(57)【要約】  【課題】チャンバ内部構成部材に対するクリーニングプラズマの効果を高め、クリーニング残りの堆積物の剥離によるパーティクルの発生を防止することができる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。  【解決手段】シャワーノズル外側の周状の領域に、成膜時に試料台１４の載置面に載置されたウエハＷの表面とガス拡散板１６の対向面との間の距離の１／２以下の高さを有する突起２４を設け、高周波電力の供給によって発生する電界を集中させる。これにより、周状の領域の突起２４上に堆積した堆積物の除去速度を増大させることができ、チャンバ１２内部構成部材に対するクリーニングプラズマの効果を高め、堆積したクリーニング残りの剥離によるパーティクルの発生を防止することができる。【選択図】図１
2005272866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に、半導体基板を載置する載置面を有する試料台と、該載置面に対向する対向面を有するガス拡散板とを備え、該ガス拡散板の対向面の中央部に設けられたシャワーノズルから原料ガスを供給して、前記載置面に載置された半導体基板上にＣＶＤ法による成膜を行うとともに、前記チャンバ内にクリーニングガスを供給し、前記ガス拡散板に高周波電力を供給して、該ガス拡散板の対向面と前記試料台の載置面との間の放電によってプラズマを生成し、前記成膜の際に前記対向面に堆積した堆積物を除去する装置であって、
前記対向面の、前記シャワーノズルの外側の周状の領域に、前記成膜時に前記載置面に載置された半導体基板の表面と前記対向面との間の距離の１／２以下の高さを有し、前記高周波電力の供給によって発生する電界を集中させる突起を設けたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記成膜時には前記載置面に載置された半導体基板の周囲を覆い、前記堆積物の除去時には前記対向面の周状の領域と前記載置面との間に位置する、絶縁材料からなるリング部材をさらに有することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記載置面は、該載置面に載置する半導体基板と略等しいか、もしくは、より小さい寸法を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記成膜は、熱ＣＶＤ法による成膜であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体製造装置。
【請求項５】
複数の半導体基板を、１枚ずつ、半導体製造装置のチャンバ内に設けられた、試料台の載置面に載置し、該載置面に対向する対向面を有するガス拡散板の、該対向面の中央部に設けられたシャワーノズルから原料ガスを供給し、前記半導体基板上にＣＶＤ法による成膜を行い、１枚もしくは複数枚の前記半導体基板上への成膜を行った後に、前記チャンバ内にクリーニングガスを供給し、前記ガス拡散板に高周波電力を供給し、該ガス拡散板の対向面と前記試料台の載置面との間の放電によってプラズマを生成して、前記成膜の際に前記対向面に堆積した堆積物を除去し、さらに、他の前記半導体基板上への成膜を継続する半導体装置の製造方法であって、
前記対向面の、前記シャワーノズルの外側の周状の領域に、前記成膜時に前記載置面に載置された半導体基板の表面と前記対向面との間の距離の１／２以下の高さを有する突起を設け、前記高周波電力の供給によって発生する電界を集中させることにより、該周状の領域に堆積した前記堆積物の除去速度を増大させ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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板（以下、「ウエハ」という。）上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜処理を行う半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ウエハ上に半導体素子等を製造する半導体装置製造工程においては、絶縁膜や金属導電膜等の薄膜を形成する薄膜形成技術が多く用いられている。中でも、ＣＶＤ法は、薄膜形成技術として広く用いられている。
