(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内部に設けられた回転プレートと、
ウェーハを搭載するために前記回転プレート上に設けられたサセプタと、
前記回転プレートの中央に設けられ前記回転プレートを回転させる回転モータと、
前記回転プレートの前記回転モータを中心とする周辺で、かつ、前記回転プレートの上部に設けられた上下移動可能なローディング／アンローディング及び後処理用チャンバを備えたローディング／アンローディング及び後処理モジュールと、
前記回転プレートの前記回転モータを中心とする周辺で、かつ、前記回転プレートの上部に設けられた上下移動可能なダウンフロー用チャンバを備えたダウンフローモジュールと、
前記回転プレートの前記回転モータを中心とする周辺で、かつ、前記回転プレートの上部に設けられた上下移動可能なアニール用チャンバを備えたアニールモジュールと、を具備することを特徴とする酸化膜除去のための半導体製造装置。
【請求項２】
前記ダウンフローモジュールは、
前記ダウンフロー用チャンバ内の上部に設けられ、使用ガスを前記サセプタ上に搭載されたウェーハに供給するガス拡散器と、
前記ガス拡散器に連結されたガス供給パイプとから構成されたことを特徴とする請求項１に記載の酸化膜除去のための半導体製造装置。
【請求項３】
前記サセプタが設けられた前記回転プレートに前記ダウンフロー用チャンバを密着するために、前記ダウンフロー用チャンバの端部にガイドリングをさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の酸化膜除去のための半導体製造装置。
【請求項４】
前記ガス拡散器に水素ガスとフッ素を含むガスを所定の混合比に混合した混合ガスや水素ガスをプラズマ状に変形するマイクロウェーブ誘導装置を具備するパイプが連結されていることを特徴とする請求項２に記載の酸化膜除去のための半導体製造装置。
【請求項５】
前記アニールモジュールは、
前記アニール用チャンバ内の上部に設けられて前記サセプタ上に搭載されたウェーハをアニールするヒータを有することを特徴とする請求項１に記載の酸化膜除去のための半導体製造装置。
【請求項６】
前記サセプタが設けられた前記回転プレートに前記アニールチャンバを密着するために前記アニールチャンバの端部にガイドリングをさらに具備することを特徴とする請求項５に記載の酸化膜除去のための半導体製造装置。
【請求項７】
前記回転プレートに前記ダウンフローモジュールと前記アニールモジュールがどちらも一つ以上ずつ反復されて設置されていることを特徴とする請求項１に記載の酸化膜除去のための半導体製造装置。
【請求項８】
前記請求項１〜７のいずれか一つに記載の半導体製造装置を用いた酸化膜除去法であって、
（ａ）前記真空チャンバの前記回転プレートに設けられたローディング／アンローディング及び後処理モジュールのサセプタ上にウェーハを搭載する段階と、
（ｂ）前記回転プレートの中央に設けられた回転モータを駆動し、前記サセプタを前記ダウンフローモジュールの前記ダウンフロー用チャンバ下部に移動させる段階と、
（ｃ）前記ダウンフロー用チャンバを下部に移動させ、前記サセプタと密着させることにより前記ダウンフローチャンバの内部を完全に密閉させる段階と、
（ｄ）プラズマ状の水素ガスとフッ素を含むガスとを前記ダウンフロー用チャンバの内部に供給し、ウェーハ表面の酸化膜と化学的に反応させる段階と、
（ｅ）前記ダウンフロー用チャンバを上部に移動させ、前記サセプタから脱着させた後、前記サセプタを前記アニールモジュールの前記アニール用チャンバ下部に移動させる段階と、
（ｆ）前記アニール用チャンバを下部に移動させ、前記回転プレートと密着させることにより前記アニールチャンバの内部を完全に密閉させる段階と、
（ｇ）前記アニール用チャンバ内の上部に設けられた前記ヒータを利用し、前記ウェーハをアニールすることによりウェーハ表面の酸化膜と供給ガスの化学的反応により形成された副産物を気化させる段階と、
（ｈ）前記ウェーハから気化した副産物をアニール用チャンバから排気させる段階とを具備することを特徴とする酸化膜除去法。
【請求項９】
前記（ｈ）段階後、前記アニール用チャンバを上部に移動させ、前記サセプタから脱着させた後、前記サセプタをローディング／アンローディング及び後処理モジュールのローディング／アンローディング及び後処理用チャンバ下部に移動させる段階と、
前記ローディング／アンローディング及び後処理用チャンバを下部に移動させ、サセプタと密着させることにより前記ローディング／アンローディング及び前記後処理用チャンバの内部を完全に密閉させる段階と、前記ウェーハを水素ガスで後処理する段階とをさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の酸化膜除去法。
【請求項１０】
前記（ｂ）段階にて、
前記（ｈ）段階を１回以上順次に反復することを特徴とする請求項８または９に記載の酸化膜除去法。
【請求項１１】
前記フッ素を含むガスは３フッ化窒素（ＮＦ3）、６フッ化硫黄（ＳＦ6）あるいは３フッ化塩素（ＣＩＦ3）のうち何れか一つであることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一つに記載の酸化膜除去法。
【請求項１２】
水素ガスに対するフッ素を含むガスの混合比は０．１〜１００Ｖｏｌ％ほどであることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載の酸化膜除去法。
【請求項１３】
