(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内に、第１の膜の成分を含有する第１のガスを供給し、プラズマＣＶＤで、前記反応容器内に収容された半導体基板上に前記第１の膜を形成し、
前記第１の膜を形成した後に、前記第１の膜を形成するときに発生させたプラズマを停止することなく前記反応容器内に第２のガスを供給し、前記第２のガスに前記反応容器内の前記第１のガスを反応させることで、前記第１の膜の表面に前記第１の膜と異なる組成を有する第２の膜を形成し、
前記第２の膜を選択的に除去する、ことを具備し、
前記反応容器内への前記第２のガスの供給時に、前記反応容器内に前記第１のガスを供給しない、半導体製造方法。
【請求項２】
前記反応容器内にプラズマを発生させた状態で、前記第１の膜の表面に前記第２の膜を形成する、請求項１に記載の半導体製造方法。
【請求項３】
前記反応容器内への前記第１のガスの供給を停止するのと同時に、前記反応容器内に前記第２のガスを供給する、請求項１または２に記載の半導体製造方法。
【請求項４】
前記反応容器内への前記第１のガスの供給を停止した後に、前記反応容器内に前記第２のガスを供給する、請求項１または２に記載の半導体製造方法。
【請求項５】
前記反応容器内への前記第１のガスの供給を停止した第１の時点からの経過時間が所定時間以内の第３の時点において、前記反応容器内に前記第２のガスを供給する、請求項４に記載の半導体製造方法。
【請求項６】
前記第１のガスは、シリコンソースガスであり、
前記第１の膜は、アモルファスシリコンを含有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造方法。
【請求項７】
前記第１のガスは、シランを含有し、
前記第２のガスは、アンモニアを含有し、
前記第２の膜は、窒化ケイ素を含有し、
前記第２の膜の選択的な除去は、リン酸を含有するエッチング液でのウェットエッチングである、請求項６に記載の半導体製造方法。
【請求項８】
前記第１のガスは、シランを含有し、
前記第２のガスは、二酸化炭素を含有し、
前記第２の膜は、二酸化ケイ素を含有し、
前記第２の膜の選択的な除去は、フッ化水素酸を含有するエッチング液でのウェットエッチングである、請求項７に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマＣＶＤ (Chemical Vapor Deposition)プロセスでは、反応容器内に供給された材料ガスを高周波電力の印加によってプラズマ化することで、ウェハへの成膜を行う。成膜を終了した後は、パーティクルの発生を抑制するために、先ず、材料ガスの供給を停止し、次に、高周波電力の印加を停止する。
【０００３】
しかしながら、材料ガスの供給の停止から高周波電力の印加の停止までの時間に、反応容器内に残留する材料ガスが異常反応を起こすことで、パーティクルが発生してしまう。発生したパーティクルは、ウェハの最表面に落下してウェハを汚染する。パーティクルは、デバイスの特性を悪化させるおそれがあるので、ウェハから除去する必要がある。
【０００４】
ウェハからパーティクルを除去する方法としては、ウェットエッチングによるリフトオフや、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)による研磨が一般的である。
【０００５】
しかし、ウェハの最表面に落下したパーティクルがウェハに固着した場合、ウェットエッチングではパーティクルを除去することが困難である。また、ＣＭＰ処理では、パーティクルを除去する際に成膜した膜まで剥離してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０３６３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体基板上の異物を適切に除去することができる半導体製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による半導体製造方法は、反応容器内に、第１の膜の成分を含有する第１のガスを供給し、プラズマＣＶＤで、反応容器内に収容された半導体基板上に第１の膜を形成することを具備する。また、半導体製造方法は、第１の膜を形成した後に、反応容器内に第２のガスを供給し、第２のガスに反応容器内の第１のガスを反応させることで、第１の膜の表面に第１の膜と異なる組成を有する第２の膜を形成することを具備する。また、半導体製造方法は、第２の膜を選択的に除去することを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の半導体製造方法に用いることができる半導体製造システム１の一例を示す図である。