【０００３】
図２は、従来の半導体製造装置の内部構成を表わす一例の概略構成図である。図２に示す半導体製造装置１１０において、例えば熱ＣＶＤ法による薄膜形成を行う場合には、ウエハＷを外部雰囲気と遮断されたチャンバ１１２内部に搬入し、試料台１１４の載置面上に載置固定する。そして、成膜に必要な熱エネルギーを付与しながら、試料台１１４の載置面に対向する、ガス拡散板１１６の対向面に設けられた複数のシャワーノズルを介して成膜原料ガスを供給し、所定圧力に維持する。
これにより、成膜原料ガスが分解、あるいは活性化され、所定量（所定時間）の成膜処理を行うことにより、ウエハＷ表面上に所定膜厚の薄膜が堆積される。
【０００４】
しかし、この場合、チャンバ１１２内で薄膜が形成される領域は、ウエハＷ表面上にとどまらず、チャンバ１１２の内部壁面、及びチャンバ１１２の内部部材にも堆積物が付着する。
【０００５】
このようにして、チャンバ１１２内部部材等に付着した堆積物は、ウエハＷ成膜処理回数の増大に伴って、次第に厚膜化し、一定の許容限界膜厚を越えた時点で剥離し、パーティクル発生源となる。このため、半導体装置製造の歩留まり、及び製品の品質の低下を引き起こす原因となる。
【０００６】
そこで、実際の半導体製造装置運用においては、このようなパーティクルの発生を防止するために、一定回数のウエハ処理ごとにチャンバ１１２内部にＮＦ３等の反応性ガスを導入し、例えばプラズマ状態とすることで、薄膜形成時にチャンバの内部部材等に付着した堆積物をエッチング除去する、いわゆるドライクリーニング（以下、単に「クリーニング」という。）を一定回数のウエハ処理後に実施している。
【０００７】
しかし、従来より実施されているクリーニングでは、チャンバ内部構造、又は部品形状に起因し、クリーニングプラズマの発生領域（プラズマ発生領域）内に入らず、クリーニングプラズマの効果が及ばない、或いは、効果が不十分な部分が発生することがある。例えば、図２に示す半導体製造装置１１０の場合、図３に示すように、クリーニング後において、ガス拡散板１１６の対向面の外周部に、成膜時に試料台１１４の載置面上に載置固定されるウエハＷの外周部を覆うエッジリング１２０の形状に対応したリング状の堆積物Ｘが残る場合がある。このような部位においては、一定回数のウエハ処理ごとにクリーニングを実施しても堆積物を完全に除去することができず、クリーニング残りとして堆積物が残留する。
【０００８】
この状態のまま、長期にわたり半導体製造装置１１０を累積使用した場合、クリーニングにより十分に除去できなかった堆積物が蓄積し、やがて剥離し、パーティクル発生源となり得る。
【０００９】
そのため、通常の操業においては、一定累積処理ごとに装置の稼動を停止し、チャンバ１１２内部を大気開放し、累積した堆積物を除去するために、内部部材を過酸化水素水等でクリーニングする、いわゆるウェットクリーンニングを実施する必要がある。
【００１０】
しかし、ウェットクリーニングを実施する作業は、人員及び時間を必要とし、製品製造のスループットに影響を与えるため、製造コストが増えるという問題がある。
【００１１】
そのため、従来より、チャンバ１１２内のクリーニング残りを除去する為の技術が種々提案されている。（例えば、特許文献１及び特許文献２）
【００１２】
特許文献１には、上部電極の端部が下部電極の上面より下方に延在されているプラズマＣＶＤ装置が開示されている。
【００１３】
特許文献２には、反応室（チャンバ）に、反応室内部に付着した堆積物を除去するために局所的に設けられた局所電極を有する半導体製造装置及び堆積物除去方法が開示されている。
【特許文献１】特許第３３１４１５１号