前記ヒータは、ランプまたはレーザーであることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載の酸化膜除去法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造方法及びこのための半導体製造装置に係り、特に自然酸化膜などの酸化膜を除去する方法及びこれに用いられる半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハの表面は、大気中の酸素や水分と容易に反応し、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）に変わる。従って、シリコンウェーハの表面には、大気中からの自然な酸化による二酸化シリコン膜が形成されやすく、このような自然酸化膜は半導体ディバイスの特性に悪影響を及ぼすことが知られている。例えば、コンタクト表面に形成された自然酸化膜はコンタクト抵抗の増加要因として作用し、ゲート酸化膜成長前に形成された自然酸化膜はゲート酸化膜の特性を低下させる。
【０００３】
現在、最も広範囲に使われている半導体製造過程での自然酸化膜除去法は、フッ化水素（ＨＦ）を用いた湿式洗浄法である。このフッ化水素洗浄液は、除去する二酸化シリコンとシリコンウェーハ間に高い蝕刻選択比を維持し、自然酸化膜洗浄後、シリコンウェーハ表面を水素による保護膜をコーティングさせるという長所がある。
【０００４】
しかし、このようなフッ化水素洗浄の場合、インサイチュ（ｉｎ  ｓｉｔｕ）での工程進行が不可能で、洗浄工程後の汚染管理が困難であり工程にかかる時間が延びるという問題点が発生し、洗浄工程後ウェーハを乾燥する工程を必ず経なければならないために乾燥工程中に発生する各種汚染に対する制御が不可能である。さらに、小さく深いコンタクトホールを洗浄する場合、洗浄液自らの粘度により洗浄液がコンタクトホールに流入したりコンタクトホールから流出したりすることが難しく酸化膜の除去が不完全で、洗浄後の残留物の除去も容易ではないという問題点がある。
【０００５】
一方、現在酸化膜パターニングのための乾式蝕刻工程においては、４フッ化メタン（ＣＦ4）＋水素（Ｈ2）や３フッ化メタン（ＣＨＦ3）＋酸素（Ｏ2）の化学物を使用した反応性イオン蝕刻（ＲＩＥ；Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈ）を利用し酸化膜を除去する。しかし、このような乾式蝕刻工程の場合、蝕刻後フッ素（Ｆ）が酸化膜の下部膜質として、シリコンウェーハ表面に湿式洗浄方法より高い濃度で残存するようになり、以降の工程に悪い影響を及ぼすようになるだけではなく、蝕刻ガスの注入エネルギーによりシリコンウェーハ表面が損傷してシリコンウェーハ表面が荒くなったりシリコンウェーハ表面近辺に形成されているｐｎジャンクションが破壊されたりすることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、酸化膜の下部膜質を損傷させたり汚染させたりせずに高い蝕刻選択比を持って酸化膜を除去できる酸化膜除去法を提供するところにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、酸化膜の下部膜質を損傷させたり汚染したりせずに高い蝕刻選択比を持って酸化膜を除去するのに用いられる半導体製造装置を提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明による半導体製造装置は、真空チャンバ内部に設けられた回転プレートと、ウェーハを搭載するために前記回転プレート上に設けられたサセプタと、前記回転プレートの中央に設けられ前記回転プレートを回転させる回転モータと、前記回転プレートの前記回転モータを中心とする周辺で、かつ、前記回転プレートの上部に設けられた上下移動可能なローディング／アンローディング及び後処理用チャンバを備えたローディング／アンローディング及び後処理モジュールと、前記回転プレートの前記回転モータを中心とする周辺で、かつ、前記回転プレートの上部に設けられた上下移動可能なダウンフロー用チャンバを備えたダウンフローモジュールと、前記回転プレートの前記回転モータを中心とする周辺で、かつ、前記回転プレートの上部に設けられた上下移動可能なアニール用チャンバを備えたアニールモジュールと、を具備することを特徴とする。
【００１８】
ダウンフローモジュールは、ウェーハを搭載するために回転プレートに設けられたサセプタと、前記サセプタを覆う形でその上部に設けられた上下移動が可能なダウンフロー用チャンバと、前記ダウンフロー用チャンバ内の上部に設けられ、使用ガスをサセプタ上に搭載されたウェーハに供給するガス拡散器と、前記ガス拡散器に連結されたガス供給パイプと、前記サセプタが設けられた回転プレートにダウンフロー用チャンバを密着するために前記ダウンフロー用チャンバの端部に設けられたガイドリングとから構成され、アニールモジュールは、ウェーハを搭載するサセプタと、前記サセプタを覆うようにその上部に設けられた上下移動が可能なアニール用チャンバと、前記アニール用チャンバ内の上部に設けられウェーハをアニールするヒータと、前記サセプタが設けられた回転プレートにアニールチャンバを密着するために前記アニールチャンバの端部にガイドリングとから構成される。
【００１９】
前記ダウンフローモジュールとアニールモジュールそれぞれが一つずつ以上反復されて設置さている。
【００２０】
