(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンソースガスとしてシランを用い、クリーニングガスとして三フッ化窒素を用いるタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法において、
キャリアガスをチャンバに供給し、シランシリコンソースガスのためのキャリアガスラインをパージしてキャリアガスライン及び前記チャンバ内部の汚染物を除去する段階と、
前記三フッ化窒素クリーニングガスを前記チャンバに供給してプラズマが形成されるように前記チャンバ内部の環境を作って、プラズマを形成させる段階と、
前記シランと反応させるための反応ガスのＷＦ６が流れる反応ガスラインをパージして前記反応ガスライン及び前記チャンバ内の汚染物を除去する段階とを含み、
前記三フッ化窒素クリーニングガスが蒸着段階で汚染源として作用されることを防止することを特徴とするタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法。
【請求項２】
前記キャリアガスライン及び前記チャンバ内部の汚染物を除去した段階の次に、前記チャンバの内部をパージする段階を付加的に含むことを特徴とする請求項１に記載のタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法。
【請求項３】
前記反応ガスライン及び前記チャンバ内の汚染物を除去する段階の前後に各々前記チャンバの内部をパージする段階を付加的に含むことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法。
【請求項４】
前記キャリアガスは、アルゴンであることを特徴とする請求項１に記載のタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法。
【請求項５】
前記反応ガスは、フッ化タングステン(ＷＦ６)であることを特徴とする請求項１に記載のタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法。
【請求項６】
前記タングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法は、蒸着段階直前に遂行されることを特徴とする請求項１に記載のタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法。
【請求項７】
前記タングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法は、前記チャンバが蒸着工程が進められないアイドル状態である時に、一定の時間間隔で周期的に遂行されることを特徴とする請求項１に記載のタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法。
【請求項８】
シリコンソースガスとしてシランを用い、クリーニングガスとして三フッ化窒素を用いるタングステンシリサイド蒸着工程のための化学気相蒸着システムにおいて、
タングステンシリサイド蒸着工程が遂行されるチャンバと、
前記チャンバにシランシリコンソースガスを供給するためのソースガスラインと、
前記ソースガスラインと連結されて前記シランシリコンソースガスを前記チャンバに供給させるための第１キャリアガスラインと、
前記シランと反応させるための反応ガスのＷＦ６を前記チャンバに供給するための反応ガスラインと、
前記反応ガスラインと連結され、前記反応ガスを前記チャンバに供給させるための第２キャリアガスラインと、
前記三フッ化窒素クリーニングガスを前記チャンバに供給し、蒸着工程を遂行する時に前記三フッ化窒素クリーニングガスが前記反応ガスライン及び第２キャリアガスラインに残存して蒸着工程における汚染物として作用されないようにする手段とを含み、
タングステンシリサイド蒸着工程におけるクリーニングガスによる微粒子汚染物の発生が防止でき、
前記手段は、前記チャンバに直接連結されて前記三フッ化窒素クリーニングガスが供給されるようにするクリーニングガスラインを含むことを特徴とする化学気相蒸着システム。
【請求項９】
シリコンソースガスとしてシランを用い、クリーニングガスとして三フッ化窒素を用いるタングステンシリサイド蒸着工程のための化学気相蒸着システムにおいて、
