(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を作成する方法であって、
基板を温度が２００℃〜２７０℃の面に２〜５秒間置くことによって前記基板を加熱する工程であって、前記基板が、
（ａ）ウェハ（４）と、
（ｂ）前記ウェハ上の第１の酸化物層（２）と、
（ｃ）前記第１の酸化物層上の現像され硬化されたフォトレジスト・マスク（８）と、
（ｄ）前記第１の酸化物層の少なくとも１つの露出領域（１０）とにより特徴づけられる、前記加熱する工程と、
前記第１の酸化物層の前記露出領域（１０）をディスカム処理する工程と、
前記基板を加熱する工程の前に、前記基板をＵＶランプの下の加熱ステージ上に置くことによって、前記フォトレジスト・マスク（８）を硬化させる工程と、を含み、
前記フォトレジスト・マスク（８）を硬化させる工程は、第１の温度に設定した前記加熱ステージにウェハを置いて所定時間加熱する工程と、前記工程の後に前記加熱ステージを前記第１の温度から第２の温度まで徐々に昇温させながらウェハを加熱する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記フォトレジスト・マスク（８）を硬化させる工程においては、前記基板をＵＶランプの下の加熱ステージ上に４０〜５０秒間置く請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の酸化物層（２）をエッチングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記フォトレジスト・マスク（８）を除去し、第２の酸化物層（１４）を成長させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、集積回路装置及びその製造方法の分野に関する。より詳細には、本発明は、シリコン・ウェハ基板上の高品質な複数の厚さの酸化物層の形成に関する。
【０００１】
（背景技術）
現在、電力が切れたときに情報の保持を必要とする電子部品に幅広く不揮発性メモリ装置が使用されている。不揮発性メモリ装置には、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラマブル読出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラムマブル読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）がある。ＥＥＰＲＯＭ装置は、電気的にプログラムし消去できる点が他の不揮発性メモリ装置と異なる。フラッシュＥＥＰＲＯＭ装置は、電気的にプログラムし消去できる点がＥＥＰＲＯＭと類似している。しかしながら、フラッシュＥＥＰＲＯＭ装置は、１つの電流パルスを使用して装置内のすべてのメモリ・セルを消去することができる。
【０００２】
プログラム・トランジスタや消去トランジスタなどの高電圧回路要素は、通常、ウェハ基板上に、比較的厚いゲート酸化物層と共に形成される。この比較的厚いゲート酸化物層は、通常、そのような高電圧環境でトランジスタ回路の絶縁破壊を防ぐために必要とされる。一方、低電圧回路は、ウェハ基板上に比較的薄いゲート酸化物層で実現されることが好ましい。そのような薄いゲート酸化物層は、一般に、比較的短いゲート長を有する回路要素の速度を高め、薄い酸化物層は、一般に、動作速度を早める。
【０００３】
さらに、処理技術が進歩してゲート長がますます短くなっているので、動作速度をさらに早くするためにゲート酸化物層の厚さをさらに薄くすることが望まれている。しかしながら、そのような集積回路装置に含まれる回路要素のなかには、拡張性がないものがある。
【０００４】
フラッシュＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリ装置は、ウェハ基板上にトンネル酸化物層を含むフラッシュ・メモリ・セルを形成する必要がある。そのようなトンネル酸化物層は、ウェハ基板上の高電圧酸化物層よりも薄い場合がある。しかしながら、そのようなトンネル酸化物層は、通常、低電圧酸化物層と同じように厚さを薄くすることはできない。例えば、そのようなフラッシュ・メモリ・セルは、一般に、トンネル酸化物層が薄すぎると、耐久性とデータ保持の点で大きな問題が生じる。
【０００５】
従って、不揮発性メモリ装置は、通常、同じウェハ基板上に異なる厚さの酸化物を形成すると有利である。比較的厚い選択ゲート酸化物層を有するトランジスタは、高電圧のプログラム及び消去操作に対応することができるが、比較的薄いゲート酸化物層を有する論理トランジスタは、処理技術が進歩して回路要素の寸法が小さくなったときに速度的な利点をもたらすことができる。さらに、高電圧トランジスタと低電圧トランジスタとのゲート寸法及び酸化物厚さに関係なく信頼性を高めるために、フラッシュ・メモリ・セルのトンネル酸化物層の厚さを変更することができる。
【０００６】
高品質な複数の厚さの酸化物層を形成する１つの方法は、複数のマスキング工程と酸化物形成工程とを含む。例えば、第１の酸化物層は、通常、最も厚い酸化物層であり、ウェハ基板上に最初に形成される。その後、フォトレジスト層が、第１の酸化物層の上に形成される。マスクを介してフォトレジストを露光することにより、フォトレジスト層にパターンが形成される。次に、フォトレジストを現像し、除去し、酸化物層の露光した部分を残す。
【０００７】
次に、第１の酸化物層がエッチングされ、残りのフォトレジストが除去される。次に、ウェハ基板上に第２の酸化物層を成長させる。第２の酸化物層が、ウェハ基板上の薄い方の酸化物層を形成し、第１と第２の酸化物層の組合せが、厚い方の酸化物層を形成する。この工程を繰り返して、プロセス・フロー全体にわたって様々な厚さの追加の酸化物層を形成することができる。
【０００８】
フォトレジスト層の現像の間及びその後で、酸化物層のマスクされていない部分すなわち露出部分が、汚染されることがある。例えば、酸化物層の露出部分に、外観検査で検出できない薄膜ができることがある。この薄膜は、乾いた現像剤や溶解しなかったフォトレジスト片などのフォトレジストの残留物からなる場合がある。従って、通常、酸化物層のマスクされていない部分は、レジスト残留物を除去するクリーニングまたはディスカム処理（descumming）工程にかける必要がある。酸化物層のマスクされていない部分すなわち露出部分は、バレル・アッシャまたはダウンストリーム・シングル・ウェハ・アッシャ内で、成分Ｏ2、Ｏ2／Ｎ2またはＯ2／Ｎ2−Ｈ2によってディスカム処理またはクリーニングすることができる。
【０００９】
ディスカム工程は、露出酸化物層の表面の損傷を防ぐために比較的短いが、ディスカム工程自体が、酸化物層上に汚染物質を残す。汚染物質は、図１に示したように、高解像度走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の下で酸化物層上のダークスポットとして現われる。このダークスポットの分析によって、汚染物質が、硫黄化合物と少量の炭化水素からなり、ほとんどフォトレジストの現像から残った光活性化合物からなることが分かった。露出酸化物層の表面上のこのようなダークスポットまたは欠陥は、後の処理工程に支障をきたし、それにより、処理上の問題が発生し、信頼性と歩留まりが低下する。
【００１０】
例えば、ディスカム処理後にウェット酸化物エッチングを行って酸化物層の露出部分を除去するときに、ダークスポットの下の酸化物層は、完全に除去することができない。従って、ダークスポットは、酸化物層の露出部分のマイクロマスクとしてはたらく。ダークスポットの結果として、最初の酸化物層が完全に除去されないので、その後に成長させる酸化物層が均質でなくなることがある。
【００１１】
従って、受入可能なウェハの全収率を高めるために、製造工程においてそのようなダークスポットまたは欠陥が酸化物層上にできないようにする方法が必要である。
