ほぼ同様とすることができる。
【００２５】
次に、チャンバ２のクリーニングが終了し、ダミーウエハ１１、ウエハ保持治具４およびチャンバ２の温度が所定の温度に低下した後、図５に示されるように、ダミーウエハ１１を装填したウエハ保持治具４をチャンバ２から引き出す（ステップＳ４）。それから、ウエハ保持治具４からダミーウエハ１１を取り出して回収する（ステップＳ５）。このようにして行われるチャンバ２のクリーニング処理に要する時間（昇温および降温過程を含む）は、例えば４時間程度である。
【００２６】
このようにして、チャンバ２の内壁をクリーニング処理した後、次のロットの半導体ウエハ３をウエハ保持治具４に装填し、チャンバ２にウエハ保持治具４を挿入する。ここで装填される半導体ウエハ３は、そこから半導体装置が製造される半導体ウエハ（製品ウエハ）である。そして、上記の半導体ウエハ３の熱処理と同様の熱処理を行って、ウエハ保持治具４に装填された半導体ウエハ３の酸化処理（ゲート絶縁膜の再酸化処理）などを行うことができる。その後、チャンバ２の内壁のクリーニング処理が上記の手順に従って行われる。
【００２７】
なお、チャンバ２の内壁のクリーニングの後にウエハ保持治具４から取り出されて回収されたダミーウエハ１１は、図６に示されるように、例えば弗化水素（ＨＦ）液などの薬液１５を貯えた薬液槽１６に浸すなどして洗浄（クリーニング、ウエット洗浄）され、付着していた汚染物１０を除去して、次に行われるチャンバ２の内壁のクリーニング処理の際のダミーウエハ１１として用いる（再利用する）ことができる。これにより、チャンバ２のクリーニング処理に要する費用を節減でき、半導体装置の製造コストを低減できる。
【００２８】
本実施の形態では、チャンバ２内にダミーウエハ１１を配置した状態でチャンバ２内に酸化性ガスを導入し、加熱（チャンバ２またはダミーウエハ１１の加熱）処理を行って、チャンバ２の内壁に付着している汚染物１０を酸化して除去する。チャンバ２の内壁から取り除かれた汚染物１０は、ガス排気口６からチャンバ２の外部に排出されるが、その一部はチャンバ２の内壁に再付着する恐れがある。本実施の形態では、チャンバ２内にはダミーウエハ１１が存在するので、チャンバ２の内壁から取り除かれた汚染物１０は、ガス排気口６からチャンバ２の外部に排出され、ガス排気口６から排出されなかった汚染物１０はダミーウエハ１１に付着（吸着）する。このため、チャンバ２の内壁から取り除かれた汚染物１０がチャンバ２の内壁に再付着するのを防止することができる。ダミーウエハ１１に付着した汚染物１０は、ダミーウエハ１１とともにチャンバ２の外部に排除される。従って、チャンバ２のクリーニング効果をより向上し、チャンバ２の内壁をより清浄化することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、チャンバ２の内壁だけでなく、ウエハ保持治具４などに付着していた汚染物もダミーウエハ１１に吸着させることができ、チャンバ２のクリーニング処理の際に、ウエハ保持治具４などのクリーニング処理も行うことができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、半導体ウエハ３の熱処理で用いられ得るガス（例えば酸素ガス、水素ガスまたは水蒸気ガスなど）をチャンバ２の内壁のクリーニング処理の際に用いることができるので、半導体製造装置１にクリーニング処理のための特別な機構などを付加する必要がない。このため、半導体装置の製造コストを低減できる。例えば、水蒸気ガスのチャンバ内への導入は、酸化装置（熱処理装置）においては一般的であり、容易に適用可能である。
【００３１】
また、本実施の形態では、チャンバ２のクリーニングの際に弗化水素（ＨＦ）ガスや塩化水素（ＨＣｌ）ガスのような腐食性のガスを用いる必要がないので、半導体製造装置１の金属材料部分やデバイスなどを腐食させる恐れがない。
【００３２】
