JP2003282465A

JP2003282465A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003282465A
Application number: JP2002086464A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kubota; 哲也窪田
Original assignee: Hitachi Ltd; Renesas Northern Japan Semiconductor Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Semiconductor Package and Test Solutions Co Ltd
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＦＣガスのブラズマ分解効率を向上させ
る。【解決手段】ＣＶＤ装置４０ａに構成した半導体製造
装置４０のウエハ処理室４１内で、ウエハＷ２にＣＶＤ
法で成膜処理を行う。成膜処理終了後、ウエハ処理室４
１内に、クリーニングガスとしてＰＦＣガスを供給す
る。ウエハ処理室４１内のクリーニングに使用されない
未消費のＰＦＣガスは、ＰＦＣガス除害装置２０のプラ
ズマ分解室２１内に送る。プラズマ分解室２１内に、添
加ガスの酸素、水蒸気と共に、窒素などの不活性気体を
所定量供給して、不活性気体の存在下、ＰＦＣガスのプ
ラズマ分解を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
技術に関し、特に、半導体装置の製造工程におけるＰＦ
Ｃガス（パーフロロ化合物）のプラズマ分解による除害
技術に適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。

【０００３】半導体装置の製造では、ＰＦＣガスが、ウ
エハの成膜工程終了後のウエハ処理室内の残留成膜成分
のクリーニングや、ウエハ上に形成した成膜のエッチン
グなどで使用されている。

【０００４】かかるクリーニングやエッチングは、ＰＦ
Ｃガスと成膜成分とを反応させて揮発性物質を生成させ
ることで行われるが、ウエハ処理室に送られたＰＦＣガ
スのうちかかる反応に関与しない未消費のＰＦＣガス
は、生成された揮発性物質と共にウエハ処理室外に排気
される。

【０００５】ＰＦＣガスは、その温暖化係数が大きいた
め、そのままの状態で大気に放出することはできない。
ＰＦＣガスの温暖化係数は、二酸化炭素の温暖化係数を
１とすると、６０００〜２４０００である。そこで、ウ
エハ処理室から排気されたＰＦＣガスは、温暖化係数が
小さく、安全な化学種に分解しなければならない。

【０００６】ＰＦＣガスの分解は、ウエハ処理室と排気
用の真空ポンプとの間に設けたＰＦＣガス除害装置で行
われる。ウエハ処理室から排気され、ＰＦＣガス除害装
置内に通されたＰＦＣガスは、高周波電極間に生成され
たプラズマにより分解され、温暖化係数が小さい、安全
な化学種に分解される。プラズマ分解に際しては、分解
効率の向上を図るため、例えば、酸素や水蒸気が添加ガ
スとして供給される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＰＦＣ
ガスのプラズマ分解技術においては、以下の課題がある
ことを本発明者は見出した。

【０００８】すなわち、本発明者は、ＰＦＣガス除害装
置内へ流入するＰＦＣガスの流入量が増加すると、ＰＦ
Ｃガス除害装置の分解処理能力の範囲内であっても、分
解効率が低下することを見出した。

【０００９】ＰＦＣガス除害装置内へのＰＦＣガスの流
量増加に伴う分解効率の低下により、分解効率が相当程
度確保できる範囲でＰＦＣガスの流入量を一定に制御す
るなど、ＰＦＣガスの分解処理には面倒な条件設定が求
められる。

【００１０】そのため、処理条件の変更などでＰＦＣガ
スの使用量が一時的に増加した場合でも、分解効率の低
下を考慮しなければならず、使用量の増加に見合った
分、ＰＦＣガス除害装置内への流入量の増加を行うこと
は安易には行えない。

【００１１】ＰＦＣガスの分解効率に留意することな
く、処理量を増加させるためには、ＰＦＣガス除害装置
自体の構成を大きくすることも考えられるが、かかる装
置構成の大型化は、省スペース化、装置コストの低減化
などが強く望まれる半導体産業における要請にそぐわな
い。

【００１２】また、特に、ＰＦＣガスの内でもＣＦ₄ガ
スなどのような比較的安定な化学種は、プラズマ分解を
受けにくいので、除害装置に流入するＣＦ₄ガスなどの
増加により分解効率が大きく影響を受け、かかる安定な
ＣＦ₄ガスなどの使用に条件の制限が発生する。

【００１３】本発明の目的は、半導体装置の製造に際し
て使用するＰＦＣガスの除害におけるプラズマ分解効率
を向上させる技術を提供することにある。

【００１４】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００１６】すなわち、本発明は、ＰＦＣガスを用いた
処理工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記
ＰＦＣガスのプラズマ分解を、不活性気体を含むガスの
存在下で行う発明である。窒素ガス、あるいは酸化窒素
ガス、あるいは希ガスなどの不活性気体を含むガスの存
在下で、ＰＦＣガスのブラズマ分解を効率よく行う。

【００１７】ＰＦＣガスのプラズマ分解では、酸素、あ
るいは水蒸気の少なくともいずれかが添加ガスとして用
いられていたが、かかる添加ガスと共に、上記不活性ガ
スを使用することで、かかる不活性ガスを使用しない場
合に比べて、ＰＦＣガスのブラズマ分解の分解効率を向
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図面
に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において同一機能を有するものは同一の符
号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【００１９】図１は、本発明の半導体装置の製造方法で
使用される半導体製造装置の一例を模式的に示す説明図
である。