【図２】本実施形態を示す半導体製造方法のフローチャートである。
【図３】本実施形態を示す半導体製造方法の模式図である。
【図４】本実施形態を示す半導体製造方法のタイミングチャートである。
【図５】本実施形態の第１の変形例を示す半導体製造方法のタイミングチャートである。
【図６】本実施形態の第２の変形例を示す半導体製造方法のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１１】
先ず、本実施形態の半導体製造方法に用いることができる半導体製造システム１について説明する。図１は、本実施形態の半導体製造方法に用いられる半導体製造システム１の一例を示す図である。
【００１２】
図１に示す半導体製造システム１は、成膜装置１０とウェットエッチング装置１０００とを備える。
【００１３】
成膜装置１０は、プラズマＣＶＤによる成膜を行う平行平板型ＣＶＤ装置である。図１に示すように、成膜装置１は、チャンバ１１と、上部電極１２と、下部電極１３、高周波電源１４と、ガス供給部１５と、ヒータ１６と、ポンプ１７と、バルブ１８と、制御部１９とを備える。
【００１４】
チャンバ１１は、反応容器として機能し、半導体基板２（ウェハ）を収容する。
【００１５】
上部電極１２は、チャンバ１１の内部における上方に配置されている。一方、下部電極１３は、チャンバ１１の内部における下方に、上部電極１２と平行に配置されている。下部電極１３は、サセプタとしても機能し、半導体基板２を搭載可能である。なお、下部電極１３は、リフト機構１１０によって昇降されることで、上部電極１２との距離を調整可能である。
【００１６】
上部電極１２は、高周波電源１４に接続され、かつ、接地されている。上部電極１２には、高周波電源１４から高周波電力が印加される。高周波電力が印加されることで、上部電極１２は、下部電極１３と容量結合して、チャンバ１１内に電力を供給する。チャンバ１１内に供給された電力によって、後述するプラズマが発生する。
【００１７】
また、上部電極１２は、分散板としても機能する。具体的には、上部電極１２は、第１の配管Ｐ１を通してチャンバ１１内に供給されたガスを、上部電極１２の面内において均一に分散させる。そして、上部電極１２は、分散したガスを、ノズル１２１によって下部電極１３（半導体基板２）上に供給（吐出）する。上部電極１２は、例えば、シャワーヘッド電極であってもよい。
【００１８】
チャンバ１１内には、例えば、膜の成分を含有する材料ガスが供給される。チャンバ１１内に供給された材料ガスは、真空状態において電極１２、１３から供給された電力によってプラズマ化（電離）する。その結果、チャンバ１１内はプラズマ化した材料ガスで満たされ、半導体基板２上にも膜が堆積する。
【００１９】
ガス供給部１５は、第１〜第３のガス源Ｓ＿１〜Ｓ＿３に接続されている。ガス供給部１５は、各ガス源Ｓ＿１〜Ｓ＿３のガスを、所定の流量でチャンバ１１内に供給する。ガス供給部１５は、例えば、マスフローコントローラやバルブ等で構成してもよい。
【００２０】
ここで、第１のガス源Ｓ＿１は、第１の膜の成分を含有する第１のガス（原料ガス）のガス源である。第１のガスは、半導体基板２の表面に第１の膜を形成するために用いられる。
【００２１】
例えば、第１の膜は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜であってもよく、この場合、第１のガスは、シリコンソースガスであってよい。シリコンソースガスは、シラン（ＳｉＨ４）ガスであってもよい。また、第１の膜は、アモルファスカーボン膜であってもよく、この場合、第１のガスは、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガスおよびシランガスであってもよい。
【００２２】