また、本実施の形態では、半導体製造装置１においてチャンバ２を取り外す必要がない。このため、チャンバ２のクリーニング処理を比較的短時間で容易に行え、半導体製造装置１の稼働率を向上することができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、半導体ウエハ３の代わりにダミーウエハ１１を用いること以外は、半導体ウエハ３の熱処理（酸化処理）と同様の処理によって、チャンバ２の内壁のクリーニング処理を行うことができる。このため、チャンバ２のクリーニング作業が容易であり、誰でも簡単にチャンバ２のクリーニング処理を行うことが可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、チャンバ２の内壁から汚染物を除去し、チャンバ２の内壁を常に清浄化した状態で半導体ウエハの熱処理（酸化処理）を行うことができるので、製造される半導体装置の性能を向上することができる。また、半導体装置の製造歩留まりも改善できる。
【００３５】
次に、本実施の形態の半導体装置の製造工程について説明する。図７〜図１１は、本発明の一実施の形態である半導体装置、例えばＭＩＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、の製造工程中の要部断面図である。
【００３６】
図７に示されるように、例えば１〜１０Ωｃｍ程度の比抵抗を有するｐ型の単結晶シリコンなどからなる半導体ウエハ（半導体基板）２１の主面に素子分離領域２２が形成される。素子分離領域２２は酸化シリコンなどからなり、例えばＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法またはＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ）法などにより形成される。
【００３７】
次に、半導体ウエハ２１のｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴを形成する領域にｐ型ウエル２３を形成する。ｐ型ウエル２３は、例えばホウ素（Ｂ）などの不純物をイオン注入することなどによって形成される。
【００３８】
次に、ｐ型ウエル２３の表面にゲート絶縁膜２４が形成される。ゲート絶縁膜２４は、例えば薄い酸化シリコン膜などからなり、例えば熱酸化法などによって形成することができる。
【００３９】
次に、ｐ型ウエル２３のゲート絶縁膜２４上にゲート電極２５が形成される。ゲート電極２５は、例えば次のようにして形成することができる。まず、図８に示されるように、半導体ウエハ２１上に、リンなどを導入（ドープ）した多結晶シリコン膜２６を例えばＣＶＤ（化学的気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて形成する。それから、多結晶シリコン膜２６上に、窒化タングステン膜（バリア膜）２７およびタングステン膜（金属層）２８を例えばスパッタリング法などを用いて順に形成する。その後、保護膜として窒化シリコン膜２９をタングステン膜２８上に例えばＣＶＤ法などを用いて形成する。窒化シリコン膜２９の他の材料として、酸化シリコン膜または炭化シリコン膜などを用いることもできる。次に、図９に示されるように、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、窒化シリコン膜２９を選択的に除去して所定の形状に加工（パターニング、パターン化）し、フォトレジストパターンまたはこのパターンニングされた窒化シリコン膜２９をエッチングマスク（加工マスク）として用い、タングステン膜２８、窒化タングステン膜２７および多結晶シリコン膜２６の積層構造をドライエッチング（例えばプラズマエッチング）などを用いて選択的に除去して加工（パターニング、パターン化）し、ゲート電極２５を形成する。このようにして、ゲート電極２５を加工（パターニング、パターン化）する。
【００４０】
従って、形成されたゲート電極２５は、下から多結晶シリコン膜２６、窒化タングステン膜２７およびタングステン膜２８の積層構造を有している。ゲート電極２５は、多結晶シリコン膜（多結晶シリコン膜２６）と金属層（タングステン膜２８）とを有しており、いわゆるポリメタルゲート（ポリメタルゲート電極）に対応する。
【００４１】