前記目的を達成するための、本発明による前記半導体製造装置を用いた酸化膜除去法は、真空チャンバの回転プレートに設けられたローディング／アンローディング及び後処理モジュールのサセプタ上にウェーハを搭載する段階と、回転プレートの中央に設けられた回転モータを駆動し、前記サセプタをダウンフローモジュールのダウンフロー用チャンバ下部に移動させる段階と、前記ダウンフロー用チャンバを下部に移動させ、回転プレートと密着させることにより前記ダウンフローモジュール内部を完全に密閉させる段階と、プラズマ状の水素ガスとフッ素を含むガスをダウンフロー用チャンバの内部に供給し、ウェーハ表面の酸化膜と化学的に反応させる段階と、ダウンフロー用チャンバを上部に移動させ、前記回転プレートから脱着させた後、前記サセプタをアニールモジュールのアニール用チャンバ下部に移動させる段階と、前記アニール用チャンバを下部に移動させ、回転プレートと密着させることによりアニールモジュール内部を完全に密閉させる段階と、アニール用チャンバ内の上部に設けられたヒータを利用し、前記ウェーハをアニールすることによりウェーハ表面の酸化膜と供給ガスの化学的反応により形成された副産物を気化させる段階と、前記ウェーハから気化した副産物を排気させる段階とを具備することを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明は、（ａ）シリコンウェーハ上に第１ゲート酸化膜を形成する段階と、（ｂ）前記第１ゲート酸化膜上に蝕刻防止パターンを形成する段階と、（ｃ）蝕刻防止パターンを通じ露出されている第１ゲート酸化膜をプラズマ状の水素ガス及びフッ素を含むガスと化学的に反応させた後、アニーリングを実施し、前記化学的反応により生成された副産物を気化させる工程を前記蝕刻防止パターン間に露出された前記第１ゲート酸化膜が完全に蝕刻される時まで反復し進行する段階と、（ｄ）前記蝕刻防止パターンを除去する段階と、（ｅ）ウェーハ表面を化学物で処理し、残存しているかもしれない有機物粒子を除去する段階と、（ｆ）（ｄ）段階及び（ｅ）段階にて発生する自然酸化膜をプラズマ状の水素ガス及びフッ素を含むガスと化学的に反応させた後、アニーリングを実施し、前記化学的反応により生成された副産物を気化させることにより前記自然酸化膜を除去する段階と、（ｇ）第２ゲート酸化膜を形成する段階とを具備することを特徴とする酸化膜除去法を用いた半導体素子の二重ゲート酸化膜形成方法である。
【００２３】
さらにまた、本発明は、前記酸化膜除去法を用いた半導体素子の二重ゲート酸化膜形成方法において、前記蝕刻防止パターンは、二重のゲート酸化膜が形成される部分を覆う形のフォトレジストパターンであることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳細に説明する。しかし、本発明の実施の形態はいろいろな他の形に変形でき、本発明の範囲が次に詳述する実施の形態により限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施の形態は当業界で平均的な知識を持った者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。さらに、図面上にて同じ符号で表示された要素は同じ要素を意味する。
【００２５】
［酸化膜除去法］
シリコンウェーハ表面に自然に形成された自然酸化膜や任意の酸化膜をシリコンウェーハの損傷なく効果的に除去する方法について説明する。これは、フッ化水素洗浄液を使用した湿式洗浄方法ではなく、ガスを使用した乾式洗浄方法に関するものである。
【００２６】
本発明による酸化膜除去法は、水素プラズマとフッ素を含んだガスを使用した乾式洗浄方法であり、具体的には、その表面に酸化膜が形成されているシリコンウェーハにプラズマ状の水素ガスとフッ素を含むガスを供給し、前記酸化膜と供給ガスを化学的に反応させる段階と、アニーリングを実施し、前記化学的反応により生成された副産物、すなわち反応層を気化させる段階に進行する。この時、前記酸化膜は自然酸化膜でもあり、任意の酸化膜パターンを形成するために蝕刻されなければならない被蝕刻酸化膜でもある。
【００２７】
水素ガスは、必ずプラズマ状で供給されねばならないが、フッ素を含むガスの場合には自然状態でもプラズマ状でもどちらでも使用が可能である。例えば、水素ガスとフッ素を含むガスを所定の割合に混合した反応ガスをプラズマ状にした後、シリコンウェーハに供給するか、または、水素ガスはプラズマ状で供給しつつフッ素を含むガスは自然状態でシリコンウェーハに供給する方法のどちらも可能である。この時、前記フッ素を含むガスは３フッ化窒素（ＮＦ3）、６フッ化硫黄（ＳＦ6）または３フッ化塩素（ＣＩＦ3）のようなガスである。
【００２８】
前記アニーリングは、ランプやレーザーのようなヒータを使用して進行する。この時、シリコンウェーハの表面上に形成されている副産物、すなわち反応層を気化させることがアニーリングの目的であるのでヒータはシリコンウェーハの上部に設けられることがより一層効果的である。
【００２９】
シリコンウェーハにプラズマ状の水素ガスとフッ素を含むガス（例えば、水素プラズマガスに対する３フッ化窒素（ＮＦ3）ガスの混合比を０．１〜１００Ｖｏｌ％に設定）を供給すれば、供給されたガスと酸化膜、すなわち二酸化シリコン（ＳｉＯ2）と化学的な反応をするようになり、（ＮＦ4）2ＳｉＦ6のような副産物、すなわち反応層を形成するようになる。このような反応層がある程度形成されれば、前記反応層が化学的反応に対する障壁の役割を果たすようになり、供給ガスと酸化膜間の化学的反応は収まるようになる。供給ガスと酸化膜間の化学的反応が収まった状態でアニーリングを行えば反応層は気化され外部に排出され、前記反応層が存在していたところの酸化膜は除去された状態となる。
【００３０】
前記ガス供給段階とアニーリング段階は、除去さるべき酸化膜が自然酸化膜である場合には一般的に１回の工程だけでもその除去が容易であるが、除去さるべき酸化膜が一般的なパターンを形成するための酸化膜である場合には酸化膜の厚さにより１回以上前記段階を反復して行うことが必要である。
【００３１】