タングステンシリサイド蒸着工程が遂行されるチャンバと、
前記チャンバにシランシリコンソースガスを供給するためのソースガスラインと、
前記ソースガスラインと連結されて前記シランシリコンソースガスを前記チャンバに供給させるための第１キャリアガスラインと、
前記シランと反応させるための反応ガスのＷＦ６を前記チャンバに供給するための反応ガスラインと、
前記反応ガスラインと連結され、前記反応ガスを前記チャンバに供給させるための第２キャリアガスラインと、
前記三フッ化窒素クリーニングガスを前記チャンバに供給し、蒸着工程を遂行する時に前記三フッ化窒素クリーニングガスが前記反応ガスライン及び第２キャリアガスラインに残存して蒸着工程における汚染物として作用されないようにする手段とを含み、
タングステンシリサイド蒸着工程におけるクリーニングガスによる微粒子汚染物の発生が防止でき、
前記手段は、前記反応ガスラインが連結された前記第２キャリアガスラインに連結され、前記チャンバに前記三フッ化窒素クリーニングガスを供給するためのクリーニングガスラインと、前記第２キャリアガスラインに連結され、前記反応ガスライン、前記第２キャリアガスライン、そして、クリーニングガスラインから前記三フッ化窒素クリーニングガスを外部に排気させるための排気ラインとを含み、前記排気ラインは、前記クリーニングガスラインと近接されて前記第２キャリアガスラインに連結されることを特徴とする化学気相蒸着システム。
【請求項１０】
前記排気ラインには、吸引ポンプが連結されていることを特徴とする請求項９に記載の化学気相蒸着システム。
【請求項１１】
前記化学気相蒸着システムは、前記第１キャリアガスラインが前記ソースガスラインと連結される前に、前記第１キャリアガスラインから分岐され、前記第１キャリアガスラインを通して供給されるキャリアガスが前記チャンバ内部の下部領域に供給されるように前記チャンバに連結されるボトムガスラインを付加的に含むことを特徴とする請求項８または９に記載の化学気相蒸着システム。
【請求項１２】
前記第２キャリアガスラインは、反応ガス、キャリアガス、クリーニングガスが前記チャンバ内部の上部領域に供給されるように前記チャンバに連結されることを特徴とする請求項９に記載の化学気相蒸着システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体に関するものであり、より詳しくはタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロエレクトロニクス分野(micro electronics applications)でシリコンに電気的なコネクション(connection)を提供するために、アルミニウム(Al)のようなメタル層(metallization layer)間に伝導性のインタフェース(interface)を設け、シリコンの一部分がアルミニウムと電気的に連結されてシリコンとアルミニウムが直接接触することを防止することがよく要求される。もし、アルミニウムがシリコン上に直ちに蒸着されれば、多くの問題点が生じる場合がある。
【０００３】
シリコン上に直接アルミニウムが蒸着される場合に生じる深刻な問題中の一つはアルミニウムがＰ−タイプドーパント(dopant)として作用し、シリコン内部にアルミニウム原子が挿入されてＰ−タイプ不純物を有するシリコン地域をドープさせることである。これは特にアルミニウムがＮ−タイプシリコン地域と接触する場合にシリコン地域にＰ−タイプアルミニウム原子が挿入されて所望しない整流コンタクト(rectifying contact)を作る深刻な場合が生じる。
【０００４】
上述した問題点を解決するための一つの方法はアルミニウムメタル層を蒸着する前にシリコン上に少なくとも一つのインタフェース層(interface layer)を形成することである。このような方式の工程は、Schinella等によるU.S.Pat.No.3,777,364に開示されている。タングステン(tungsten)、モリブデン(molybdenum)、パラジウム(palladium)、白金(platinum)あるいはタンタル(tantalum）等のような耐火性メタル(refractory metal)を蒸着させてポリシリコン層(poly silicon layer)と反応させてシリサイド層(Silicide layer)を形成する。シリコンと反応しない蒸着された耐火性メタルの最上部(top portion）は除去することもできる。アルミニウムとシリコン上に形成されるシリサイド層はアルミニウム原子がシリコンに挿入されることを止める境界(barrier）の役割をする。そして、アルミニウムとシリコンが接触する場合に低い抵抗値を有するようにする。また、このような方式の工程は、ステップ高さ(step height)を僅少であるが縮める。