【特許文献２】特開２００１−２４４２３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１に記載されたプラズマＣＶＤ装置は、上部電極の周囲に付着力の弱い反応副生成物が付着することによるパーティクルの発生を抑制することを目的としたものであり、次第に厚膜化するチャンバ内部部材等に付着した堆積物が剥離し、パーティクル発生源となることを防止することを目的としたものではない。また、下部電極の端部は、下方に延在された上部電極に端部との間で所定のギャップを保つような形状を有し、この形状を維持しなければ、端部のプラズマ密度を確保し、反応副生成物の付着を防ぐという効果を得ることはできないと考えられる。
【００１５】
また、特許文献２に記載された半導体製造装置及び堆積物除去方法は、反応室内部のクリーニングプラズマが届きにくい部位に、局所電極を設けることにより、クリーニングプラズマが届きにくい部位に付着している堆積物を除去することを可能にしている。しかし、既存の装置と比較し、装置機構が複雑になり、装置コスト即ち製造コストが高くなることは明らかである。
【００１６】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、チャンバ内部構成部材に対するクリーニングプラズマの効果を高め、クリーニング残りの堆積物の剥離によるパーティクルの発生を防止することができる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、チャンバ内に、半導体基板を載置する載置面を有する試料台と、該載置面に対向する対向面を有するガス拡散板とを備え、該ガス拡散板の対向面の中央部に設けられたシャワーノズルから原料ガスを供給して、前記載置面に載置された半導体基板上にＣＶＤ法による成膜を行うとともに、前記チャンバ内にクリーニングガスを供給し、前記ガス拡散板に高周波電力を供給して、該ガス拡散板の対向面と前記試料台の載置面との間の放電によってプラズマを生成し、前記成膜の際に前記対向面に堆積した堆積物を除去する装置であって、前記対向面の、前記シャワーノズルの外側の周状の領域に、前記成膜時に前記載置面に載置された半導体基板の表面と前記対向面との間の距離の１／２以下の高さを有し、前記高周波電力の供給によって発生する電界を集中させる突起を設けたことを特徴とする半導体製造装置を提供するものである。
【００１８】
本発明においては、前記ガス拡散板が、前記載置面に垂直な方向に前記対向面よりも離れたフランジ面を、該対向面の外側に有し、該フランジ面が絶縁部材で覆われていることが好ましい。また、前記突起を、前記対向面の最外周部に設けることが好ましい。
【００１９】
また、本発明においては、前記成膜時には前記載置面に載置された半導体基板の周囲を覆い、前記堆積物の除去時には前記対向面の周状の領域と前記載置面との間に位置する、絶縁材料からなるリング部材をさらに有することが好ましい。
【００２０】
また、本発明においては、前記載置面は、該載置面に載置する半導体基板と略等しいか、もしくは、より小さい寸法を有することが好ましい。
【００２１】
また、本発明においては、熱ＣＶＤ法による成膜であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は、複数の半導体基板を、１枚ずつ、半導体製造装置のチャンバ内に設けられた、試料台の載置面に載置し、該載置面に対向する対向面を有するガス拡散板の、該対向面の中央部に設けられたシャワーノズルから原料ガスを供給し、前記半導体基板上にＣＶＤ法による成膜を行い、１枚もしくは複数枚の前記半導体基板上への成膜を行った後に、前記チャンバ内にクリーニングガスを供給し、前記ガス拡散板に高周波電力を供給し、該ガス拡散板の対向面と前記試料台の載置面との間の放電によってプラズマを生成して、前記成膜の際に前記対向面に堆積した堆積物を除去し、さらに、他の前記半導体基板上への成膜を継続する半導体装置の製造方法であって、前記対向面の、前記シャワーノズルの外側の周状の領域に、前記成膜時に前記載置面に載置された半導体基板の表面と前記対向面との間の距離の１／２以下の高さを有する突起を設け、前記高周波電力の供給によって発生する電界を集中させることにより、該周状の領域に堆積した前記堆積物の除去速度を増大させることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ガス拡散板の対向面の外周部に突起部を設けたことにより、クリーニング時に、突起部に電界集中が生じて、堆積物の除去速度が増大される。