第２のガス源Ｓ＿２は、第２のガスのガス源である。第２のガスは、第１の膜の形成後にチャンバ１１内の第１のガスから発生したパーティクルを除去するために用いられる。第２のガスは、第１のガスを反応させる成分を含有する。第２のガスは、第２の膜の成分を含有するということもできる。第２のガスは、第１の膜の形成後にチャンバ１１内に供給されて、チャンバ１１内の第１のガスを反応させる。第２のガスは、第１のガスを反応させることで、第１の膜の表面に第２の膜を形成する。第２の膜は、第１の膜と異なる組成を有する膜である。第２の膜は、犠牲膜ということもできる。第２の膜が第１の膜と異なる組成を有することで、第２の膜を選択的にウェットエッチングできる。第２の膜を選択的にウェットエッチングできることで、第２の膜をパーティクルとともに半導体基板２から除去できる。
【００２３】
例えば、第１の膜がアモルファスシリコン膜の場合、第２の膜は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜であってもよい。この場合、第２のガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガスであってもよい。また、第１の膜がアモルファスシリコン膜の場合、第２の膜は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜であってもよい。この場合、第２のガスは、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスであってもよい。また、第１の膜がアモルファスカーボン膜の場合、第２の膜は、二酸化ケイ素膜であってもよい。この場合、第２のガスは、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスであってもよい。
【００２４】
ガス源Ｓ＿３は、第３のガスのガス源である。第３のガスは、例えば、プラズマ発生の容易化のために第１のガスを希釈する不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）であってもよい。第３のガスの種類や数は特に限定されない。
【００２５】
ヒータ１６は、下部電極１３に設けられている。ヒータ１６は、下部電極１３に搭載された半導体基板２を加熱する。半導体基板２を加熱することで、膜のデポジションレートを制御できる。また、半導体基板２の加熱状態によって、膜の電気的特性や熱応力等の膜質についても制御できる。
【００２６】
ポンプ１７は、第２の配管Ｐ２を介してチャンバ１１に接続されている。ポンプ１７は、チャンバ１１の内部を排気することで、チャンバ１１内を真空状態にすることができる。ポンプ１７は、例えば、ドライポンプであってもよい。
【００２７】
バルブ１８は、チャンバ１１とポンプ１７との間の第２の配管Ｐ２上に配置されている。バルブ１８は、第２の配管Ｐ２の開度を調整することで、チャンバ１１内の圧力を調整可能である。バルブ１８は、例えば、スロットバルブなどであってもよい。
【００２８】
制御部１９は、半導体製造装置１の動作を電気的に制御する。例えば、制御部１９は、ガス供給部１５のガスの供給および停止のタイミングや、高周波電源１４の高周波電力の印加および停止のタイミングを制御する。
【００２９】
ウェットエッチング装置１０００は、第２の膜を、第１の膜に対する第２の膜の選択性が高い（選択比が大きい）エッチング液で除去する。ウェットエッチング装置１０００は、バッチ式および枚葉式のいずれであってもよい。
【００３０】
例えば、第１の膜がアモルファスシリコン膜であり、かつ、第２の膜が窒化ケイ素膜である場合、エッチング液は、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）を含有するエッチング液であってよい。リン酸系のエッチング液を用いることで、アモルファスシリコン膜を除去せずに窒化ケイ素膜を除去できる。また、第１の膜がアモルファスシリコン膜であり、かつ、第２の膜が二酸化ケイ素膜である場合、エッチング液は、フッ化水素酸（ＨＦ）を含有するエッチング液であってよい。フッ化水素酸系のエッチング液を用いることで、アモルファスシリコン膜を除去せずに二酸化ケイ素を除去できる。また、第１の膜がアモルファスカーボン膜であり、かつ、第２の膜が二酸化ケイ素膜である場合、エッチング液は、フッ化水素酸を含有するエッチング液であってよい。フッ化水素酸系のエッチング液を用いることで、アモルファスカーボン膜を除去せずに二酸化ケイ素を除去できる。
【００３１】