【０００５】
上述したシリサイド層を形成する場合に、例えば、アルミニウムとシリコン間にタングステンシリサイド層(tungstensilicide layer)を反応ガスとしてＷＦ6(tungsten hexafluoride)ガスを用いる化学気相蒸着工程(chemical vapor deposition process；以下ＣＶＤ工程と称する)で進行すると、ＣＶＤ工程における高熱が、熱いＣＶＤチャンバ壁(hot CVD chamberwall)とＷＦ6ガスとを反応させる。このような反応はウェーハ(wafer）の表面にタングステンの蒸着比率(depositionrate）が低くなる結果をもたらす。
【０００６】
このような問題点を解決するために低温壁を有する輻射熱化学気相蒸着システム(cold wall radiantly heated chemical vapor deposition system）が用いられるが、システムでは広いバンドライトソース(broad band light source)によってウェーハが各々加熱される。それでＷＦ6がＣＶＤチャンバ壁と反応してもタングステンの蒸着比率には影響を及ぼさない。
【０００７】
図１は、代表的なＣＶＤシステムを示すためのダイヤグラムである。
【０００８】
図１を参照すると、ＣＶＤシステムはＳｉＨ4(シラン）ソースガスライン３２、Ａｒ３キャリアガスライン２６、ＷＦ6反応ガスライン２４、Ａｒ２キャリアガスライン２０、そして、ＮＦ3（三フッ化窒素）クリーニングガスライン１８を備える。ガスラインは、各々ガスを備えているガスタンク(gas tank)に連結される。そして、ガスラインにはバルブ３８、４０、４２、４６、５０、１０２、１０４、１０６そして１０８とガスの流量と流れを調節するためにコントローラー(controller)(図示せず)により調節される流量調節器(mass flow controller；ＭＦＣ)４４が設けられている。そして、各ガスラインを流れるガスをフィルタリング(filtering)するためのフィルタ４８が各ガスライン上に設けられている。チャンバ１０内には示さなかったが、チャック(chuck)のようなウェーハをローディングするホールディング装置(holding apparatus)が設けられておりウェーハを蒸着させるためのデバイス(device)が配列されている。また、ポンプ５２とバルブ５４のようにチャンバ１０内の圧力を調節するための装置が設けられる。ＳｉＨ4シリコンソースガスはＳｉＨ4ソースガスライン３２を通してチャンバ１０に供給される。シリコンソースガスの他の種であるＤＣＳ(dichlorosilane；ＳｉＨ2Ｃｌ2)も工程に共に用いられることができる。したがって、ＤＣＳが流れるガスライン２８もソースガスラインを形成する。
【０００９】
Ａｒ３キャリアガスは、Ａｒ３ガスライン２６を通してＳｉＨ4ソースガスとＤＣＳガスを含めてチャンバに供給される。Ａｒ１(ＢＴＭ；bottom part of chamber)ガスライン３６は、Ａｒ３キャリアガスライン２６から分岐される。Ａｒ１(ＢＴＭ)ガスライン３６は、Ａｒ３キャリアガスライン２６がＳｉＨ4ソースガスライン３２とＤＣＳガスライン２８を会う前に分岐されるように設けられる。ＷＦ6反応ガスライン２４、Ａｒ２キャリアガスライン２０、そして、ＮＦ3クリーニングガスライン１８は、Ａｒ１(ＴＯＰ)キャリアガスライン１２と連結される。Ａｒ（アルゴン）キャリアガスは、Ａｒ２キャリアガスライン２０を通してチャンバ１０に供給される。Ａｒ１(ＴＯＰ)キャリアガスライン１２は、チャンバ１０の上部と連結される。 ＮＦ3クリーニングガスは、ライン１２と１８を通してチャンバ１０に供給される。符号の説明を助けるためにＡｒ１(ＴＯＰ)とＡｒ３、そして、Ａｒ１(ＢＴＭ)に対して再び説明すると、Ａｒ１(ＴＯＰ)ガスとＡｒ３、そして、Ａｒ１(ＢＴＭ）はすべてＡｒ（アルゴン）ガスであり単にＡｒ１(ＴＯＰ）は、チャンバ１０の上部領域に供給され、Ａｒ３は、チャンバ１０の中間領域に、そして、Ａｒ１(ＢＴＭ）はチャンバ１０の下部領域に供給される差がある。