【００２０】図１に示す場合には、ＰＦＣガスを用いた
ドライエッチング装置１０ａに構成した半導体製造装置
１０を模式的に示している。半導体製造装置１０には、
図１に示すように、半導体装置の製造に使用されなかっ
た未消費のＰＦＣガスを分解して除害を行うためのＰＦ
Ｃガス除害装置２０が接続されている。ＰＦＣガス除害
装置２０には、さらに、真空ポンプ３０が接続され、Ｐ
ＦＣガス除害装置２０で分解された分解ガスが真空ポン
プ３０に吸引されて排気されるようになっている。

【００２１】半導体製造装置１０には、エッチングチャ
ンバ１１ａに構成されたウエハ処理室１１が設けられ、
ウエハ処理室１１内にウエハＷ１のドライエッチングに
使用されるプロセス用のＰＦＣガスが供給されるように
なっている。

【００２２】プロセス用ＰＦＣガスは、図１に示すよう
に、流量制御装置（ＭＦＣ）１２を介して、所定容量が
ウエハ処理室１１内に設けたプロセス電極１３域に送ら
れる。図１に示す場合には、プロセス電極１３は、一対
の電極１３ａ、１３ｂが、上下方向に所定間隔を離して
対抗させられた平行平板型電極に構成されている。電極
１３ａは高周波電源１４に接続され、電極１３ｂは接地
電極に構成されている。

【００２３】両電極１３ａ、１３ｂ間に導かれたプロセ
ス用ＰＦＣガスは、高周波の印加によりプラズマに分解
され、活性な化学種が形成される。電極１３ｂ上には、
レジスト処理されたウエハＷ１が置かれ、ＰＦＣガスの
プラズマで生成した上記活性化学種が、レジストにより
マスキングされていないウエハＷ１表面のドライエッチ
ングを行う。

【００２４】半導体製造装置１０のウエハ処理室１１
は、図１に示すように、途中、電磁弁１５、圧力調整弁
１６を介して、ＰＦＣガス除害装置２０のプラズマ分解
室２１に配管１７により接続されている。ウエハ処理室
１１から、ドライエッチングに使用されなかった未消費
のＰＦＣガスは、配管１７を通ってＰＦＣガス除害装置
２０のプラズマ分解室２１内に導かれる。

【００２５】プラズマ分解室２１内には、高周波印加用
の電極２２が設けられている。電極２２は、例えば、図
１に示すように、一対の電極２２ａ、２２ｂが上下方向
に所定間隔離して対抗配置された平行平板型電極に形成
されている。電極２２ａは接地電極に構成され、電極２
２ｂは高周波電源２３に接続されて、両電極２２ａ、２
２ｂ間に導かれたＰＦＣガスに高周波の印加が行えるよ
うになっている。

【００２６】図中、両電極２２ａ、２２ｂ間には、分か
り易いように、かかるプラズマの発生状況を楕円で囲ん
で模式的に示した。

【００２７】かかる構成のプラズマ分解室２１には、流
量制御装置２４を介して酸素が、流量制御装置２５を介
して水蒸気が、ＰＦＣガスのプラズマ分解における添加
ガスとしてそれぞれ供給されるようになっている。さら
に、図１に示す場合には、不活性ガスも流量制御装置２
６を介して、プラズマ分解室２１内に供給されるように
なっている。

【００２８】不活性ガスとしては、図１には、窒素をそ
の例として示した。窒素以外にも、Ｎ₂Ｏなどの酸化窒
素ガス、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）などの希
ガスを単独で、あるいは複数種併せて用いることができ
る。

【００２９】かかる構成のブラズマ分解室２１内は、配
管２７を介して真空ポンプ３０に接続され、プラズマ分
解室２１内で生成されたＰＦＣガス分解による化学種が
気体として排気されるようになっている。

【００３０】上記説明では、本発明の半導体装置の製造
方法で使用する半導体製造装置としてドライエッチング
装置を想定した場合について説明したが、半導体製造装
置としてはＣＶＤ装置に構成しても構わない。

【００３１】図２には、本発明の半導体装置の製造方法
で使用される半導体製造装置４０を、ＣＶＤ装置４０ａ
に構成した場合の一例を模式的に示した。なお、図２
中、図１に示す場合と同一機能を有するものは同一符号
を付した。

【００３２】ＣＶＤ装置４０ａに構成した半導体製造装
置４０は、図２に示すように、ＣＶＤチャンバ４１ａに
構成されたウエハ処理室４１内に、サセプタ（ステー
ジ）４２と、その上方に所定間隔離してシャワープレー
ト４３が設けられている。

【００３３】シャワープレート４３には、成膜に必要な
プロセス用のガスが、流量制御装置４４を介して所望量
が供給されるようになっている。成膜形成終了後には、
ウエハ処理室４１内に、流量制御装置４４を介してＰＦ
Ｃガスがクリーニングガスとして供給されるようになっ
ている。

【００３４】また、シャワープレート４３は、高周波電
源４５に接続され、シャワープレート４３内に供給され
たプロセス用のガス、あるいはクリーニングガスに高周
波を印加してプラズマを発生させることができるように
なっている。

【００３５】このように構成されたウエハ処理室４１内
では、サセプタ４２に搭載されたウエハＷ２に、シャワ
ープレート４３から成膜形成用のプロセス用ガスがプラ
ズマ状態で照射され、ウエハＷ２上に成膜形成が行われ
る。