【００１２】
（発明の開示）
ディスカム処理で生じる欠陥を減少させることによって、半導体基板上に均一な酸化物層を形成する方法を開示する。半導体基板は、ウェハ、ウェハ上の酸化物層、及び酸化物層上の現像済みフォトレジスト・マスクを含む。１つの実施形態において、ディスカム処理の前に半導体基板が加熱される。代替の実施形態において、加熱及びディスカム処理の前にフォトレジスト・マスクが硬化される。
【００１３】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の詳細な説明から明らかであろう。
【００１４】
（発明を実施するための最良の形態）
説明を簡単かつ明確にするために、図に示した要素は必ずしも実寸で描かれていないことを理解されたい。例えば、要素のうちのいくつかの寸法は、明確にするために互いに対して誇張されている。
【００１５】
図２を参照すると、第１の酸化物層２すなわち選択ゲート酸化物層が、半導体基板４の表面の上に重なるように形成されている。半導体基板４は、単結晶シリコン基板であることが好ましい。半導体基板４は、ごみや自然酸化物を除去するために前もって処理された上面６と、下面７とを有する。第１の酸化物層２は、表面６を、乾いた分子酸素がある状態で高温で熱的に酸化させることによって形成されることが好ましい。酸化工程は、約７００〜約１５００℃の温度で行われることが好ましい。酸化工程により、好ましくは約５０〜約１５０オングストローム、より好ましくは約１００オングストロームの厚さを有する酸化ケイ素層が形成される。この酸化工程は、バッチ型熱酸化装置内で行うことができる。
【００１６】
第１の酸化物層を形成した後、基板が、不純物を除去するために処理され、図３に示したように、フォトレジスト層８が、第１の酸化物層の上に重なるように形成される。フォトレジスト層８は、紫外線に反応し、ポジ型レジストであることが好ましい。次に、フォトレジスト層８の選択部分が、マスクを介して露光される。次に、露光されたフォトレジストが、現像され、酸化物層の露出部分１０を残して除去される。フォトレジスト層は、浸漬法、噴霧法、パドル法を含むがこれらに限定されない当該技術分野において一般に知られている方法によって現像することができる。図４は、酸化物層２の露出部分１０を示す。
【００１７】
フォトレジストを現像した後、基板は、一般に、未現像または残りのフォトレジストを除去するためにＯ2ガスを使用してディスカム処理される。従来のディスカム工程のウェハ温度は、一般に、８０〜１００℃である。しかしながら、前に考察したように、ディスカム工程の後で酸化物層２にダークスポットまたは欠陥が生じることがある。ディスカム工程において、フォトレジストの現像で残った光活性化合物が、酸化物層の露出部分上の「コールドスポット」に付着し、図１に示したようにダークスポットを形成すると思われる。
【００１８】
ディスカム処理前に基板を加熱すると、ウェハ上の「コールドスポット」がなくなり、酸化物層の露出領域にダークスポットが形成されるのが防止されることが分かった。基板は、半導体処理の技術分野で周知の任意の方法で加熱することができる。本発明の１つの実施形態において、基板は、密閉処理チャンバ内のランプによって加熱される。好ましい実施形態において、ウェハは、１２０Ｖ／１０００Ｗの８０％の電力または８００Ｗのハロゲン・ランプの下に２４秒間置かれる。
【００１９】
代替の実施形態において、基板は、密閉処理チャンバ内に水平に配置された加熱ステージの上に位置決めされる。加熱ステージは、２００〜２７０℃の温度であることが好ましい。基板の下面７は、ステージの穴に通っているピンの上に水平に乗る。従って、半導体基板とステージは、平行な水平面にある。基板を加熱するとき、基板の下面がステージに乗るまでピンが下げられる。好ましい実施形態において、基板は、２〜５秒間ステージ上に留まり、１００〜１４０℃の温度で加熱される。もう１つの好ましい実施形態において、基板は、３秒間ステージ上に留まり、約１３０℃に加熱される。基板が加熱された後、基板の下面がステージの表面と離れるまでピンが上昇される。