【００１０】
蒸着工程で生成されるフィルム(film）の純度を保持するために、一般的にＣＶＤ装置に用いられるチャンバ１０は、蒸着工程後にＮＦ3を利用してプラズマクリーニング(plasma cleaning)をする。次の蒸着工程前にチャンバ１０をクリーニングしたにもかかわらず蒸着工程ではウェーハ上に蒸着されるフィルムに微粒子汚染物による汚染問題が引き続き生じる。それで微粒子汚染物の原因を探すために残留ガス分析器(residual gas analyzer)を利用してチャンバ１０内に残存するガスを分析した結果図２のような結果を得ることができた。
【００１１】
図２は、チャンバ１０内に残存するガスを分析して残存するガスの成分別に圧力の推移を示すグラフである。
【００１２】
図２を参照すると、ＳｉＨ4シリコンソースガスの圧力の変動は比較的一定な様相を示している。すなわち、蒸着段階ではシリコンソースガスが用いられるので圧力が上がってからクリーニング段階では一定な水準(例えば１．０ｅ-4Ｔｏｒｒ)を保持する。だが、クリーニングに用いられるＮＦ3の圧力は不規則なパターン(irregular pattern)を示している。特に蒸着段階の初期でＮＦ3の圧力が急激に上昇することはガスライン上に残存したＮＦ3ガスが蒸着段階が始まる時点で他のガスとともに押されてチャンバ中へ流入されることと理解できる。ＮＦ3ガスはクリーニング段階でプラズマを形成するために用いられるが、この工程が終わった後にもガスライン１２とチャンバ１０にＮＦ3ガスがチャンバ１０の外部に完全に排気できなくて残る場合が生じる。このような場合残存したＮＦ3ガスはＳｉＨ4と反応してＳｉＦｘという微粒子汚染物を発生させる問題点が生じる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためのものとして、タングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物が除去できる新しい形態の装置及びその方法を提供することにその目的がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の特徴によると、ガスラインを通して供給されるガスを用いてチャンバで工程を進める半導体製造工程で微粒子汚染物を除去するための方法は、次のような段階を有する。ガスラインをクリーニングする段階、そして、チャンバをクリーニングする段階である。
【００１５】
上述の目的を達成するための本発明の他の特徴によると、シリコンソースガスとしてＳｉＨ4を用い、クリーニングガスとしてＮＦ3を用いるタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法は、次のような段階を有する。キャリアガスをチャンバに供給し、ＳｉＨ4シリコンソースガスのためのキャリアガスラインをパージ(purge)し、キャリアガスライン及びチャンバ内部の汚染物を除去する段階、ＮＦ3クリーニングガスをチャンバに供給してプラズマを形成させることができるようにチャンバ内部の環境を作って、プラズマを形成させる段階、そして、ＳｉＨ4と反応するための反応ガスが流れる反応ガスラインをパージして反応ガスライン及びチャンバ内の汚染物を除去する段階とである。
【００１６】
上述の目的を達成するための本発明のまた他の特徴によると、シリコンソースガスとしてＳｉＨ4を用い、クリーニングガスとしてＮＦ3を用いるタングステンシリサイド蒸着工程のための化学気相蒸着システムはチャンバ、ソースガスライン、第１キャリアガスライン、反応ガスライン、第２キャリアガスライン、そして、手段とを備える。チャンバでは、タングステンシリサイド蒸着工程が遂行される。ソースガスラインは、チャンバにＳｉＨ4シリコンソースガスを供給する。第１キャリアガスラインは、ソースガスラインと連結されてＳｉＨ4シリコンソースガスをチャンバに供給されるようにする。