【００３６】かかるウエハ処理室４１は、図２に示すよ
うに、配管１７でＰＦＣガス除害装置２０に接続されて
いる。配管１７には、途中に電磁弁１５、圧力調整弁１
６が設けられている。

【００３７】半導体製造装置４０のウエハ処理室４１に
成膜形成終了後に供給されたＰＦＣガスは、そのうちク
リーニングに使用されなかった未消費のＰＦＣガスが、
配管１７を通ってＰＦＣガス除害装置２０のプラズマ分
解室２１内に導かれる。

【００３８】プラズマ分解室２１内には、前記説明のよ
うに、平行平板型に構成された一対の電極２２ａ、２２
ｂが、高周波印加用の電極２２として設けられている。

【００３９】かかる構成のプラズマ分解室２１には、流
量制御装置２４、２５、２６を介して酸素、水蒸気、不
活性ガスがそれぞれ供給されるようになっている。不活
性ガスとしては、図２では、窒素をその例として示して
いる。

【００４０】かかる構成のブラズマ分解室２１内は、さ
らに、配管２７を介して真空ポンプ３０に接続され、プ
ラズマ分解室２１内で生成されたＰＦＣガスのプラズマ
分解による化学種が気体として排気されるようになって
いる。

【００４１】次に、上記説明のＰＦＣガスの除害技術を
用いた半導体装置の製造方法について、ウエハの主表面
にＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Fiel
d Effect Transistor）およびそれに接続された配線を
有する半導体装置を、製造対象として例に挙げて説明す
る。

【００４２】すなわち、図３に示す構成のＬＤＤ(Light
ly Doped Drain)構造のソース、ドレイン（ｎ^-型半導体
領域１１１およびｎ⁺型半導体領域１１２、ｐ^-型半導体
領域１１３およびｐ⁺型半導体領域１１４）を備えたｎ
チャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎおよびｐチャネル型ＭＩＳ
ＦＥＴＱｐが形成されているウエハＷ２に、半導体製造
装置４０を用いてＣＶＤ法で酸化シリコン膜（ＴＥＯＳ
膜）を堆積し、その後ＰＦＣガスにより半導体製造装置
４０のウエハ処理室４１をクリーニングし、未消費のＰ
ＦＣガスをＰＦＣガス除害装置２０でプラズマ分解処理
する一連の工程を説明する。

【００４３】半導体製造装置４０のサセプタ４２には、
ウエハＷ２が搭載されている。かかるウエハＷ２は、例
えば、次のように構成されている。すなわち、ウエハＷ
２には、図３に示すように、エッチングにより形成され
た溝内部に酸化シリコン膜１１５が埋め込まれて素子分
離１１６が形成されている。さらに、ウエハＷ２には、
ｐ型不純物（例えば、ホウ素（Ｂ））およびｎ型不純物
（例えば、リン（Ｐ））がイオン打ち込みされ、その
後、熱処理でこれらの不純物を拡散させることによっ
て、ｐ型ウエル１１７およびｎ型ウエル１１８が形成さ
れている。

【００４４】ｐ型ウエル１１７およびｎ型ウエル１１８
の表面は、フッ酸系の洗浄液を用いてウェット洗浄さ
れ、その後熱酸化によりｐ型ウエル１１７およびｎ型ウ
エル１１８のそれぞれの表面に清浄なゲート酸化膜１１
９が形成されている。

【００４５】ゲート酸化膜１１９の上部には、低抵抗多
結晶シリコン膜１２１がＣＶＤ（Chemical Vapor Depos
ition）法で堆積され、さらにその上部にＣＶＤ法で窒
化シリコン膜１２２が堆積されている。

【００４６】窒化シリコン膜１２２および多結晶シリコ
ン膜１２１は、フォトレジスト膜（図示せず、以下単に
「レジスト膜」という）をマスクとして、ドライエッチ
ングにより、ゲート電極Ｇが形成されている。かかるゲ
ート電極Ｇの上部には、窒化シリコン膜１２２からなる
キャップ絶縁膜が形成されている。

【００４７】ｐ型ウエル１１７上のゲート電極Ｇの両側
には、リン（Ｐ）イオンがイオン打ち込みされて前記ｎ
^-型半導体領域１１１が形成されている。ｎ型ウエル１
１８上のゲート電極Ｇの両側には、フッ化ホウ素（Ｂ
Ｆ）イオンがイオン打ち込みされてｐ^-型半導体領域１
１３が形成されている。

【００４８】また、図４に示すように、ウエハＷ２上に
ＣＶＤ法で窒化シリコン膜を堆積した後、異方的にエッ
チングすることによって、ゲート電極の側壁にサイドウ
ォールスペーサ１２３が形成されている。

【００４９】ｐ型ウエル１１７上のゲート電極Ｇの両側
にヒ素（Ａｓ）イオンをイオン打ち込みすることによっ
て、ｎ⁺型半導体領域１１２（ソース、ドレイン）が形
成されている。ｎ型ウエル１１８上のゲート電極Ｇの両
側には、フッ化ホウ素（ＢＦ）イオンがイオン打ち込み
されて、ｐ⁺型半導体領域１１４（ソース、ドレイン）
が形成されている。