これは、前述した通り、供給ガスと酸化膜との化学的な反応は反応層の生成によりある程度制限されるためである。すなわち、供給ガスと酸化膜の化学的反応が無限大に（工程進行者の意図した通りに）進行できるならば、除去されるべき酸化膜の厚さがどの程度であっても関係なく、ただ１回のガス供給段階とアニーリング段階だけでも酸化膜を除去できる。しかし、供給ガスと酸化膜がある程度化学的に反応すれば、これらの間に反応層が生成されこれ以上の化学的反応が進行されないので１回の工程だけでは所望の厚さの酸化膜を除去できなくなる。従って、１回以上前記段階を反復して所望の厚さほど酸化膜を除去する。
【００３２】
本発明の実施の形態では、供給ガスと酸化膜との化学的反応段階（すなわち、ガス供給段階）と、アニーリング段階とを一つのチャンバ内で連続的に進行する、いわゆるインサイチュによって工程を進行することが可能である。例えば、前記化学的反応段階はチャンバの下部にて進行し、前記アニール段階はチャンバの上部にて進行するか、前記化学的反応段階とアニール段階を一つのチャンバ内に設けられた各段階を実行するためのモジュールにて連続的に進行する。すなわち、前記化学的反応段階はチャンバ内のダウンフローモジュールにて進行し、前記アニール段階はチャンバ内のアニールモジュールにて進行する。
【００３３】
従って、化学的反応段階とアニーリング段階を１回以上反復して進行する場合、工程進行にかかる時間を縮めることができると共に、各段階別に工程を進行するためにシリコンウェーハを一つのチャンバから他のチャンバに移動させる時に発生するかもしれない２次的な自然酸化膜の生成と粒子汚染などを防止できる。
【００３４】
既存のフッ化水素洗浄液を使用した湿式洗浄法と本発明による乾式洗浄法との間の差異点は、（１）既存の場合にはフッ化水素を液体状態で使用するが、本発明の一実施の形態の場合には、水素ガス及びフッ素を含んだガスをプラズマ状で使用する。従って、既存の湿式洗浄法に比べて費用節減が可能である。
【００３５】
（２）本発明の場合、各段階を一つのチャンバ内で連続的に進行するので工程の効率を高めることができる。従って、全体工程にかかる時間を縮めることができるだけでなく、シリコンウェーハをチャンバからチャンバに移動する時に問題を除去でき、設備の大きさの面でも既存の湿式洗浄法でよりもより小さな設備ですむ。
【００３６】
（３）小さくて深いコンタクトホールでの酸化膜除去が既存の湿式洗浄法の場合、本発明の一実施の形態にてより一層有利である。すなわち、既存では洗浄液の粘度によりコンタクトホールに洗浄液を流入させたりコンタクトホールから洗浄液を流出させたりすることが困難で、酸化膜除去にいろいろな問題があったが、本発明の一実施の形態の場合、プラズマ状のガスを使用するのでこのような問題を解決できる。
【００３７】
（４）本発明の場合、プラズマ状のガスを使用するので反応前後の周囲環境を制御しやすく前後工程において最適の表面状態を制御できる。
【００３８】
さらに、本発明の一実施の形態にて使用する混合ガスは各種の酸化膜膜質に対して低い選択比を持つので、例えばコンタクトホール洗浄と同じ工程を行う場合、コンタクトホール側壁のプロファイルを変形させない。
【００３９】
本発明の一実施の形態によれば、前述したようないろいろな長所以外にも、供給ガスの注入エネルギーで酸化膜を構成する粒子の結合を破壊する方法で酸化膜を除去した既存の乾式洗浄法と違い、供給ガスと酸化膜の化学的反応を誘導した後でこの反応から始まる反応物を除去する方法を利用するので供給ガスのエネルギーにより酸化膜の下部膜質が損傷されることはない。
【００４０】
［第１の半導体製造装置］
図１は、本発明による酸化膜除去法を実現するための第１の半導体製造装置を図示した断面図である。
【００４１】
この第１の半導体製造装置は、真空雰囲気で工程を進行できるように構成されている真空チャンバ１０と、反応ガスをプラズマ状に流入させることができるプラズマ発生装置４４と、ガス拡散器５０と、アニール工程を同一チャンバ内で連続的に進行できるヒータ５４と、シリコンウェーハ１４の位置を真空チャンバ１０内で調節できるサセプタ駆動部１２、２０及び２２で構成されている。
【００４２】
図１を参照し、第１の半導体製造装置をさらに詳細に説明する。
【００４３】
被蝕刻物質としての酸化膜が形成されているシリコンウェーハ１４をその上部に搭載するサセプタ１２は、真空チャンバ１０の下部中央部に設けられている。このサセプタ１２は、上下移動シャフト２０により支持され、これと連結されたモータ２２の作動により、図示する上下矢印のごとく、真空チャンバ１０の下部から上部、または上部から下部に移動する。
【００４４】
このサセプタ１２内部には、工程の再現性確保のためにシリコンウェーハの温度を容易に制御できるように冷却水及びガスを供給する冷却ライン１６ａが設けられている。この冷却ライン１６ａには、冷却水及び冷却ガス供給装置１８から冷却ガスを供給する第１パイプ１６が連結している。シリコンウェーハ１４の温度は前記サセプタ１２の温度により調節されるのであるが、サセプタ１２の温度は冷却ライン１６ａを通じ供給される冷却ガスの量により調節される。
【００４５】
シリコンウェーハ表面の酸化膜と反応してこれを除去するための反応ガスは、ガス拡散器５０を通じ真空チャンバ１０内部に供給される。このガス拡散器５０は、真空チャンバ１０外部に設けられた第２及び第３パイプ３２及び３４からガスを供給されるガス供給ライン５０ａと、前記ガス供給ライン５０ａの下部に設けられ、真空チャンバ１０内部全体にわたり等しくガスを供給するための多孔性の板５０ｂとから構成されている。
【００４６】
第２パイプ３２は、プラズマで励起された状態でガスを供給するためのものであり、その一端部には、水素ガス供給ソース（「Ｈ2」と表示）とフッ素を含んだガス供給ソース（「ＮＦ3」と表示）が連結されていて、前記水素ガス供給ソース及びフッ素を含んだガス供給ソース各々にはスイッチング弁３６及び３８とガス量を調節するためのマスフローコントローラ４０及び４２が設けられている。
【００４７】