反応ガスラインはＳｉＨ4と反応するための反応ガスをチャンバに供給する。第２キャリアガスラインは、反応ガスラインと連結され、反応ガスをチャンバに供給されるようにする。前記手段は、ＮＦ3クリーニングガスをチャンバに供給し、蒸着工程を遂行する時にＮＦ3クリーニングガスが反応ガスライン及び第２キャリアガスラインに残存して蒸着工程における汚染物として作用されないようにする。このような本発明で前記手段は、チャンバに直接連結されてＮＦ3クリーニングガスが供給されるようにするクリーニングガスラインであるか、あるいは反応ガスラインが連結された第２キャリアガスラインに連結され、チャンバにＮＦ3クリーニングガスを供給するためのクリーニングガスラインと第２キャリアガスラインに連結され、反応ガスライン、第２キャリアガスライン、そして、クリーニングガスラインからＮＦ3クリーニングガスを外部に排気させるための排気ラインである。
【００１７】
このような本発明を適用すると、微粒子汚染物が除去されたりあるいはタングステンシリサイド蒸着工程に全く影響を及ぼさない程度の極少量のみ存在することにより、高純度の膜が蒸着され、これによって半導体収率を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図３ないし図６によって詳しく説明する。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態によりタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法を説明するためのフローチャートである。
【００２０】
図３を参照すると、本発明の実施の形態により微粒子汚染物を除去するための方法は図１に示された代表的なＣＶＤシステムに適用されたことである。ＣＶＤシステムでは蒸着段階(deposition step)とクリーニング段階(cleaning step)が引き続き繰り返されるが、本発明の実施の形態はクリーニング段階で実施される。Ｓ１００段階でＡｒ３キャリアガスライン２６をパージするために、バルブ１０２がクローズされガスライン２６へのＡｒガス供給が中断される。この場合にも他のガスライン３６と１２のＡｒガスは引き続きフロー(flow)されながらチャンバ１０に供給される(Ｓ１００)。段階は約３０秒程度進められる。
【００２１】
次に、バルブ１０４、１０６そして３８がクローズされてチャンバ１０を約１５秒程度パージする(Ｓ１０５)。そして、バルブ１０８がオープンされてＮＦ3ガスがライン１８と１２を通してチャンバに供給される(Ｓ１１０)。チャンバ内部をプラズマを形成するための適切な条件に変換させてＮＦ3ガスを利用してプラズマを形成する。形成されたプラズマは、蒸着段階で生じるチャンバ内の汚染物をクリーニングする(Ｓ１１５)。
【００２２】
チャンバをパージするためにバルブ１０４、１０６そして３８が約１０秒程度クローズされる(Ｓ１２０)。そして、バルブ１０４、１０６そして５０がクローズされてＷＦ6ガスが流れるガスライン１２と２４が約３０秒程度パージされる(Ｓ１２５)。
【００２３】
次にバルブ１０２と５０がクローズされてガスライン２６と１２がパージされるがこの場合にもガスライン３６を通してはＡｒガスが続けてフロー(flow)される(Ｓ１３０)。この段階(Ｓ１３０）は、少なくとも２０秒程度が保持することによってガスラインをパージできる。最後に、バルブ１０４、１０６そして３８がクローズされてチャンバ１０をパージする(Ｓ１３５)。
【００２４】
本発明の実施の形態でタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法は蒸着工程が始まる直前に実施されることができ、チャンバが蒸着工程を進めないアイドル状態(idle state)で一定な時間間隔をおいて実行することもできる。
【００２５】
図４は、本発明の第１実施の形態によるタングステンシリサイド蒸着工程で微粒子汚染物を除去するための化学気相蒸着装置を示すダイヤグラムであり、図５は、本発明の第２実施の形態によるタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための化学気相蒸着装置を示すダイヤグラムである。
【００２６】