このため、従来除去することが困難であった、ガス拡散板の対向面の外周部の堆積物を確実に除去することができる。すなわち、チャンバ内部構成部品に対するクリーニング効果を高めることができ、クリーニング残りの堆積物の剥離によるパーティクルの発生を防止することができる。従って、ウェットクリーニングを実施する手間が省け、製造コストを低くすることができ、装置稼働率及び半導体装置製造の歩留まりを大幅に向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の半導体製造装置及び半導体装置の製造方法について説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る半導体製造装置において、クリーニング時の状態を表わす一実施形態の概略断面図である。半導体製造装置１０は、ＣＶＤ法によって、半導体基板（以下、「ウエハ」という。）上にタングステン膜などの薄膜を成膜するもので、チャンバ１２、試料台１４、ガス拡散板１６、エッジリング２０、高周波電源２２などを備えている。
【００２６】
試料台１４は、その載置面上に処理対象のウエハを載置する円盤状のもので、図１中チャンバ１２内下側の中央に配置されている。本実施形態において、試料台１４の載置面は、電極材料の周囲がＳｉＣで被覆された構成である。また、載置面上には、ウエハを載置面上に固定するための静電チャック等のクランプ機構（図示省略）が備えられている。また、試料台１４は、例えばウエハの搬入、搬出時や、チャンバ内部のクリーニング時などに、図示しない昇降機構により昇降駆動することが可能である。
【００２７】
なお、載置面の構成は、上記のものに限定されず、例えば導電性材料の周囲がアルマイトコートされた構成など、従来公知の構成のものがいずれも利用可能である。試料台１４の載置面は、載置面に載置するウエハと略等しいか、もしくは、より小さい寸法を有することが好ましい。
【００２８】
一方、ガス拡散板１６は、試料台１４の載置面上に載置されたウエハ表面に、成膜原料ガスやクリーニングガスを供給する円盤状のもので、図１中のチャンバ１２内の上部に設置されている。試料台１４の載置面に対向する、ガス拡散板１６の対向面の中央部には、複数のシャワーノズルが設けられており、成膜原料ガスやクリーニングガスは、チャンバ１２外部から、これらのシャワーノズルを介して拡散されながらウエハ表面上に供給される。
【００２９】
また、対向面の外周部（シャワーノズルの外側の周状の領域）には、対向面の平面位置よりも図１中下部に向かって所定高さ突出するリング状の突起部２４が設けられている。突起部２４が設けられている位置は、従来の半導体製造装置において、クリーニング後に成膜材料の堆積物が残留していた箇所である。突起部２４を設けることにより、クリーニング時に発生する電界が突起部に集中し、堆積物の除去速度が増大されるため、突起部２４上の堆積物を確実に除去することができる。
【００３０】
なお、突起部２４の高さは、成膜時に試料台１４の載置面に載置されたウエハの表面と対向面との間の距離の１／２以下の高さとするのが好ましい。突起部２４の高さが、この１／２の高さを越えると、成膜時のガスの流れに影響を及ぼし、ウエハ周辺部の膜厚が増加し、成膜膜厚の面内均一性を劣化させる場合があるからである。
【００３１】
また、突起部２４は、ガス拡散板１６と一体型に形成しても良いし、突起部２４とガス拡散板１６を各々独立に形成し、例えば両者をネジ止めなどしても良い。
【００３２】
また、突起部２４の形状は、クリーニング残りが発生せず、成膜時に試料台１４の載置面に載置されたウエハの表面と対向面との間の距離の１／２以下の高さであれば、図１に示すようになめらかな形状でも良いし、角を有する形状でも良い。また、突起部２４の配置も何ら限定されないが、例えば、ガス拡散板１６の対向面の最外周部に突起部２４を設けることが好ましい。すなわち突起部２４の外側には、対向面の一部となる平坦面を設けないことが好ましい。
【００３３】