タングステン膜２８はゲート電極２５を低抵抗化するように機能する。タングステン膜２８のかわりの材料としては高融点金属を用いることができ、例えばチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）またはモリブデン（Ｍｏ）などを用いることもできる。窒化タングステン膜２７はバリア層として機能し、例えば、タングステン膜（金属層）２８と多結晶シリコン膜２６との反応防止、接着性の向上、または不純物の拡散防止などの機能を有する。窒化タングステン膜２７の材料としては高融点金属窒化物を用いることができ、ここで例示した窒化タングステン（ＷＮｘ）だけでなく、例えば窒化モリブデン（ＭｏＮｘ）、窒化タンタル（ＴａＮｘ）あるいは窒化チタン（ＴｉＮｘ）などを用いることができる。窒化タングステン膜２７の更に他の材料として高融点金属炭化物を用いることもでき、例えば炭化タングステン（ＷＣｘ）、炭化モリブデン（ＭｏＣｘ）、炭化タンタル（ＴａＣｘ）あるいは炭化チタン（ＴｉＣｘ）などを用いることもできる。また、多結晶シリコン膜２６と窒化タングステン膜２７との間に珪化タングステン（ＷＳｉｘ）膜などの金属珪化物膜を形成することもできる。また、ゲート電極２５を、タングステン、モリブデンあるいはタンタルなどの金属（高融点金属）の単層からなるいわゆるメタルゲートとすることもできる。
【００４２】
ゲート電極２５の加工の際のドライエッチングにより、ゲート電極２５の周辺の半導体ウエハ表面部分に存在する酸化シリコン膜（ゲート電極２５下部以外のゲート絶縁膜２４の残存部分）には、損傷や欠陥が生じている。また、ゲート電極２５の側壁下部において、ゲート絶縁膜２４がエッチングされてアンダーカットが生じてしまう恐れもある。これは、ゲート絶縁膜２４の耐圧が低下するなどの不具合を生じさせる。このため、削れたゲート絶縁膜２４を再生するため、再酸化（ライト酸化）処理を行う必要がある。これにより、ゲート電極２５の加工（の際のドライエッチング）により生じたゲート電極２５の周辺の半導体ウエハ表面部分に存在する酸化シリコン膜の損傷や欠陥を修復し、あるいは清浄な酸化シリコン膜を再形成することができ、ゲート絶縁膜２４の耐圧を向上することができる。
【００４３】
このゲート絶縁膜２４の再酸化処理のための熱処理が、上記半導体製造装置１を用いて行われる。すなわち、水素ガスに制御された微量の水分（水蒸気）を添加した雰囲気での熱処理（Ｗｅｔ−Ｈｙｄｒｏｇｅｎ酸化、ＷＨ酸化）が、上記半導体製造装置１を用いて行われる。例えば、上記半導体ウエハ３として半導体ウエハ２１がウエハ保持治具４に装填され、チャンバ２内において水素（Ｈ２）ガスと水蒸気（Ｈ２Ｏ）ガスとを含む雰囲気中で所定の温度（例えば７５０℃〜８００℃程度）で半導体ウエハ２１を熱処理する。これにより、半導体ウエハ２１上のゲート絶縁膜２４が再酸化される。このため、ゲート電極２５の加工（の際のドライエッチング）により生じたゲート電極２５の周辺の半導体ウエハ表面部分に存在する酸化シリコン膜の損傷や欠陥を修復し、あるいは清浄な酸化シリコン膜を再形成することができ、ゲート絶縁膜２４の耐圧を向上することができる。この熱処理（ゲート絶縁膜２４の再酸化処理）の際に、ゲート電極２５の側壁においてタングステン膜２８の一部が昇華し、半導体ウエハ２１の熱処理が行われた半導体製造装置１のチャンバ２の内壁に汚染物１０として付着してチャンバ２が汚染される恐れがある。本実施の形態では、半導体ウエハ２１のこの熱処理（ゲート絶縁膜２４の再酸化処理）の後、熱処理に用いられたチャンバ２を上記のようにダミーウエハ１１を用いてクリーニングし、チャンバ２の内壁に付着した汚染物１０を除去する。これにより、次のロットの半導体ウエハ２１に対して清浄化されたチャンバ２を用いて熱処理（ゲート絶縁膜２４の再酸化処理）を行うことが可能となる。
【００４４】
次に、図１０に示されるように、ｐ型ウエル２３のゲート電極２５の両側の領域にリンなどの不純物をイオン注入することにより、ｎ−型半導体領域３１が形成される。
【００４５】
次に、ゲート電極２５の側壁上に、例えば酸化シリコンなどからなる側壁スペーサまたはサイドウォール３２が形成される。サイドウォール３２は、例えば、半導体ウエハ２１上に酸化シリコン膜を堆積し、この酸化シリコン膜を異方性エッチングすることによって形成することができる。
【００４６】
サイドウォール３２の形成後、ｎ＋型半導体領域３３（ソース、ドレイン）が、例えば、ｐ型ウエル２３のゲート電極２５およびサイドウォール３２の両側の領域にリンなどの不純物をイオン注入することにより形成される。ｎ＋型半導体領域３３は、ｎ−型半導体領域３１よりも不純物濃度が高い。