【００２０】
加熱工程の後で、基板は、フォトレジスト層の現像で残った残留物を除去するためにディスカム処理される。ディスカム工程は、従来のバレル型バッチ・アッシャまたはダウンストリーム型枚様アッシャ内で行うことができる。基板をディスカム処理した後で、図５に示したように、酸化物層１０の露出領域が、エッチングまたは除去される。酸化物層は、半導体製造の技術分野において周知の従来の湿式または乾式の方法でエッチングすることができる。
【００２１】
酸化物層の露出領域をエッチングするために使用できるドライ・エッチング法には、プラズマ・エッチング、イオンミリング、及び反応性イオン・エッチングがある。ウェット・エッチング法には、フッ化水素酸を使用する方法がある。酸化物層の露出領域をエッチングときは、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム及び水の緩衝酸化物エッチングを使用することが好ましい。
【００２２】
酸化物層の露出領域をエッチングした後で、図６に示したように、残りのフォトレジスト８を除去する。残りのフォトレジスト層８を除去するときは、半導体製造の技術分野において周知の湿式と乾式両方の方法を使用することができる。そのような方法には、硫酸と酸化剤の溶液と従来のＯ2プラズマ・ストリッピングを使用する方法があるが、それらに限定されない。次に、図７に示したように、新しい酸化物層１４すなわちトンネル酸化物層が、第１の酸化物層２とウェハ基板４の上に成長し、複数の厚さの酸化物層が形成される。
【００２３】
基板を加熱するときは、熱しすぎるとフォトレジスト層が溶け始め、後の処理工程で問題が生じるため、基板を熱しすぎないことが重要である。いくつかの工程でフォトレジストフローを防ぐために、加熱前に基板を紫外線（ＵＶ）硬化工程にかけることができる。ＵＶ硬化工程は、加熱工程の前にフォトレジストを硬化させて、フォトレジスト・プロファイルが確実に維持されるようにする。
【００２４】
フォトレジストを硬化させるために、半導体製造の技術分野において周知の任意のＵＶ硬化法を使用することができる。好ましいＵＶ硬化工程において、基板を、ＵＶ光源の下の密閉処理チャンバに入れ、４０〜５０秒間加熱する。基板を、１８００〜２２００Ｗ、１００〜１１０ｍＷ／ｃｍ2の「低出力」に設定されたＵＶ光源の下に１０秒間置く。次に、ＵＶランプの出力を、４４００〜４８００Ｗ、２７５ｍＷ／ｃｍ2の「高出力」に高め、基板をＵＶランプの下にさらに３５秒間置く。ウェハが、ＵＶランプの下にある間、ウェハは、加熱ステージまたはプレート上にある。ＵＶ硬化工程の最初の２０秒間、加熱ステージは、１１０℃の温度である。
【００２５】
次に、ＵＶ硬化工程の最後の２５秒間、加熱ステージの温度は、１１０℃から１３０℃に０．８℃／秒の割合で高められる。加熱ステージの温度を速く高めすぎると、フォトレジストがしわになったり、膨らんだり、泡ができたりすることがあり、それにより、所望のフォトレジスト・プロファイルが破壊される。
【００２６】
以上考察した工程について、後の例でより詳細に説明する。本発明は、そのような特定の例に限定されるように考えられていないことを理解されたい。
【００２７】
（例１）
密閉処理チャンバ内で、基板を、温度が２００℃の加熱ステージの上にあるピンに載せる。ピンを下げ、基板の下面を第２の加熱ステージと３秒間接触させる。次に、基板が加熱ステージから離れるようにピンを上昇させる。その後、基板は、ＲＦ＝１００Ｗ、圧力＝１２００ｍＴ、Ｏ2／Ｎ2比＝２０００／２００ｓｃｃｍの条件で２秒間アッシングすることによってディスカム処理される。
【００２８】
（例２）