【００５０】すなわち、半導体製造装置４０のサセプタ
４２には、ＬＤＤ構造のソース、ドレインを備えたｎチ
ャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎおよびｐチャネル型ＭＩＳＦ
ＥＴＱｐが形成されたウエハＷ２が搭載され、これらの
ＭＩＳＦＥＴ（Ｑｎ、Ｑｐ）の上部に、図４に示すよう
に、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）およ
び酸素（Ｏ₂）を原料としたプラズマＣＶＤ法で酸化シ
リコン膜（ＴＥＯＳ膜）１２４を堆積する。酸化シリコ
ン膜１２４は、図２に示したプラズマＣＶＤ装置４０ａ
に構成した半導体製造装置４０により形成する。

【００５１】プラズマＣＶＤ装置４０ａに構成した図２
に示す半導体製造装置４０のサセプタ４２の上部に上記
構成のウエハＷ２を搭載し、原料ガス（この場合、テト
ラエトキシシランや酸素）を供給して、ウエハＷ２の上
部に酸化シリコン膜１２４を堆積する。この酸化シリコ
ン膜１２４の堆積の際、ＣＶＤチャンバ４１ａに構成し
たウエハ処理室４１内の底部や側壁にも酸化シリコン膜
が付着する。

【００５２】酸化シリコン膜１２４を、図４に示すよう
に、ウエハＷ２上に形成した後は、ウエハＷ２はウエハ
処理室４１内から搬送され、半導体製造装置４０と隣接
するウエハ収納部（図示せず）に格納される。なお、こ
の成膜処理および搬送は、複数の処理室と、ウエハ収納
部がある、いわゆるマルチチャンバを用いて、大気に晒
されることなく行うことができる。

【００５３】このようにして成膜工程が終了した後は、
図５に示すＰＦＣガスの除害フローに従って、ウエハ処
理室４１内のクリーニングがＰＦＣガスを利用して行わ
れ、未消費のＰＦＣガスがプラズマ分解により除害され
る。

【００５４】すなわち、図５に示すように、先ず、ステ
ップＳ２０１で、ウエハ処理装置であるＣＶＤ装置４０
ａに構成した半導体製造装置４０のウエハ処理室４１内
に、クリーニングガスのＰＦＣガスを供給する。

【００５５】ウエハ処理室４１内に供給されたＰＦＣガ
スは、ステップＳ２０２に示すように、ウエハ処理室４
１内の底部や側壁に付着した酸化シリコン膜の除去処理
に使用される。除去に際しては、例えば、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ
₆、ＳＦ₆、Ｃ₃Ｆ₈、もしくはＮＦ₃などから構成された
ＰＦＣガスが、底部や側壁に付着している酸化シリコン
と反応して、ＳｉＦ（固体）およびＣＯやＣＯ₂のよう
なガスとなり除去される。

【００５６】この際、酸化シリコンと反応しなかった未
消費のＰＦＣガスは、ステップＳ２０３に示すように、
ウエハ処理室４１から排気される。排気されるＰＦＣガ
スは、図２に示すように、途中に電磁弁１５、圧力調整
弁１６を設けた配管１７を通って、ステップＳ２０４に
示すように、ＰＦＣガス除害装置２０のブラズマ分解室
２１内に流入する。

【００５７】プラズマ分解室２１内では、図５のステッ
プＳ２０５に示すように、流量制御装置２４、２５を介
して、添加ガスのＯ₂、Ｈ₂Ｏ（水蒸気）が供給される。
かかる添加ガスの供給は、Ｏ₂またはＨ₂Ｏ（水蒸気）の
いずれか一方でも構わないし、あるいは両方を供給する
ようにしても構わない。さらに、流量制御装置２６を介
して、不活性気体が供給される。

【００５８】かかる不活性気体には、ＰＦＣガスのプラ
ズマ分解において発生するフッ素ラジカルなどのガスラ
ジカルの寿命を長くすることができる気体を使用する。
例えば、窒素ガス（Ｎ₂）、酸化窒素ガス（例えば、Ｎ₂
Ｏなど）、希ガス（例えば、Ｈｅ、Ａｒなど）などが挙
げられる。

【００５９】かかる不活性気体には、添加ガスの酸素、
水蒸気などと同様に、図２に示すように、ブラズマ分解
室２１内の電極２２ａ、２２ｂとの間で高周波が印加さ
れる。

【００６０】本発明者は、ＰＦＣガスのプラズマ分解に
おいては、上記不活性ガス以外の分解条件を同一にした
場合には、上記不活性ガスの存在下では、かかる不活性
ガスが存在しない場合に比べて、ＰＦＣガスのプラズマ
分解効率が向上することを見出した。

【００６１】さらに、かかるプラズマ分解の効率向上
は、不活性ガスの或る濃度域までは、不活性ガスの存在
量に比例して向上することも確認された。ＰＦＣガスの
プラズマ分解において、分解効率の向上が得られる不活
性ガスの存在範囲は、ＰＦＣガスと添加ガスのそれぞれ
の容量を合わせた総量の１１％以上、４６％未満の容量
であればよい。より好ましくは、１１％以上、２３％未
満であればよい。

【００６２】不活性ガスの存在量が１１％未満の場合に
は、実質的に生産効率に資する程の分解効率の向上が認
められない。また、ＰＦＣガスの分解効率は、後記する
ように、不活性ガスの存在量が２３％までは存在量に応
じて向上するが、２３％を越えると分解効率が下がる傾
向が見られる。そこで、不活性ガスの存在量が４６％未
満であれば、生産効率に資する程の分解効率が確保でき
る。