スイッチング弁３６及び３８と第２パイプ３２の他端部間には水素ガス供給ソース及び／又はフッ素を含んだガス供給ソースにてスイッチング弁３６及び３８とマスフローコントローラ４０及び４２を通過したガスをプラズマ状に励起させるプラズマ発生装置としてのマイクロ波ガイド４４が設けられている。
【００４８】
第３パイプ３４は自然状態のフッ素を含んだガスを供給するためのものであり、その一端部にはフッ素を含んだガス供給ソース（「ＮＦ3」と表示）が連結されていて、その他端部と前記ソース間にはスイッチング弁４６とマスフローコントローラ４８とが連結されている。
【００４９】
なお、水素ガス供給ソース（Ｈ2）及びフッ素を含むガス供給ソース（ＮＦ3）は、水素ガスまたはフッ素を含むガスだけを供給するソースに限定されるものではなく、チャンバにて進行される工程に応じてソースの種類が異なることもあり、例えば必要により窒素（Ｎ2）ガスだけでなくアルゴン（Ａｒ）ガスも供給できる。
【００５０】
排気口２４は、真空チャンバ１０の下部に設けられ、真空チャンバ１０を真空状態に維持するために真空チャンバ１０内部のガスや空気を排気する通路である。前記排気口２４には第４パイプ２６が連結されていて、第４パイプ２６にはスイッチング弁２８と真空ポンプ３０が設けられている。
【００５１】
反応ガス供給（「ダウンフロー」ともいう）時の真空チャンバ内の圧力は真空チャンバ１０下部に設けられたスマート弁（図示せず）により自動的に調節され、ダウンフロー進行中の真空チャンバ内の圧力は反応ガスをシリコンウェーハ１４上に容易に吸着させるために１３．３３Ｐａ〜１．３３×１０3Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）に維持されなければならない。
【００５２】
ガス供給ライン５０ａと真空チャンバ１０の天井間にシリコンウェーハ１４をアニーリングするためのヒータ５４が設けられている。このヒータ５４は、ランプまたはレーザーから構成され、レーザーの場合は、ネオジウム（Ｎｄ）・ヤグ（ＹＡＧ）レーザー、二酸化炭素（ＣＯ2）レーザーまたはエクシマレーザーである。
【００５３】
図２は第１の半導体製造装置の真空チャンバ上部を図示した平面図であり、ヒータ５４はシリコンウェーハを均一に加熱するために前記シリコンウェーハと同一形状の原形が反復して配置された形に設けられる。
【００５４】
［第１の半導体製造装置を用いた酸化膜除去法］
まず、真空チャンバ１０の下部に設けられ、上下に移動の可能なサセプタ１２が前記真空チャンバ１０の下部に位置した状態で前記サセプタ１２上にシリコンウェーハ１４を搭載する。真空チャンバ１０の内部が真空状態になるようにスイッチング弁２８と真空ポンプ３０を利用し、排気口２４と第４パイプ２６を通して真空チャンバ１０内部に存在するガスや空気を外部に排出する。前記サセプタ１２内部に装着された冷却ライン１６ａに冷却ガス供給装置１８及び第１パイプ１６から冷却水及びガスを供給することによりサセプタ１２、すなわちシリコンウェーハ１４の温度を調整する。プラズマ状の水素ガスとフッ素を含むガスを真空チャンバ１０内部に供給し、（すなわち、ダウンフロー工程）前記シリコンウェーハ１４表面の酸化膜と化学的に反応させる。反応層（図示せず）の生成により前記化学的反応がこれ以上進行されない時に前記サセプタ１２を上下移動シャフト２０及びモータ２２を利用し真空チャンバ１０上部に移動させる。真空チャンバ上部に設けられたヒータ５４を作動させ、前記サセプタ１２上に搭載されたシリコンウェーハ１４をアニールすることで酸化膜除去時の副産物、すなわち反応層を気化させる。前記シリコンウェーハ１４から気化した副産物を排気口２４と第４パイプ２６を通じ外部に排出させる。真空チャンバ１０上部に位置している前記サセプタ１２を上下移動シャフト２０及びモータ２２を利用し、真空チャンバ１０の下部に移動させる。
【００５５】
前述の工程は、前記シリコンウェーハ表面の酸化膜が完全に除去される時まで１回以上反復して行う。反復工程の必要性については前述した通りである。
【００５６】
前記プラズマ状の水素ガスとフッ素を含むガスを真空チャンバ１０内部に供給する工程は水素ガスとフッ素を含むガスを所定の割合に混合した混合ガスをプラズマ状にした後で真空チャンバ１０内部に供給するか、水素ガスはプラズマ状で真空チャンバ１０に供給し、フッ素を含むガスは自然状態で真空チャンバ１０に供給する工程である。
【００５７】
前者の場合は、フッ素を含んだガス供給ソース（ＮＦ3）及び水素ガス供給ソース（Ｈ2）から供給されたフッ素を含んだガス及び水素ガスをマスフローコントローラ４０及び４２を通過させつつその混合量を調節した後、スイッチング弁３６及び３８を通して第２パイプ３２に供給する。第２パイプ３２に供給された混合ガス、すなわち反応ガスはマイクロ波ガイド４４を通過しつつプラズマ状に励起され、前記第２パイプ３２と連結されたガス供給ライン５０ａに供給された後、多孔性の板５０ｂを通過し真空チャンバ１０内部全体にわたり均一に供給される。この時、酸化膜除去の効果を高めるために、必要により、アルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ2）ガスも共にプラズマ状で供給することもできる。
【００５８】
一方、後者の場合、水素ガス供給ソース（Ｈ2）から供給された水素ガスをマスフローコントローラ４２を通過させつつ量を調節した後でスイッチング弁３８を通して第２パイプ３２に供給し、マイクロ波ガイド４４を通過させつつプラズマ状に励起させ、真空チャンバ１０内に供給し、第３パイプ３４と連結されたフッ素を含んだガス供給ソース（ＮＦ3）から供給されたフッ素を含んだガスをマスフローコントローラ４８を通過させつつ量を調節した後でスイッチング弁４６を通して第３パイプ３４に供給し、自然状態そのままで真空チャンバ１０内に供給する。この時、電子の場合のように、酸化膜除去の効果を高めるために、必要に応じて、アルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ2）ガスも共にプラズマ状で供給することもできる。