次に、以上のような構成を有する半導体製造システム１を適用した半導体製造方法の一例について、図２〜図４を参照して説明する。図２は、本実施形態を示す半導体製造方法のフローチャートである。図３は、本実施形態を示す半導体製造方法の模式図である。具体的には、図３Ａは、半導体基板２上に形成された第１の膜２１を示す図である。図３Ｂは、第１の膜２１上に形成された第２の膜２２を示す図である。図３Ｃは、第２の膜２２上に付着したパーティクル２３を示す図である。図３Ｄは、第２の膜２２およびパーティクル２３がウェットエッチングで除去された状態を示す図である。図４は、本実施形態を示す半導体製造方法のタイミングチャートである。
【００３２】
まず、半導体基板２をチャンバ１１内に搬入する（図２のステップＳ１）。半導体基板２の搬入は、不図示の搬送ロボット（例えば、フープの自動搬送機構）などによって行ってもよい。なお、チャンバ１１に搬入された半導体基板２は、例えばリフトピンなどによって下部電極１３上に搭載される。
【００３３】
次いで、ガス供給部１５は、図４の時刻ｔ＝ｔ０において、チャンバ１１内への不活性ガスの供給を開始する（図２のステップＳ２）。不活性ガスの供給の開始を含むガス供給部１５の一切の動作は、制御部１９が制御してもよい（以下、同様）。
【００３４】
次いで、ガス供給部１５は、図４の時刻ｔ＝ｔ１において、チャンバ１１内への第１のガスの供給を開始する（図２のステップＳ３）。
【００３５】
次いで、高周波電源１４は、図４の時刻ｔ＝ｔ２において、チャンバ１１内への高周波電力の供給（出力）を開始する（図２のステップＳ４）。高周波電力の供給の開始を含む高周波電源１４の一切の動作は、制御部１９が制御してもよい（以下、同様）。このとき、既にチャンバ１１内は、ポンプ１７によって真空状態まで排気されている。
【００３６】
チャンバ１１内に供給された第１のガスは、不活性ガスで希釈され、かつ、高周波電力を供給されることでプラズマ化する。そして、プラズマ化で発生した成膜種が半導体基板２の表面に移動することで、図３Ａに示すように、半導体基板２上に第１の膜２１が形成される。
【００３７】
次いで、ガス供給部１５は、図４の時刻ｔ＝ｔ３において、チャンバ１１内への第１のガスの供給を停止する（図２のステップＳ５）。同時に、ガス供給部１５は、チャンバ１１内への第２のガスの供給を開始する（図２のステップＳ５）。
【００３８】
チャンバ１１内に供給された第２のガスは、チャンバ１１内の第１のガスを反応させる。反応は、例えば、酸化反応（すなわち、第１のガスから第２のガスに電子が移動する反応）である。第２のガスと反応した第１のガスは、図３Ｂに示すように、第２の膜２２として第１の膜２１の最表面に堆積する。
【００３９】
このとき、チャンバ１１内への第１のガスの供給が停止され、なおかつ、ポンプ１７での排気が継続していることで、プラズマ中における第１のガスの量が少なくなる。すなわち、プラズマ中において、第１のガスは更に希釈化される。このため、第１のガスは、よりプラズマ化して成膜種になり易くなるため、パーティクル２３として異常成長する。
【００４０】
しかし、本実施形態では、パーティクル２３は、プラズマ中にトラップされる。パーティクル２３をプラズマ中にトラップできることで、第２の膜２２の形成前にパーティクル２３が第１の膜２１の表面に付着することを抑制できる。
【００４１】
次いで、ガス供給部１５は、図４の時刻ｔ＝ｔ４において、チャンバ１１内への不活性ガスの供給を停止する（図２のステップＳ６）。同時に、ガス供給部１５は、チャンバ１１内への第２ガスの供給を停止する（図２のステップＳ６）。同時に、高周波電源１４は、チャンバ１１内への高周波電力の供給を停止する（図２のステップＳ６）。
【００４２】
高周波電力の供給が停止されてプラズマが終息（消弧）することで、プラズマ中にトラップされていたパーティクル２３は、半導体基板２上に落下する。このとき、半導体基板２の最上層には第２の膜２２が形成されているので、パーティクル２３は、図３Ｃに示すように、第２の膜２２の表面に付着する。したがって、パーティクル２３が第１の膜２１の表面に付着することを防止できる。
【００４３】
次いで、チャンバ１１内から半導体基板２を搬出して（図２のステップＳ７）、ウェットエッチング装置１０００に移送する。ウェットエッチング装置１０００への半導体基板２の移送は、不図示の搬送ロボットで行ってよい。
【００４４】
次いで、ウェットエッチング装置１０００は、半導体基板２に形成された第２の膜２２を、第１の膜２１に対する第２の膜２２の選択性が高いエッチング液でウェットエッチングする（図２のステップＳ８）。これにより、図３Ｄに示すように、第２の膜２２をパーティクル２３とともに半導体基板２から除去でき、一方で、第１の膜２１を半導体基板２に保持できる。