また、突起部２４の外側（対向面の外側の領域）には、図１中試料台１４の載置面に垂直な方向に、ガス拡散板１６の対向面よりも離れた（対向面の平面位置よりも図１中上部に位置する）フランジ面２６を有するフランジ部が設けられており、このフランジ面２６を含む、ガス拡散板１６の外周部近傍は、リング状の絶縁部材１８で覆われている。この場合、ガス拡散板１６の図１中の下側の面の、突起部２４およびそれよりも内側の部分が対向面となる。すなわち、絶縁部材１８で覆われていない、突起部２４およびそれよりも内側の部分が、クリーニングプラズマを生成するための放電面として機能する。なお、フランジ面を設けることは必須ではない。
【００３４】
これら試料台１４の載置面およびガス拡散板１６の対向面は、チャンバ１２内の堆積物をクリーニングする際には、それぞれ下部電極および上部電極としても作用するもので、試料台１４が昇降機構により所定位置に移動され、両者は所定の間隔に設定される。
【００３５】
続いて、エッジリング２０は、成膜時に、試料台１４の載置面上に載置されたウエハのウエハ端面を含む、ウエハ外周部の所定領域を覆うことにより、ウエハ表面上の成膜領域を制限するもので、絶縁材料からなるリング状のマスクである。エッジリング２０は、成膜時には試料台１４の載置面に載置されたウエハ基板の周囲を覆うように配置され、チャンバ１２内の堆積物除去時には、図１に示すように、対向面の周状の領域と載置面との間に位置するように配置される。なお、エッジリング２０は、必須ではない。
【００３６】
なお、ウエハ端面への膜付着を制限するのは、ウエハ端面に付着したグステン膜が、後工程で剥がれることにより、発塵源となることを防止するためである。また、ウエハ外周部には、基板材料であるＳｉ或いは絶縁膜であるＳｉＯ２が露出した部分があり、Ｓｉ，ＳｉＯ２が、直接、タングステン膜と接することでタングステン膜の異常成長、あるいは、密着性不良による剥離が発生することを防止するためでもある。
【００３７】
次に、熱ＣＶＤ法により、ウエハの表面に所定の薄膜を形成する場合の半導体製造装置１０の作用を説明する。
【００３８】
成膜を行う場合、処理対象のウエハが、試料台１４の載置面上に載置され、昇降機構により、チャンバ１２の内部に搬入される。これにより、載置面上に載置されたウエハは、ウエハクランプ機構により、載置面上に固定されると同時に、エッジリング２０によって、ウエハ外周部が覆われる。また、試料台１４部分には、ウエハの加熱を目的としたヒータが配置されており、ウエハの温度は、所定の温度に設定される。
【００３９】
次に、例えばタングステン膜形成のための原料ガスと還元ガスの混合ガスが、ガス拡散板１６の対向面に設けられたシャワーノズルから、試料台１４の載置面上に載置されたウエハ表面に供給される。この時、チャンバ１２内は、真空排気量を調節することにより、所定の圧力に設定される。
【００４０】
これにより、原料ガスが分解、或るいは、活性化され、ウエハの表面上にタングステン膜などの薄膜が堆積される。そして、所定量（所定時間）膜成長を行った後、図示しないウエハ搬送機構により、ウエハがチャンバ外部へ搬出される。
【００４１】
次に、チャンバ内のクリーニングを行う場合の作用を説明する。
【００４２】
上述するタングステン膜の成膜処理を１回ないし複数回行うと、チャンバの内部部材には、タングステン膜が付着する。これを除去するために、クリーニングを行う場合、図１に示すように、試料台１４の載置面にウエハを載せない状態で、ＮＦ３などのクリーニング用の反応ガスが、ガス拡散板１６の対向面に設けられたシャワーノズルから導入され、試料台１４とガス拡散板１６間に分散される。この時、チャンバ１２内は、真空排気量を調節することにより、所定の圧力に設定される。
【００４３】
チャンバ１２内が所定の圧力になると、ガス拡散板１６と試料台１４との間に高周波電源２２より高周波電力が供給される。これにより、ガス拡散板１６の対向面と試料台１４の載置面との間の放電によって、反応ガスが励起されてプラズマが生成され、このプラズマにより、成膜の際にチャンバ１２内に堆積した堆積物が、エッチング除去される。
【００４４】