【００６３】さらには、１１％以上、２３％未満の範囲
で不活性ガスの存在量を調整すれば、かかる範囲では、
不活性ガスの存在量に比例してＰＦＣガスの分解効率の
向上が図れる範囲でありより好ましい。

【００６４】このようにして、ＰＦＣガスは、不活性ガ
スの存在下分解され、ステップＳ２０６に示すように、
Ｆ、ＣＯ、ＣＯ₂などの温暖化係数が小さい化学種に分
解される。ＰＦＣガス除害装置２０は、そのプラズマ分
解室２１が、図２に示すように、配管２７を介して真空
ポンプ３０に接続されているため、上記分解ガスの室内
排気が行われ、大気に放出されることとなる。

【００６５】不活性ガスの存在は、上記のように、ＰＦ
Ｃガスの分解効率を向上させるが、比較的に分解し難い
と言われているＣＦ₄ガスの分解をも促進することが確
認された。

【００６６】このようにして成膜形成後の半導体製造装
置４０のウエハ処理室４１のＰＦＣガスによるクリーニ
ング毎に、未消費ＰＦＣガスを不活性気体の存在下プラ
ズマ分解処理すればよい。

【００６７】一方、ＣＶＤ装置に構成した半導体製造装
置４０により酸化シリコン膜（ＴＥＯＳ膜）１２４が形
成されたウエハＷ２は、酸化シリコン膜１２４表面をＣ
ＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により研磨
する。さらに、酸化シリコン膜１２４の上部のレジスト
膜（図示せず）をマスクにしたドライエッチングによ
り、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎのｎ⁺型半導体領域
１１２の上部にコンタクトホール１２５が、ｐチャネル
型ＭＩＳＦＥＴＱｐのｐ⁺型半導体領域１１４の上部に
コンタクトホール１２６がそれぞれ形成される。

【００６８】次いで、コンタクトホール１２５、１２６
内を含む酸化シリコン膜１２４の上部にＣＶＤ法で薄い
ＴｉＮ膜（図示せず）を堆積し、さらに、ＣＶＤ法で、
Ｗ膜を堆積した後、酸化シリコン膜１２４の上部のＷ膜
およびＴｉＮ膜をＣＭＰ法で研磨し、これらの膜をコン
タクトホール１２５、１２６の内部にのみに残すことに
よってプラグ１２７が形成される。

【００６９】酸化シリコン膜１２４およびプラグ１２７
の上部にＣＶＤ法でＷ膜を堆積した後、レジスト膜（図
示せず）をマスクにしてこのＷ膜をドライエッチングす
ることによって、図６に示すように、第１層配線１３０
〜１３３が形成される。

【００７０】この後、第１層配線１３０〜１３３上に酸
化シリコン膜等の絶縁膜、プラグおよび配線の形成を繰
り返すことにより、多層の配線を形成してもよい。それ
らの図示および詳細な説明は省略する。また、最上層配
線の上部には、例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン
膜との積層膜からなるパッシベーション膜（保護膜）が
形成されるが、その図示および詳細な説明は省略する。

【００７１】このようにして、本発明の半導体装置の製
造方法により、上記例示のウエハの主表面にＭＩＳＦＥ
Ｔおよびそれに接続された配線を有する半導体装置を製
造することができる。

【００７２】また、上記本実施の形態の説明において
は、酸化シリコン膜１２４を図２に示すプラズマＣＶＤ
装置に構成した半導体製造装置４０を用いて形成した
が、窒化シリコン膜のような絶縁膜や、第１層配線１３
０〜１３３もしくはプラグ１２７を構成するタングステ
ン膜等の導電性膜をかかる装置を用いて形成してもよ
い。

【００７３】上記説明では、ＰＦＣガスのプラズマ分解
については、プラズマＣＶＤ装置４０ａに構成した半導
体製造装置４０のクリーニング処理時の場合を想定して
説明したが、ＰＦＣガスをエッチングガスとして使用し
た場合における未消費ＰＦＣガスの除害処理についても
ほぼ同様に除害処理することができる。以下、かかる場
合について説明する。

【００７４】本説明で使用するドライエッチング装置１
０ａは、図１に示すように、ＰＦＣガス除害装置２０が
設けられた半導体製造装置１０に構成されている。さら
に、ドライエッチングの工程は、図４に示した酸化シリ
コン膜１２４の表面が平坦化されたウエハＷ２を用いて
説明する。また、未消費のＰＦＣガスの分解工程は、図
５のＰＦＣガスの除害フローに沿って説明する。

【００７５】図１に示すように、ドライエッチング装置
１０ａのエッチングチャンバ１１ａに構成されたウエハ
処理室１１の、電極１３ｂ上に上記構成のウエハＷ２を
搭載する。その状態で、図５のステップＳ２０１に示す
ように、エッチングガスとして使用するＰＦＣガスを、
ウエハ処理室１１内に供給する。

【００７６】エッチングチャンバ１１ａ内に供給された
エッチングガスとしてのＰＦＣガスにより、ステップＳ
２０２に示すように、酸化シリコン膜１２４の上部のレ
ジスト膜（図示せず）をマスクにしたドライエッチング
を行う。

【００７７】かかるドライエッチングにより、図７に示
すように、ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｎのｎ⁺型半導
体領域１１２の上部にコンタクトホール１２５を形成
し、ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴＱｐのｐ⁺型半導体領域
１１４の上部にコンタクトホール１２６を形成する。