密閉処理チャンバ内で、基板を温度が２５０℃の加熱ステージの上にあるピンに乗せる。前に説明した好ましい工程によって基板をＵＶ硬化される。ピンを下げ、基板の下面を第２の加熱ステージと３秒間接触させる。次に、基板が加熱ステージに離れるようにピンを上昇させる。その後、基板は、ＲＦ＝１００Ｗ、圧力＝１２００ｍＴ、Ｏ2／Ｎ2比＝２０００／２００ｓｃｃｍの条件で１０秒間アッシングすることによってディスカム処理される。
【００２９】
（例３）
密閉処理チャンバ内で、基板を温度が２７０℃の加熱ステージの上にあるピンに乗せる。前に説明した好ましい工程で、基板をＵＶ硬化される。ピンを下げ、基板の下面を加熱ステージと３秒間接触させる。次に、基板が加熱ステージに離れるようにピンを上昇させる。その後、基板は、ＲＦ＝１１００Ｗ、圧力＝１４００ｍＴ、Ｏ2＝３５５０ｓｃｃｍの条件で１０秒間アッシングすることによってディスカム処理される。
【００３０】
（例４）
密閉処理チャンバ内で、基板を温度が２７０℃の加熱ステージの上にあるピンに乗せる。基板は、前に説明した好ましいプロセスによってＵＶ硬化され、８００Ｗのハロゲン・ランプによって加熱される。その後、基板は、ＲＦ＝１１００Ｗ、圧力＝１４００ｍＴ、Ｏ2＝３５５０ｓｃｃｍの条件で１０秒間アッシングすることによってディスカム処理される。
【００３１】
以上説明した工程を繰り返して、様々な厚さを有する追加の酸化物層を作成することができる。例えば、トンネル酸化物層１４を成長させた後で、図８に示したように、酸化物層２及び１４の上にフローティング・ゲート１６を形成する。次に、酸化物層２と１４及びゲート構造１６の上に重なるように、フォトレジスト層１８を形成する。図９に示したように、フォトレジスト層１８を、マスクを介して露光し、次に、露光したフォトレジストを現像し、露出した酸化物層２及び１４の部分１５を残す。レジストを現像した後で、基板をディスカム処理する前にフォトレジストをＵＶ硬化させ加熱する。
【００３２】
次に、図１０に示したように、酸化物層２及び１４の露出部分１５をエッチングし、残りのフォトレジストを除去する。図１１に示したように、ウェハ基板４の表面に、第３の酸化物層２０、すなわち酸化物層２及び１４と異なる厚さを有する周辺のゲート酸化物層を成長させる。
【００３３】
以上、本発明に従って、上記の利点を十分に提供する、半導体素子に複数の均一な酸化物層を作成する方法を開示した。本発明は、その特定の実施例に関して説明し示されたが、本発明は、そのような実施例に限定されない。当業者は、本発明の趣旨から逸脱することなく変形及び修正を行うことができることを理解するであろう。従って、併記の特許請求の範囲及びその均等物に含まれるようなすべての変形及び修正が本発明の範囲に含まれるように意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  アッシング後のウェハ基板上の望ましくないダークスポットの写真である。
【図２】  ウェハ基板上に形成された酸化物層の部分断面図である。
【図３】  酸化物層上にフォトレジスト層を形成した後の基板の部分断面図である。
【図４】  フォトレジストを現像した後で酸化物層の一領域を露出させたウェハ基板の部分断面図である。
【図５】  酸化物層をエッチングした後のウェハ基板の部分断面図である。
【図６】  フォトレジスト層を除去した後のウェハ基板の部分断面図である。
【図７】  新しい酸化物層を成長させた後のウェハ基板の部分断面図である。
【図８】  第１と第２の酸化物層上にフローティング・ゲートを形成した後のウェハ基板の部分断面図である。
【図９】  フォトレジスト層を形成し現像し、基板をディスカム処理した後のウェハ基板の部分断面図である。
【図１０】  酸化物層をエッチングした後のウェハ基板の部分断面図である。
【図１１】  第３の酸化物層を成長させた後のウェハ基板の部分断面図である。
【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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