図４を参照すると、本発明の第１実施の形態では排気ライン(exhaust line)６２とポンプ５２を備える。排気ライン６２はＡｒ１（ＴＯＰ）キャリアガスライン１２から分岐され、吸引ポンプ５２’に連結されている。コントローラー(図示せず)により制御されるバルブ６４と６６も排気ライン６２に設けられる。本発明の第１実施の形態で上述したように微粒子汚染物を除去するためには本発明の装置でパージ方法を用いるべきである。すなわち、Ａｒ１(ＴＯＰ)キャリアガスライン１２をパージする時に排気ライン６２を用いることである。一般に、ＣＶＤシステムで用いられるガスは必ずチャンバに流入されるように構成されている。そして、チャンバを通過して外部に排気される方法を取っている。だが、Ａｒ１(ＴＯＰ)キャリアガスライン１２をパージする場合にガスライン１２を流れるガスはチャンバ１０を通さなく排気ライン６２を通過して直ちに外部に排気できる。それゆえ、Ａｒ１(ＴＯＰ)キャリアガスライン１２内にＮＦ3ガスが残存することを防止できる。本発明の第１実施の形態によるＣＶＤシステムは上述した本発明の実施の形態とともに用いることが可能である。
【００２７】
図５を参照すると、本発明の第２実施の形態によるＣＶＤシステムはＮＦ3クリーニングガスライン７０を備える。ＮＦ3クリーニングガスライン７０はチャンバ１０と直接連結されるように構成される。このような場合ＮＦ3ガスはひたすらＮＦ3ガスライン７０にのみ流れることにより、Ａｒ１(ＴＯＰ)キャリアガスライン１２にＮＦ3ガスが残存することが防止される。
【００２８】
図６は、本発明の実施の形態による微粒子汚染物を除去するための方法を適用した場合にチャンバ内のＮＦ3の圧力を検出した結果を示すグラフである。
【００２９】
図６を参照すると、 ＮＦ3ガスの圧力変動が一定な傾向を示すことが分かる。図２の従来の場合と比較すると、本発明の実施の形態が適用された場合のＮＦ3の圧力は蒸着段階の初期でも一定な水準(例えば１．０ｅ-6)を保持することが分かる。それゆえ、ＮＦ3クリーニングガスがクリーニング段階と蒸着段階の間でそれ以上はガスラインに残存しないということがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
このような本発明を適用すると、微粒子汚染物が除去されたりあるいはタングステンシリサイド蒸着工程に全く影響を及ぼさない程度の極少量のみ存在ことにより、高純度の膜が蒸着されこれによって半導体収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  代表的な化学気相蒸着装置を示すダイヤグラムである。
【図２】  残留ガス分析器を用いてチャンバ内のガスの圧力を検出した結果を示すグラフである。
【図３】  本発明の実施の形態によるタングステンシリサイド蒸着工程における微粒子汚染物を除去するための方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】  本発明の第１実施の形態によるタングステンシリサイド蒸着工程で微粒子汚染物を除去するための化学気相蒸着装置を示すダイヤグラムである。
【図５】  本発明の第２実施の形態によるタングステンシリサイド蒸着工程で微粒子汚染物を除去するための化学気相蒸着装置を示すダイヤグラムである。
【図６】  本発明の実施の形態による微粒子汚染物を除去するための方法を適用した場合にチャンバ内のＮＦ3の圧力を検出した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  チャンバ
１２  Ａｒ１(ＴＯＰ)キャリアガスライン
１８  ＮＦ3クリーニングガスライン
２０  Ａｒ２キャリアガスライン
２４  ＷＦ6反応ガスライン
２６  Ａｒ３キャリアガスライン
２８  ＤＣＳガスライン
３２  ＳｉＨ4ソースガスライン
３６  Ａｒ１(ＢＴＭ)ガスライン
３８，４０，４２，４６，５０，５４，６４，６６  バルブ
４４  流量調節器
４８  フィルタ
５２  ポンプ
６２  排気ライン
７０  ＮＦ3クリーニングガスライン
１０２，１０４，１０６，１０８  バルブ
【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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