【００７８】エッチングガスとしては、ＣＦ₄の他、Ｃ₂
Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈もしくはＳＦ₆等のＰＦＣガスを用
いてもよい。

【００７９】また、酸化シリコン膜１２４と反応しなか
った未消費のＰＦＣガスは、エッチングチャンバ１１ａ
内から、図５のステップＳ２０３に示すように排気され
る。排気されるＰＦＣガスは、図１に示すように、途中
に電磁弁１５、圧力調整弁１６を設けた配管１７を通っ
て、ステップＳ２０４に示すように、ＰＦＣガス除害装
置２０のブラズマ分解室２１内に流入する。

【００８０】プラズマ分解室２１内では、ステップＳ２
０５に示すように、流量制御装置２４、２５、２６を介
して、添加ガスのＯ₂、Ｈ₂Ｏ（水蒸気）、不活性気体が
供給される。不活性気体は、添加ガスの酸素、水蒸気な
どと同様に、図１に示すように、ブラズマ分解室２１内
の電極２２ａ、２２ｂとの間で高周波が印加される。

【００８１】不活性ガスの存在量は、前記説明の如く、
ＰＦＣガスと添加ガスのそれぞれの容量を合わせた総量
の１１％以上、４６％未満であればよい。より好ましく
は、１１％以上、２３％未満であればよい。

【００８２】このようにして、ＰＦＣガスは、不活性ガ
スの存在下分解され、ステップＳ２０６に示すように、
Ｆ、ＣＯ、ＣＯ₂などの温暖化係数が小さい化学種に分
解され、配管２７を介して真空ポンプ３０により室内排
気が行われ大気に放出される。

【００８３】このようにして、ドライエッチングのエッ
チングガスとして通されたＰＦＣガスのうち、未消費の
ＰＦＣガスは、不活性ガスの存在下、温暖化係数が小さ
く大気放出可能な化学種にまで効率よく分解される。

【００８４】また、上記説明では、酸化シリコン膜１２
４のドライエッチングを例にとり説明したが、先の説明
における図６におけるウエハＷ２のゲート電極Ｇや第１
層配線１３０〜１３３のパターニング（エッチング）に
適用しても構わない。

【００８５】上記のように、本発明の半導体装置の製造
方法では、ＣＶＤ装置、あるいはドライエッチング装置
に構成された半導体製造装置で使用されたクリーニング
ガスあるいはプロセス用ガスとして供給されたＰＦＣガ
スのうち、未消費のＰＦＣガスを、不活性気体の存在
下、かかる不活性気体がない場合よりも効率よくプラズ
マ分解して除害することができる。

【００８６】特に、ＣＦ₄のように比較的安定で分解し
難いガスも効率的に分解できるので、除害処理によるＣ
Ｆ₄などのガスの使用制限を緩和することができる。

【００８７】

【実施例】上記実施の形態の説明における不活性気体の
存在に基づくＰＦＣガスのプラズマ分解の効率向上につ
いては、以下の実験により検証された。

【００８８】ＰＦＣガスのプラズマ分解による除害処理
においては、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ ₈などの化学種が、
ＨＦ、あるいはＦ₂などの化学種に分解処理されること
となる。かかる工程では、ＰＦＣガスの分解に際してガ
スラジカルとしてＦラジカルが生成され、かかるＦラジ
カルがプラズマ分解で添加される水蒸気のＨ₂Ｏと反応
して、ＨＦが生成されたり、あるいはＦラジカル同士の
結合によりＦ₂が発生するものと考えられる。

【００８９】そこで、ＰＦＣガスのプラズマ分解におけ
る効率は、Ｆラジカルの発生効率として把握することが
できる。しかし、直接的にＰＦＣガスをプラズマ分解し
た状態で、Ｆラジカルの定量を行うことは極めて難しい
ため、発生したＦラジカルがＳｉＯ₂と反応して生成さ
れるＳｉＦを測定することにより、ＳｉＦを指標として
間接的にＰＦＣガスの分解効率を検証した。

【００９０】図８は、ＰＦＣガスの分解効率の指標とし
てのＳｉＦ量（縦軸）の窒素依存性を示すグラフであ
る。すなわち、ウエハ上にＣＶＤ法でＳｉＯ₂膜を形成
した後に、ＣＶＤ装置のＣＶＤチャンバ内に、ＰＦＣガ
スをクリーニングガスとして流入し、ＣＶＤチャンバ内
から排気された排気ガス中のＳｉＦ量（縦軸）を、サン
プリング時間（横軸）毎に測定した状況を図８のグラフ
に示した。

【００９１】不活性ガスとしての窒素ガス（Ｎ₂）は、
クリーニングガスとしてＣＶＤチャンバ内に供給するＰ
ＦＣガスの量と、添加ガスとしての酸素の量との総和に
対して、０％、１１％、２３％、３４％、４６％と変化
させた。

【００９２】圧力は４Ｔｏｒｒ（５．２×１０²Ｐ
ａ）、平行平板型の電極間隔は９９９ｍｉｌｓ（２４．
９７５ｍｍ）、チャンバ堆積膜厚を６００ｎｍとした。

【００９３】排気ガスは、真空ポンプ通過後、フーリエ
変換赤外分光光度計に通してサンプリングされ、排気ガ
ス中のＳｉＦを、フーリエ変換赤外分光法により定量し
た。

【００９４】図８からは、ＳｉＦ量は、排気ガスのサン
プリング時間が約１７秒以降に急激に増加し、４０〜５
０秒でピークに達し、その後大きく減少していることが
分かる。かかる傾向は、不活性ガスの有無、存在量に関
係なくほぼ同様の傾向を示すことが分かる。