この時、本実施形態の半導体製造装置１０によれば、ガス拡散板１６の対向面の外周部に、突起部２４を設け、この突起部２４に高周波電力の供給によって発生する電界を集中させることにより、従来の半導体製造装置におけるクリーニングでは除去することが困難であった、周状の領域（突起部２４の領域）に堆積した堆積物の除去速度を増大させることができる。すなわち、チャンバ１２内部構成部材に対するクリーニングプラズマの効果を高め、堆積したクリーニング残りの剥離によるパーティクルの発生を防止し、付加的な装置コストを殆ど発生させることなく、装置稼働率及び半導体装置製造の歩留まりを向上させることが可能である。
【００４５】
なお、本発明は、熱ＣＶＤ法に限定されず、従来公知のどのようなＣＶＤ法を用いることも可能である。また、タングステン膜に限定されず、どのような薄膜も形成することができる。
【比較例１】
【００４６】
本実施形態の半導体製造装置１０によるクリーニングの効果を確認するための比較例として、図２に示すように、突起部のないガス拡散板１１６を装着した従来の形態の半導体製造装置１１０を使用して、熱ＣＶＤ法によりタングステン膜を成膜した後、クリーニングを実施した。
【００４７】
成膜時のチャンバ内の温度は４１５℃とし、原料ガスＷＨ６と還元ガスＳｉＨ４（又はＨ２）の混合ガスを用いた。チャンバ１１２内圧力は、６０Ｔｏｒｒから１００Ｔｏｒｒ（８〜１３ｋＰａ）に設定した。
【００４８】
また、クリーニング時は、図３に示すように、チャンバ１１２内にウエハＷがない状態で、反応ガスＮＦ３の流量を１５０ｓｃｃｍ（０．１５ｓＬ／ｍｉｎ）とし、チャンバ１１２内圧力は、０．３Ｔｏｒｒ（４０Ｐａ）に保持した。また、高周波電源１２２の出力電力を２５０Ｗとした。
【００４９】
図３に示すように、従来の半導体製造装置においては、クリーニング後において、ウエハクランプ機構などのチャンバ内部構成部材の影響と、反応ガスの供給排出経路等の影響とによって、クリーニングプラズマの影響が及ばない領域であるガス拡散板１１６の対向面の外周部（周状領域）に、エッジリング１２０形状に対応したクリーニング残りの堆積物Ｘの発生が認められた。
【実施例１】
【００５０】
図１に示すように、ガス拡散板１６の対向面の、比較例１の場合にはクリーニング残りが発生した周状の領域に、突起部２４を設けた半導体製造装置１０を使用して、先に述べた比較例１と同じ条件でタングステン膜の成膜、及び、チャンバ１２内部のクリーニング処理を実施した。
【００５１】
図１に示すように、本発明の半導体製造装置１０においては、クリーニング後において、ガス拡散板の対向面の外周部に突起部２４を設けたことにより、クリーニングプラズマの発生領域（プラズマ発生領域）が調整されるため、この突起部２４上に堆積された、エッジリング１２０形状に対応したクリーニング残りの堆積物を完全にエッチング除去することができた。ここで、突起部２４の高さが、成膜時に試料台１４の載置面に載置されたウエハの表面とガス拡散板１６の対向面との間の距離１／２以下である場合には、膜厚均一性の悪化等、成膜特性に対する顕著な影響は見られなかった。また、クリーニングの際の異常放電等の現象も見られなかった。
【００５２】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明の半導体処理装置及び半導体装置の製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る半導体製造装置において、ドライクリーニング時の状態を表す一実施形態の概略断面図である。
【図２】従来の半導体製造装置の内部構成を示す一例の概略断面図である。
【図３】図２に示す半導体製造装置において、ドライクリーニング実施時の状態を表わす概略断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０，１１０  半導体製造装置
１２，１１２  チャンバ
１４，１１４  試料台
１６，１１６  ガス拡散板
１８，１１８  絶縁部材
２０，１２０  エッジリング
２２，１２２  高周波電源
２４  突起部
【図１】
2005272866.tif 000003
【図２】
2005272866.tif 000004
【図３】
2005272866.tif 000005