【００５９】
前記フッ素を含むガスは３フッ化窒素（ＮＦ3）、６フッ化硫黄（ＳＦ6）あるいは３フッ化塩素（ＣＩＦ3）であり、水素ガスに対するフッ素を含むガス（例えば、ＮＦ3）の混合比は０．１〜１００Ｖｏｌ％ほどのものが最も効果的である。
【００６０】
この第１の半導体製造装置を用いた酸化膜除去法は、真空チャンバ１０内の最下部の位置でダウンフロー工程を進行し、以降、容易なアニール進行のためにシリコンウェーハ１４を真空チャンバ１０最上部に移動させた後で真空チャンバ１０上部に設けられたＩＲランプまたはレーザーによりアニール工程を進行することにより、同一チャンバ内でダウンフロー工程とアニール工程を連続的に進行できる。また、サセプタ１２内には工程の再現性を高めるためにシリコンウェーハ１４の温度を容易に制御できるように冷却ライン１６ａが設けられていて、このような冷却ライン１６ａ及びこれと関連した諸般の装置（第１パイプ１６、冷却ガス供給装置１８及び温度調節期（図示せず）など）によりシリコンウェーハ１４の温度を均一に調節できるようにした。さらに、ダウンフロー工程時に真空チャンバ１０内の圧力はスマート弁（図示せず）により自動的に調節されるようになっていて、ダウンフロー進行中真空チャンバ１０の内部は前記スマート弁により、例えば１３．３３Ｐａ〜１．３３×１０3Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ−１０Ｔｏｒｒ）に維持される。
【００６１】
本発明の酸化膜除去のための装置は、まず、３フッ化窒素（ＮＦ3）ガス及び水素プラズマからアクティブされた各種のラジカルがシリコンウェーハ表面の酸化膜と反応してシリコンウェーハ表面に気化及び除去が容易な反応層を形成し、以後アニール工程によりシリコンウェーハ表面に形成されている反応層内のＮ−Ｈ及びＳｉ−Ｆ系列の物質を気化させ除去する。反応が進行した後シリコンウェーハの表面は自然酸化膜（または酸化膜）が全て除去され水素で覆われた状態となる。
【００６２】
［第２の半導体製造装置］
図３は、本発明による酸化膜除去法を実現するための第２の半導体製造装置を図示した平面図である。真空チャンバ６０の内部には、回転プレート６１と、回転プレート６１を回転させるための回転モータ６２と、ローディング／アンローディング及び後処理モジュール６４と、ダウンフローモジュール６６と、アニールモジュール６８が設けられている。
【００６３】
また、図４は、前記図３の第２の半導体製造装置の変形装置を図示した平面図であり、ダウンフローモジュールとアニールモジュールが反復して設けられている。この変形例においては、真空チャンバ７０内部には、回転プレート７１と、回転プレート７１を回転させるための回転モータ７２と、ローディング／アンローディング及び後処理モジュール７４と、第１ダウンフローモジュール７６と、第１アニールモジュール７８と、第２ダウンフローモジュール８０と、第２アニールモジュール８２とが設けられている。
【００６４】
真空チャンバ６０下部には、回転プレート６１（真空チャンバ６０内部の全空間）が設けられていて、この回転プレート６１中央には前記回転プレート６１を回転させるための回転モータ６２が設けられている。ローディング／アンローディング及び後処理モジュール６４、ダウンフローモジュール６６及びアニールモジュール６８は前記回転モータ６２を中心としてその周辺の回転プレート６１に設けられている。
【００６５】
真空チャンバ６０には、真空雰囲気にて工程進行が可能なように真空システム（図示せず）が設けられていて、真空チャンバ６０内でシリコンウェーハの位置を容易に変更するために回転プレート６１を設置する。すなわち、回転プレート６１の移動により一つのモジュールから他のモジュールにシリコンウェーハの位置を変更できるので同一チャンバ内で連続的にダウンフロー工程及びアニール工程を進行でき、また連続的にダウンフロー工程とアニール工程を数回反復して進行することが可能である。
【００６６】
図５は前記図３及び図４の半導体製造装置を構成するダウンフローモジュールを図示する断面図で、図６は前記図３及び図４の半導体製造装置を構成するアニールモジュールを図示する平面図である。
【００６７】
図５を参照すれば、ダウンフローモジュール６６、７６、８０はシリコンウェーハ９２を搭載するために回転プレートに設けられたサセプタ９０と、前記サセプタ９０を覆う形でその上部に設けられた上下移動が可能なダウンフロー用チャンバ９４と、前記ダウンフロー用チャンバ９４内の上部に設けられ、反応ガスをサセプタ９０上に搭載されたウェーハ９２に供給するガス拡散器１００と、前記ガス拡散器１００に連結されたガス供給パイプ９８とから構成されている。前記サセプタ９０にダウンフロー用チャンバ９４を密着するために前記ダウンフロー用チャンバ９４の端部にガイドリング９６が設けられている。
【００６８】
ガス拡散器１００はガス供給パイプ９８からガスを供給されるガス供給ライン１００ａとシリコンウェーハ９２の全体にわたり等しく反応ガスを供給するために前記ガス供給ライン１００の端部に設けられた多孔性の板１００ｂから構成されている。
【００６９】
前記ガス供給パイプ９８の一端には反応ガス供給ソース（Ｎ2、Ｈ2、ＮＦ3と表示）が設けられている。前記反応ガス供給ソースから供給された反応ガスは前記パイプ９８に設けられているマスフローコントローラ１０４を経つつ反応ガスの混合量が調節され、スイッチング弁１０６を通過する。スイッチング弁１０６とパイプの他端の間にはマイクロ波ガイド１０８が設けられていてパイプ９８を通過する反応ガスをプラズマ状に励起させる。
【００７０】