【００９５】これは、ＰＦＣガスの供給に際して、ＰＦ
ＣガスがＣＶＤチャンバ内に漸次満ちて行くにつれてＳ
ｉＯ₂とＰＦＣガスとの反応が漸次増大し、ＰＦＣガス
がＣＶＤチャンバ内に十分に満ちた状態になってＣＶＤ
チャンバ内で全面的に反応が進行し、その後クリーニン
グされるＳｉＯ₂が減少し、それにつれて反応が少なく
なる状態を示しているものと考えられる。

【００９６】次に、かかるＳｉＦの発生量の不活性気体
への依存性を、不活性気体の存在量に対しての依存性に
差が見易いサンプリング時間で調べた。そこで、ＳｉＦ
の測定ピークが現れるサンプリング時間４０秒で、Ｓｉ
Ｆ測定量の不活性ガスの依存性を調べると、図８のグラ
フより、不活性ガスが存在しない場合に比べて、１１％
でも不活性ガスが存在した場合の方が、ＳｉＦ量が多い
ことが確認される。

【００９７】すなわち、不活性ガスの存在が、ＰＦＣガ
スの分解効率を向上させているものと考えられる。かか
る傾向は、４０秒以外のサンプリング時間でも確認され
る。

【００９８】併せて、不活性ガスの存在量は２３％の場
合がＳｉＦの量が最大となることが分かる。すなわち、
図８に示す場合には、ＰＦＣの分解効率は、不活性ガス
が２３％存在する場合に最大となることが確認される。

【００９９】また、不活性ガス量が３４％、４６％の場
合には、サンプリング時間４０秒ではほぼ同定度であ
り、２３％と１１％との間にあることが分かる。すなわ
ち、不活性気体の存在量が２３％のときにＰＦＣの分解
効率はピークとなり、不活性気体の存在量が２３％を越
えると漸次ＰＦＣガスの分解効率が減少することが分か
る。

【０１００】かかる結果から、不活性気体の存在が、Ｐ
ＦＣガスのプラズマ分解の効率を向上させることが確認
できた。併せて、ＰＦＣガスの分解効率の向上は、不活
性ガスの存在量の或る範囲でピークに達することが分か
る。

【０１０１】すなわち、不活性ガスの存在量の全範囲に
亙って、存在量の増大に比例してＰＦＣガスの分解効率
が向上するものではないことが確認される。ＰＦＣガス
のプラズマ分解効率の向上には、不活性ガスの存在量
は、或る適切な範囲に規制されていなければならないと
言える。

【０１０２】本発明では、図８に示す上記結果を踏まえ
て、不活性ガスの存在量を、ＰＦＣガス量と添加ガス量
との総量の１１％以上、４６％未満であれば、実効性あ
るＰＦＣガスの分解効率の向上が確保できると判断し
た。より好ましくは、１１％以上、２３％未満であれば
よい。

【０１０３】かかる不活性気体の存在がＰＦＣガスのプ
ラズマ分解における効率を向上させる作用機序について
は、不活性気体の存在が、ＰＦＣガスプラズマで発生す
るＦラジカルなどのガスラジカルの寿命を延命させるた
めと考えられる。そのため、添加ガスなどのプラズマ分
解処理条件を同一にした場合でも、不活性ガスを適当量
存在させることにより、ＰＦＣガスの分解効率を向上さ
せることができる。

【０１０４】分解効率の向上する分、プラズマ式ＰＦＣ
ガス除害装置の最大処理流量を増加することが可能とな
る。ＰＦＣガス除害装置の分解処理能力の範囲内であれ
ば、ＰＦＣガス除害装置内へ流入するＰＦＣガスの流入
量が増加しても、分解効率を低下させることなく分解処
理することができる。併せて、ＣＦ₄などの分解困難な
化学種の分解も効率的に行える。

【０１０５】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【０１０６】例えば、上記実施の形態では、プラズマＣ
ＶＤ装置やエッチング装置に接続されるＰＦＣガス分解
装置を例に説明したが、本発明はＰＦＣガスを用いる装
置に広く適用可能である。

【０１０７】また、前記実施の形態では、ＭＩＳＦＥＴ
を有する半導体装置を例に説明したが、このようなＭＩ
ＳＦＥＴを有するメモリの他、ＥＥＰＲＯＭやバイポー
ラなど、他の半導体素子の製造方法にも広く適用可能で
ある。

【０１０８】上記実施の形態では、不活性ガスを、プラ
ズマ分解室内に供給する場合について説明したが、ＰＦ
Ｃガスの供給に際して一緒に不活性ガスを供給するよう
にしても構わない。例えば、プラズマＣＶＤ装置、ドラ
イエッチング装置のＰＦＣガスを使用するプロセスにお
いて、ＰＦＣガス量と他のガス量との総量の１１〜４６
％の不活性ガスを当初からＰＦＣガスと一緒に供給する
ようにしても構わない。

【０１０９】かかる構成を採用すれば、不活性気体の存
在でＰＦＣガスの分解効率が向上しているため、ＰＦＣ
ガスの分解により発生したガスラジカルが増加し、生成
したガスラジカルの延命も図られ、プラズマ発生エリア
が拡大し、ＣＶＤチャンバ内のクリーニング時間の短縮
が図れる。併せて、ＰＦＣガスの使用量の低減にも繋が
る。