【００４７】
このようにして、図１０に示されるような構造が得られ、ｐ型ウエル２３にｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３４が形成される。
【００４８】
次に、図１１に示されるように、半導体ウエハ２１上に絶縁膜３５を形成する。絶縁膜３５は、例えば酸化シリコン膜により形成でき、あるいは相対的に薄い窒化シリコン膜と相対的に厚い酸化シリコン膜との積層膜とすることもできる。それから、必要に応じて絶縁膜３５の上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などにより平坦化した後、絶縁膜３５を選択的にドライエッチングすることにより、コンタクトホール３６を形成する。コンタクトホール３６の底部では、半導体ウエハ２１の主面の一部、例えばｎ＋型半導体領域３３の一部、やゲート電極２５（タングステン膜２８）の一部などが露出される。
【００４９】
次に、コンタクトホール３６内に、タングステン（Ｗ）などからなるプラグ３７が形成される。プラグ３７は、例えば、コンタクトホール３６の内部を含む絶縁膜３５上にバリア膜として例えば窒化チタン膜３７ａを形成した後、タングステン膜をＣＶＤ法などによって窒化チタン膜３７ａ上にコンタクトホール３６を埋めるように形成し、絶縁膜３５上の不要なタングステン膜および窒化チタン膜３７ａをＣＭＰ法またはエッチバック法などによって除去することにより形成することができる。
【００５０】
次に、プラグ３７が埋め込まれた絶縁膜３５上に、配線３８が形成される。例えば、プラグ３７が埋め込まれた絶縁膜３５上に、チタン膜３８ａと、窒化チタン膜３８ｂと、アルミニウム膜（アルミニウム合金膜）３８ｃと、チタン膜３８ｄと、窒化チタン膜３８ｅとを順に形成し、フォトリソグラフィ法などによって所定のパターンに加工して配線３８を形成する。配線３８は、プラグ３７を介してｎ＋型半導体領域３３やゲート電極２５と電気的に接続されている。配線３８は、上記のようなアルミニウム配線に限定されず種々変更可能であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金などの単体膜からなるアルミニウム配線や、タングステン配線、あるいは銅配線とすることもできる。その後、絶縁膜３５上に、配線３８を覆うように、層間絶縁膜が形成され、必要に応じてスルーホールおよびそこに埋め込まれるプラグが形成され、更に配線３８に電気的に接続する上層配線が形成されるが、ここではその説明は省略する。
【００５１】
本実施の形態のように、タングステン膜２８のような金属膜を含む導体膜を加工（パターニング）してゲート電極２５を形成した後に熱処理（酸化処理）を行うと、その熱処理（酸化処理）に用いたチャンバ２がメタル汚染物１０などにより汚染されやすい。このため、本実施の形態のようにダミーウエハ１１を用いてチャンバ２のクリーニング処理を行うことで、チャンバ２の内壁を的確に清浄化でき、チャンバ２を用いた熱処理（酸化処理）の際に半導体ウエハ２１が汚染されることがなく、製造される半導体装置の性能や信頼性を向上することができる。本実施の形態は、ゲート電極が金属膜を有する場合に適用すればより有効である。
【００５２】
また、ゲート電極２５の加工（パターニング）後に行われる熱処理（例えばゲート絶縁膜２４の再酸化処理）において、半導体ウエハ２１が汚染されると、その後の不純物拡散のための熱処理工程などにおいて汚染物が半導体ウエハ２１中に拡散し、製造される半導体装置の性能を低下させる恐れがある。また、ゲート電極２５の加工後は、半導体ウエハ２１が層間絶縁膜などで覆われておらず、例えば半導体ウエハ表面領域などが露出しており、半導体ウエハ２１が汚染されると悪影響が大きい。このため、ゲート電極２５の加工後に行われる熱処理（例えばゲート絶縁膜２４の再酸化処理）を行ったチャンバ２のクリーニングに本実施の形態を適用すればより有効である。これにより、半導体ウエハの汚染を防止し、製造される半導体装置の性能や信頼性を向上することができる。
【００５３】