【００４５】
本実施形態によれば、第１の膜２１の表面に、第１の膜２１と異なる組成の第２の膜２２を形成し、第２の膜２２を選択的に除去することで、所望の第１の膜２１は除去せずに、不要なパーティクル２３のみを除去することができる。
【００４６】
したがって、本実施形態によれば、半導体基板２上の異物を適切に除去することができる。この結果、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、チャンバ１１内への第１のガスの供給を停止するのと同時にチャンバ１１内に第２のガスを供給できるので、第１の膜２１へのパーティクル２３の付着と、第１の膜２１と第２の膜２２との界面が不明確になる現象（グラデーション）とを、バランス良く抑制することができる。
【００４８】
（第１の変形例）
次に、本実施形態の第１の変形例について説明する。本変形例の説明は、図１〜図４で説明した半導体製造方法との差異に限定する。図５は、本施形態の第１の変形例を示す半導体製造方法のタイミングチャートである。
【００４９】
本変形例の半導体製造方法においては、チャンバ１１内への第１のガスの供給を停止する前に、チャンバ１１内に第２のガスを供給する。具体的には、ガス供給部１５は、図５の時刻ｔ＝ｔ３−Ｔ１において、チャンバ１１内への第２のガスの供給を開始する。すなわち、ガス供給部１５は、チャンバ１１内への第１のガスの供給を停止する第１の時点ｔ３までの時間Ｔ１が所定時間（≧Ｔ１）以内の第２の時点ｔ３−Ｔ１において、チャンバ１１内に第２のガスを供給する。なお、所定時間の具体的な態様は特に限定されないが、グラデーションを抑制する観点からは、できるだけ短い時間（例えば、１秒）であることが望ましい。
【００５０】
本変形例によれば、第２の膜２２の形成のタイミングを早めることができるので、第１の膜２１へのパーティクル２３の付着を更に確実に抑制できる。
【００５１】
（第２の変形例）
次に、本実施形態の第２の変形例について説明する。本変形例の説明は、図１〜図４で説明した半導体製造方法との差異に限定する。図６は、本施形態の第２の変形例を示す半導体製造方法のタイミングチャートである。
【００５２】
本変形例の半導体製造方法においては、チャンバ１１内への第１のガスの供給を停止した後に、チャンバ１１内に第２のガスを供給する。具体的には、ガス供給部１５は、図６の時刻ｔ＝ｔ３＋Ｔ２において、チャンバ１１内への第２のガスの供給を開始する。すなわち、ガス供給部１５は、チャンバ１１内への第１のガスの供給を停止した第１の時点ｔ３からの経過時間Ｔ２が所定時間（≧Ｔ２）以内の第３の時点ｔ３＋Ｔ２において、チャンバ１１内に第２のガスを供給する。なお、所定時間の具体的な態様は特に限定されないが、第１の膜２１へのパーティクル２３の付着を抑制する観点からは、できるだけ短い時間（例えば、１秒）であることが望ましい。
【００５３】
本変形例によれば、第２の膜２２の形成のタイミングを遅くすることができるので、グラデーションの発生を更に有効に抑制できる。グラデーションの発生を抑制することで、エッチング液に対する第２の膜２２の選択性を更に向上させることができる。
【００５４】
なお、第１のガスの供給を停止するタイミグと、第２のガスの供給を停止するタイミングとは、互いに前後してもよい。また、高周波電力の供給を停止するタイミングは、ガス（第１のガス、第２のガス、活性ガス）の供給を停止するタイミングの前でもよい。
【００５５】
また、ドライエッチングでパーティクルを除去するために本実施形態を適用することもできる。また、ゲルマニウムを含有する半導体基板２からパーティクルを除去するために本実施形態を適用することもできる。
【００５６】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００５７】
２  半導体基板
２１  第１の膜
２２  第２の膜
２３  パーティクル
【図１】
0006301866.tif 000002
【図２】
0006301866.tif 000003
【図３】
0006301866.tif 000004
【図４】
0006301866.tif 000005
【図５】
0006301866.tif 000006
【図６】
0006301866.tif 000007