図６を参照すれば、アニールモジュール６８、７８、８２はシリコンウェーハ１１６を搭載するサセプタ１１０（アニールモジュール６８、６８、８２の下部全体領域）と、前記サセプタ１１０を覆うようにその上部に設けられた上下移動が可能なアニール用チャンバ１１２と、前記アニール用チャンバ内の上部に設けられ、シリコンウェーハをアニールするヒータ１１４とから構成されている。また、前記サセプタが設けられた回転プレートにアニール用チャンバを密着するために前記アニール用チャンバの端部にガイドリング（図示せず）（図５のガイドリング９６参照）が設けられている。
【００７１】
前記ヒータ１１４は、シリコンウェーハ１１６を均一に加熱するために前記シリコンウェーハ１１６と同一形状の原形が反復して配置された形で設けられている。
【００７２】
プラズマ状の水素ガスとフッ素を含んだガスを混合したガスを使用し酸化膜を除去する方法によれば、ダウンフロー工程中にシリコンウェーハ表面に前記混合ガスと酸化膜の化学的結合により、（ＮＦ4）2ＳｉＦ6形態の反応層が形成され、これは後に進行されるアニール工程により除去される。この時、前記反応層は、アニール工程以前には表面反応を抑制する障壁層に作用するために酸化膜を一定量以上に蝕刻することが不可能である。従って、一定量以上の酸化膜を蝕刻するためには１回以上の工程を進行しなければならない。
【００７３】
図１及び図２の第１の半導体製造装置の場合、真空チャンバ下部にてダウンフロー工程を進行した後、真空チャンバ上部にサセプタを移動させアニール工程を進行するのであるが、この場合、真空チャンバ内の温度が不安定になったり、毎工程時にシリコンウェーハの温度を同一に調節することが困難になったり、真空チャンバ内のパーチクル管理問題などの問題が発生したりする。
【００７４】
第２の半導体製造装置は、このような問題を解決するためのものであり、ダウンフロー工程とアニール工程を互いに他のモジュールにて進行することにより一つの工程により他の工程が影響を受けることを最小化するために一つの真空チャンバ内にダウンフローモジュールとアニールモジュールを別途に設ける。
【００７５】
この第２の半導体製造装置によれば、ダウンフロー工程とアニール工程を同一チャンバ内で連続反復して進行できるので、酸化膜蝕刻量を任意に増加させると同時にその処理量を向上させられ、ダウンフロー工程とアニール工程を分離して進行できるので工程再現性及び安全性を向上させうる。
【００７６】
［第２の半導体製造装置を用いた酸化膜除去法］
図３、図５及び図６を参照し、第２の半導体製造装置を用いた酸化膜除去法を詳細に説明する。
【００７７】
真空チャンバ６０の回転プレート６１に設けられたローディング／アンローディング及び後処理モジュール６４のサセプタ９０上にシリコンウェーハ９２を搭載する。回転プレート６１中央に設けられた回転モータ６２を駆動し、前記サセプタ９０をダウンフローモジュール６６のダウンフロー用チャンバ９４下部に移動させる。前記ダウンフロー用チャンバ９４を下部に移動させた後でガイドリング９６を利用してサセプタ９０と密着させることにより前記ダウンフローモジュール６６内部を完全に密閉させる。プラズマ状の水素ガスとフッ素を含むガスをダウンフロー用チャンバ９４内部に供給し、シリコンウェーハ９２表面の酸化膜（図示せず）と化学的に反応させ反応層を形成する。ダウンフロー用チャンバ９４を上部に移動させ、前記サセプタ９０から脱着させた後、回転モータ６２を利用して前記サセプタ９０をアニールモジュール６８のアニール用チャンバ１１２下部に移動させる。前記アニール用チャンバ１１２を下部に移動させた後でガイドリングを利用しサセプタ９０と密着させることにより、アニールモジュール内部を完全に密閉させる。アニール用チャンバ１１２内の上部に設けられたヒータ１１４を利用し前記シリコンウェーハをアニールすることにより、シリコンウェーハ表面に形成されている前記反応層を気化させる。前記シリコンウェーハから気化した反応層、すなわち副産物を排気させる。アニール用チャンバを上部に移動させ、前記サセプタ９０から脱着させた後、前記サセプタ９０をローディング／アンローディング及び後処理モジュール６４のローディング／アンローディング及び後処理用チャンバ（図示せず）下部に移動させる。前記ローディング／アンローディング及び後処理用チャンバを下部に移動させた後、ガイドリングを利用して回転プレートと密着させることにより前記ローディング／アンローディング及び後処理用モジュール内部を完全に密閉させる。前記シリコンウェーハの表面を処理することが必要な場合、水素ガスで後処理することによりその表面に水素保護膜を形成する。シリコンウェーハを真空チャンバ６０からアンローディングする。
【００７８】
サセプタ９０をダウンフローモジュールのダウンフロー用チャンバ９４下部に移動させる段階にて、シリコンウェーハから気化した反応層を排気させる段階を１回以上順次に反復することにより所望の量だけ酸化膜を蝕刻できる。
【００７９】
この時、反応に用いられる前記フッ素を含むガスは３フッ化窒素（ＮＦ3）、６フッ化硫黄（ＳＦ6）または３フッ化塩素（ＣＩＦ3）などであり、水素ガスに対するフッ素を含むガスの混合比は０．１〜１００Ｖｏｌ％ほどである。さらに、ヒータ１１４はランプまたはレーザーである。
【００８０】
［本発明の一実施の形態による酸化膜除去法を用いた二重（または三重）ゲート酸化膜形成方法］
半導体素子の高集積化高機能化と共にメモリ素子とロジック素子を合併させた新たなワンチップ素子に対する要求が日々増加している。このような合併されたＤＲＡＭとロジック素子はその構造の複雑さにより素子製造において工程進行上多くの困難がある。特に、ゲート酸化膜の場合、ロジック素子においては素子の速度を向上させるために十分に薄くなければならないが、ＤＲＡＭ素子においては薄いゲート酸化膜を適用する場合ゲート酸化膜が破壊される心配があるので厚く形成しなければならない。