【０１１０】同様に、ドライエッチングにＰＦＣガスを
使用する場合にも、当初より、上記要領で不活性ガスを
ＰＦＣガスと共に供給すれば、ＰＦＣガスのブラズマ分
解の効率が向上するため、エッチング速度の向上が図れ
る。エッチングの均一性も図れる。併せて、ＰＦＣガス
の使用量の低減も図れる。

【０１１１】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【０１１２】ＰＦＣガスを用いた処理工程を有する半導
体装置の製造方法において、ＰＦＣガスのプラズマ分解
を不活性ガスの存在下行うことにより、かかる不活性ガ
スを用いない構成のＰＦＣ除害方法に比べて、ＰＦＣガ
スの除害を効率的に行うことができる。

【０１１３】そのため、ＰＦＣガスを用いた処理工程を
有する半導体装置の製造において、処理工程に供給され
たものの未消費となったＰＦＣガスを、温暖化係数の小
さい化学種に効率的に分解することができ、製造現場に
おける周囲大気環境に十分に配慮した半導体装置の製造
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法で使用される半
導体製造装置を、ドライエッチング装置に構成した場合
の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の半導体装置の製造方法で使用される半
導体製造装置を、ＣＶＤ装置に構成した場合の一例を示
す説明図である。

【図３】本発明の半導体装置の製造方法で製造される半
導体装置の一例を示す要部断面図である。

【図４】本発明の半導体装置の製造方法で製造される半
導体装置の一例を示す要部断面図である。

【図５】ＰＦＣガスのプラズマ分解による除害工程を示
すフロー図である。

【図６】本発明の半導体装置の製造方法で製造される半
導体装置の一例を示す要部断面図である。

【図７】本発明の半導体装置の製造方法で製造される半
導体装置の一例を示す要部断面図である。

【図８】ＰＦＣガスのプラズマ分解における不活性気体
の存在の有効性を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１０半導体製造装置１０ａドライエッチング装置１１ウエハ処理室１１ａエッチングチャンバ１２流量制御装置１３プロセス電極１３ａ電極１３ｂ電極１４高周波電源１５電磁弁１６圧力調整弁１７配管２０ＰＦＣガス除害装置２１プラズマ分解室２２電極２２ａ電極２２ｂ電極２３高周波電源２４流量制御装置２５流量制御装置２６流量制御装置２７配管３０真空ポンプ４０半導体製造装置４０ａＣＶＤ装置４１ウエハ処理室４１ａＣＶＤチャンバ４２サセプタ４３シャワープレート４４流量制御装置４５高周波電源１１１ｎ^-型半導体領域１１２ｎ⁺型半導体領域１１３ｐ^-型半導体領域１１４ｐ⁺型半導体領域１１５酸化シリコン膜１１６素子分離１１７ｐ型ウエル１１８ｎ型ウエル１１９ゲート酸化膜１２１多結晶シリコン膜１２２窒化シリコン膜１２３サイドウォールスペーサ１２４酸化シリコン膜（ＴＥＯＳ膜）１２５コンタクトホール１２６コンタクトホール１２７プラグ１３０第１層配線１３１第１層配線１３２第１層配線１３３第１層配線Ｇゲート電極Ｗ１ウエハＷ２ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｂ０１Ｄ 53/34 １３４ＥＦターム(参考） 4D002 AA22 AC10 BA07 CA20 GB02 4G075 AA03 AA37 BA01 BA05 BC04 BC06 CA25 CA47 CA62 CA63 DA02 EB01 EC21 4K030 AA06 AA09 BA44 CA04 DA06 EA12 FA03 KA30 LA15 5F004 AA15 BA04 BC08 BD04 CA02 DA00 DA01 DA02 DA26 DB03 5F045 AA08 AE21 BB15 BB20 EB06 EE13 EG07 EH13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＰＦＣガスを用いた処理工程を有する半
導体装置の製造方法であって、前記ＰＦＣガスのプラズマ分解を、不活性気体を含むガ
スの存在下で行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２】ＰＦＣガスを用いた処理工程を有する半
導体装置の製造方法であって、前記ＰＦＣガスのプラズマ分解を、窒素ガス、酸化窒素
ガス、希ガスの少なくともいずれかを含むガスの存在下
で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】ＰＦＣガスを用いた処理工程を有する半
導体装置の製造方法であって、前記ＰＦＣガスのプラズマ分解を、前記プラズマ分解に
際して添加する酸素ガスあるいは水蒸気の少なくとも一
方の容量と、分解対象のＰＦＣガスの容量との加算容量
の１１〜４６％に相当する容量の窒素ガスを加えたガス
の存在下で行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項４】ＣＶＤ法により成膜形成を行い、前記成
膜形成後のＣＶＤ装置の成膜形成チャンバ内のクリーニ
ングをＰＦＣガスを用いて行う半導体装置の製造方法で
あって、前記クリーニングに使用されなかった未消費のＰＦＣガ
スを、窒素ガスを含むガスの存在下でプラズマ分解する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】ＰＦＣガスを用いてドライエッチングを
行う工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記ドライエッチングに使用されなかった未消費のＰＦ
Ｃガスを、窒素ガスを含むガスの存在下でプラズマ分解
することを特徴とする半導体装置の製造方法。