また、本実施の形態では、酸化性ガス、好ましくは水蒸気ガスをチャンバ２内に供給してチャンバ２のクリーニングを行うので、チャンバ２の内壁に汚染物としてメタル汚染物が付着している場合により有効であり、チャンバ２の内壁に付着したメタル汚染物を酸化してチャンバ２から除去することができる。このため、メタル汚染物がチャンバに付着し得る熱処理、例えば金属膜を含むゲート電極２５を加工した後に行う熱処理（ゲート絶縁膜２４の再酸化処理）のように金属膜が露出した状態での熱処理を行ったチャンバ２のクリーニングに、本実施の形態を適用すれば、より有効である。
【００５４】
また、本実施の形態では、チャンバ２内にダミーウエハ１１を配置した状態でチャンバ２のクリーニングを行うことにより、チャンバ２のクリーニング効果を高めることができる。このため、チャンバ２のクリーニングの際のチャンバ２の加熱温度をそれほど高くせずともチャンバ２のクリーニングが可能となる。従って、半導体製造装置１の稼働率を向上し、半導体装置の製造コストを低減できる。
【００５５】
図１２は、チャンバのクリーニング処理を行ったときの半導体ウエハのキャリアライフタイム（ライフタイム）を示すグラフである。図１２のグラフの横軸は、チャンバ２のクリーニング方法に対応する。図１２のグラフでは、本実施の形態のようにダミーウエハ１１を用いてチャンバ２のクリーニングを行った場合（図１２のグラフでは、ダミーウエハあり、として記載）だけでなく、比較例としてチャンバ２内にダミーウエハ１１を配置することなくチャンバ２のクリーニングを行った場合（図１２のグラフでは、ダミーウエハなし、として記載）も示されている。図１２のグラフの縦軸は、各クリーニング方法でチャンバ２をクリーニングした後、そのチャンバ２を用いて半導体ウエハを熱処理したときの、熱処理された半導体ウエハのキャリアライフタイムに対応する。キャリアライフタイムは、熱処理された半導体ウエハに光を照射して電荷（キャリア）を発生させ、光の照射をやめてからのキャリア（少数キャリア）が消失する（１／ｅに減少する）時間に対応する。半導体ウエハのキャリアライフタイムは、半導体ウエハ中の重金属による汚染などの指標となり、キャリアライフタイムが小さいほど半導体ウエハの汚染度が大きい傾向にある。図１２のグラフでは、１ロット（複数枚、例えば４０枚程度）の半導体ウエハが熱処理されてキャリアライフタイムが測定され、１ロットの半導体ウエハにおけるキャリアライフタイムの平均値、最大値および最小値がプロットされている。
【００５６】
図１２のグラフに示されるように、ウエハ保持治具４にウエハを装填することなく空の状態でチャンバ２内に挿入し、熱処理（チャンバ２の加熱処理）を行ってチャンバ２のクリーニングを行った比較例の場合（図１２のグラフでは、ダミーウエハなし、として記載）は、キャリアライフタイムのロット内の変動が大きく、管理値外（管理値以下）のものが混在し、チャンバのクリーニング後に熱処理を行った半導体ウエハにおいて汚染が生じ得ることが分かる。それに対して、本実施の形態のように、ウエハ保持治具４にダミーウエハ１１を装填してからチャンバ２内に挿入し、熱処理（チャンバ２およびダミーウエハ１１の加熱処理）を行ってチャンバ２のクリーニングを行った場合（図１２のグラフでは、ダミーウエハあり、として記載）は、キャリアライフタイムが向上（増大）し、ロット内の変動も小さくなって管理値内に収まり、チャンバのクリーニング後に熱処理を行った半導体ウエハにおいて汚染が生じないことが分かる。本実施の形態では、ダミーウエハ１１を配置した状態でチャンバ２のクリーニング処理を行っているので、チャンバ２の清浄度を高めることができ、その後の半導体ウエハの熱処理工程における半導体ウエハの汚染をより的確に防止することができる。
【００５７】
図１３および図１４は、ゲート電極加工後の熱処理とダミーウエハ１１を用いたチャンバ２のクリーニング処理の説明図（フローチャート）である。図１３に示されるように、製品ウエハ（それから半導体装置が製造される半導体ウエハ、上記半導体ウエハ３や半導体ウエハ２１に対応）の熱処理を１回行う毎に、ダミーウエハ１１を用いたチャンバ２のクリーニング処理を行うことができる。すなわち、半導体製造装置１において、ゲート電極を加工した１ロットの製品ウエハをチャンバ２内に配置して熱処理（ゲート絶縁膜の再酸化処理）を１回行う毎に、上記のようにチャンバ２内にダミーウエハ１１を配置してチャンバ２のクリーニング処理を行うことができる。これにより、常に清浄化されたチャンバ２を用いて製品ウエハの熱処理を行えるので、製品ウエハから製造される半導体装置の信頼性をより向上することができる。