【００８１】
このような理由でＤＲＡＭ素子とロジック素子を一つのチップに合併させた素子を製造するにおいては二重（または三重）ゲート酸化膜形成方法を適用する。
【００８２】
既存の二重ゲート酸化膜形成方法によれば、第１ゲート酸化膜をパターニングする時に一般的な乾式蝕刻を利用するので、第１ゲート酸化膜の下部膜質が損傷され第２ゲート酸化膜の膜質を低下させるなどの問題を起こす。
【００８３】
図７ａないし図７ｅは本発明の一実施の形態による酸化膜除去法を利用して二重ゲート酸化膜を形成する方法を工程順序別に説明するために図示した断面図である。
【００８４】
シリコンウェーハ１２０上に第１ゲート酸化膜１２２を形成した後（図７ａ）、その上部に、例えばフォトレジストでできた蝕刻防止パターン１２４を形成する。この後本発明の一実施の形態による酸化膜除去法を適用して前記蝕刻防止パターン１２４を通じ露出されている第１ゲート酸化膜１２２を除去することにより第１ゲート酸化膜パターン１２２ａを形成する。すなわち、前記蝕刻防止パターン１２４を通して露出されている第１ゲート酸化膜１２２をプラズマ状の水素ガス及びフッ素を含むガスと化学的に反応させた後、アニーリングを実施し、前記化学的反応により生成された副産物を気化させる工程を前記第１ゲート酸化膜１２２が完全に蝕刻される時まで反復して進行する（図７ｂ）。
【００８５】
引き続き、前記蝕刻防止パターン１２４を除去し、シリコンウェーハ表面に残存しているかもしれない有機物粒子を除去できる化学物、例えばＳＣ１溶液などで処理する。この後、蝕刻防止パターンを除去する段階と化学物でシリコンウェーハを処理する段階（図７ｃ）にて発生する自然酸化膜１２６をプラズマ状の水素ガス及びフッ素を含むガスと化学的に反応させた後でアニーリングを実施し、前記化学的反応により生成された副産物を気化させることにより除去する（図７ｄ）。次いで、結果物基板の全面に第２ゲート酸化膜１２８を形成する（図７ｅ）。
【００８６】
以下、第１の半導体製造装置を利用して二重ゲート酸化膜を形成する方法を説明する。
【００８７】
シリコンウェーハ上に第１ゲート酸化膜を形成した後、その上部に蝕刻防止パターンを形成する。真空チャンバの下部に設けられ、上下に移動の可能なサセプタが前記真空チャンバの下部に位置した状態で前記サセプタ上に前記シリコンウェーハを搭載する。次いで、プラズマ状の水素ガスとフッ素を含むガスを真空チャンバの内部に供給し、蝕刻防止パターン間に露出されている前記酸化膜と化学的に反応させた後、前記サセプタを真空チャンバの上部に移動させ真空チャンバの上部に設けられたヒータで前記サセプタ上に搭載されたシリコンウェーハをアニールすることにより反応ガスと酸化膜の化学反応時に生成される副産物を気化させる工程を蝕刻防止パターンを通じ露出された前記第１ゲート酸化膜が完全に蝕刻される時まで反復して進行する。
【００８８】
引き続き、前記蝕刻防止パターンを除去した後、ウェーハ表面を化学物で処理し、残存しているかもしれない有機物粒子を除去する。
【００８９】
この後、第１ゲート酸化膜を除去する前記工程を進行することにより蝕刻防止パターン除去段階及び化学物処理段階にて発生する自然酸化膜を除去し、第２ゲート酸化膜を形成する。
【００９０】
第２の半導体製造装置を利用して二重ゲート酸化膜を形成する方法は、第１の半導体製造装置を利用して二重ゲート酸化膜を形成する前述の方法と第２の半導体製造装置を用いた酸化膜除去法を参考にして進行できることは当然のことである。
【００９１】
なお、以上説明した実施の形態では、酸化膜が形成された基板をシリコンウェーハとしているが、これは半導体ウェーハを代表して説明したものであり、本発明の技術的思想がシリコンウェーハにだけ限定されることを意味するものではない。
【００９２】
【発明の効果】
本発明による酸化膜除去法及び酸化膜除去のための半導体製造装置によれば、酸化膜の下部膜質を損傷させたり、汚染させたりせずに高い蝕刻選択比を持って酸化膜を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による酸化膜除去法を実現するための第１の半導体製造装置を図示した断面図である。
【図２】  第１の半導体製造装置の真空チャンバ上部を図示した平面図である。
【図３】  本発明による酸化膜除去法を実現するための第２の半導体製造装置を図示した平面図である。
【図４】  前記の図３の第２の半導体製造装置の変形装置を図示した平面図である。
【図５】  前記の図３及び図４の半導体製造装置を構成するダウンフローモジュールを図示する断面図である。
【図６】  前記の図３及び図４の半導体製造装置を構成するアニールモジュールを図示する平面図である。
【図７】  本発明の一実施の形態による酸化膜除去法を利用し、二重ゲート酸化膜を形成する方法を工程順序別に説明するために図示した断面図である。
【符号の説明】
１０  真空チャンバ
１２  サセプタ
１４  シリコンウェーハ
１６  第１パイプ
１６ａ  冷却ライン
１８  供給装置
２０  移動シャフト
２２  モータ
２４  排気口
２６  第４パイプ
２８  スイッチング弁
３０  真空ポンプ
３２  第２パイプ
３４  第３パイプ
３６、３８、４６  スイッチング弁
４０、４２、４８  フローコントローラ
４４  プラズマ発生装置
５０ａ  供給ライン
５０ｂ  多孔性の板
５４  ヒータ
【図１】
0004871444.tif 000002
【図２】
0004871444.tif 000003
【図３】
0004871444.tif 000004
【図４】
0004871444.tif 000005
【図５】
0004871444.tif 000006
【図６】
0004871444.tif 000007
【図７】
0004871444.tif 000008