【００５８】
また、他の形態として、図１４に示されるように、半導体製造装置１において、製品ウエハ（それから半導体装置が製造される半導体ウエハ、上記半導体ウエハ３や半導体ウエハ２１に対応）の熱処理を複数回（図１４では２回の場合が示されているが、３回以上とすることもできる）行った後に、ダミーウエハ１１を用いたチャンバ２のクリーニング処理を行うこともできる。すなわち、半導体製造装置１において、ゲート電極を加工した１ロットの製品ウエハをチャンバ２内に配置して熱処理（ゲート絶縁膜の再酸化処理）を行う工程を複数回（複数ロット）行った後に、上記のようにチャンバ２内にダミーウエハ１１を配置してチャンバ２のクリーニング処理を行うことができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上するとともに、半導体装置の製造に要する時間を短縮し、製造コストを低減できる。何回の熱処理を行った後にチャンバ２のクリーニング処理を行うかは、チャンバ２の内壁の汚染状況などに応じて選択することができる。
【００５９】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００６０】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００６１】
半導体ウエハの熱処理に用いたチャンバをクリーニングする際に、チャンバ内にダミーウエハを配置してチャンバを加熱することにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。また、半導体装置の製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程で用いられる半導体製造装置の説明図である。
【図２】半導体ウエハの熱処理によってチャンバの内壁が汚染された状態を示す説明図である。
【図３】チャンバのクリーニング処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】チャンバの内壁に付着していた汚染物が酸化されダミーウエハに吸着される様子を模式的に示す説明図である。
【図５】ダミーウエハを装填したウエハ保持治具をチャンバから引き出した状態を示す説明図である。
【図６】ダミーウエハを洗浄する様子を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図９】図８に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１０】図９に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１１】図１０に続く半導体装置の製造工程中における要部断面図である。
【図１２】チャンバのクリーニング処理を行ったときの半導体ウエハのキャリアライフタイムを示すグラフである。
【図１３】ゲート電極加工後の熱処理とダミーウエハを用いたチャンバのクリーニング処理の説明図である。
【図１４】ゲート電極加工後の熱処理とダミーウエハを用いたチャンバのクリーニング処理の説明図である。
【符号の説明】
１  半導体製造装置
２  チャンバ
３  半導体ウエハ
４  ウエハ保持治具
５  ガス導入口
６  ガス排気口
７  放出部
１０  汚染物
１１  ダミーウエハ
１５  薬液
１６  薬液槽
２１  半導体ウエハ
２２  素子分離領域
２３  ｐ型ウエル
２４  ゲート絶縁膜
２５  ゲート電極
２６  多結晶シリコン膜
２７  窒化タングステン膜
２８  タングステン膜
２９  窒化シリコン膜
３１  ｎ−型半導体領域
３２  サイドウォール
３３  ｎ＋型半導体領域
３４  ｎチャネル型のＭＩＳＦＥＴ
３５  絶縁膜
３６  コンタクトホール
３７  プラグ
３７ａ  窒化チタン膜
３８  配線
３８ａ  チタン膜
３８ｂ  窒化チタン膜
３８ｃ  アルミニウム膜
３８ｄ  チタン膜
３８ｅ  窒化チタン膜
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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