JP2004103768A

JP2004103768A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004103768A
Application number: JP2002262528A
Authority: JP
Inventors: Touta Yonetani; 米谷　統多
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】ウェハのベベル部に形成された膜が剥がれることにより生ずる異物発生を抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ウェハ１１上に絶縁膜３５および窒化チタン膜３６を形成する。そして、絶縁膜３５および窒化チタン膜３６を形成したウェハ１１を成膜装置の成膜チャンバに入れて、窒化チタン膜３６上にタングステン膜３７を形成する。次に、タングステン膜３７を形成したウェハ１１をホットプレート上に配置する。その後、ホットプレート上に配置されたウェハ１１をエッチングセルに入れて、純水により冷却するとともに、ノズル３８から出たエッチング液によりウェハ１１のベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７を剥離する前に予め除去する。
【選択図】　　図６

Description

【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、特に半導体ウェハのベベル部に形成した膜の剥離を防止する対策が必要な半導体装置の製造工程に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハ（以下単にウェハという。）上に金属膜を形成する装置として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いたメタルＣＶＤ装置がある。このメタルＣＶＤ装置は、簡単に説明すると以下に示すようにしてウェハ上に金属膜を形成するものである。すなわち、カセットに入ったウェハをロボットアームにより取り出してチャンバ内に搬送し、ヒータ上にウェハを配置する。その後、チャンバ内において原料ガスを供給するとともにウェハを加熱することにより、原料ガスに例えば熱エネルギーを与えて化学反応を起させ、金属膜をウェハ上に形成する。そして、ロボットアームによりチャンバ内からウェハを取り出した後、カセットに収納されて次工程に送られる。
【０００３】
なお、メタルＣＶＤ装置については、例えば、株式会社プレスジャーナル社発行の「‘０２最新半導体プロセス技術」のＰ１９６〜Ｐ２０１などに記載がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したメタルＣＶＤ装置では、ウェハの外周端部であるベベル部にも金属膜が成膜される。しかし、ウェハ上に金属膜を成膜した後、ウェハは、ロボットアームによってチャンバ内から取り出され、カセットに収納されるが、この時、ウェハが冷却される。ウェハが冷却されるとウェハ上に形成された金属膜に引っ張り応力が生じ、ウェハのベベル部に形成された金属膜が剥離し、異物が発生する問題点がある。
【０００５】
特に、例えばコンタクトホールにタングステン膜を埋め込み、プラグを形成する場合のように、シリコンウェハ上にタングステン膜を成膜する場合、バリア膜として窒化チタン（ＴｉＮ）膜の形成を行うが、ウェハの外周端部であるベベル部には、充分に窒化チタン膜が形成されない。このため、シリコン（Ｓｉ）や酸化シリコン（ＳｉＯ_２）上にタングステン膜が形成されるが、シリコンや酸化シリコンとタングステン膜との密着性は低く、タングステン膜が剥がれやすい問題点がある。
【０００６】
また、ベベル部においては、充分に窒化チタン膜が形成されないため、タングステン膜を成膜するための原料ガスであるフッ化タングステン（ＷＦ_６）とシリコンが直接反応し、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）が形成される。すると、シリコンウェハのベベル部に腐食したような穴が開く、いわゆるエンクローチメントが発生する。エンクローチメントが発生して表面が荒れたベベル部上に直接タングステン膜が形成されるとウェハの冷却時にタングステン膜が剥がれ易くなるという問題点がある。
【０００７】
ここで、ウェハのベベル部における膜剥がれを防止するため、クランプリングによって、ウェハのベベル部を覆い、ベベル部に膜が形成されないようにしたものがある。しかし、この方法では、ウェハのチップ取得領域を狭くするだけでなく、覆ってもベベル部に膜が形成されてしまい、膜剥がれによる異物発生を抑制できない問題点がある。
【０００８】
本発明の目的は、ウェハのベベル部に形成された膜が剥がれることにより生ずる異物発生を抑制できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００９】
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。
【００１０】
【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、以下のとおりである。
【００１１】
本発明は、（ａ）外周端部であるベベル部を有するウェハを成膜装置に搬入する工程と、（ｂ）前記ウェハ上に膜を形成する工程と、（ｃ）前記膜を形成した前記ウェハを熱源上に配置して前記ウェハの温度を所定の温度に維持する工程と、（ｄ）前記ウェハを冷却する工程と、（ｅ）冷却した前記ウェハの前記ベベル部に形成された前記膜をエッチングにより除去する工程と、（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記ウェハを前記成膜装置から搬出する工程とを備えるものである。
【００１２】
【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。また、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。
【００１３】
図１は、本実施の形態１における半導体装置の製造方法で使用する成膜装置１の構成を示した図である。図１において、本実施の形態１における成膜装置１は、ロボットアーム２、４、７、アライナ３、成膜チャンバ５、ホットプレート６、エッチングセル８、プレート９を有している。また、成膜装置１には、カセット１０に入ったウェハが搬入されるようになっている。
【００１４】
ロボットアーム２は、ウェハの入ったカセット１０からウェハを取り出し、アライナ３に配置するとともにアライナ３に置かれたウェハをカセット１０へ収納できるように構成されている。
【００１５】
アライナ３は、ウェハを配置することができるようになっている。また、ロボットアーム４は、アライナ３に配置されたウェハ２を成膜チャンバ５に入れることができるとともに成膜チャンバ５内に入れられたウェハを取り出し、ホットプレート６上に配置できるように構成されている。
【００１６】
成膜チャンバ５は、内部に入れられたウェハ上にＣＶＤ法を使用してタングステン膜を形成できるように構成されている。すなわち、成膜チャンバ５内には、図示はしないがウェハを配置し加熱するステージがあり、このステージ上に原料ガスである六フッ化タングステン（ＷＦ_６）を導入できるように構成されている。
【００１７】
ホットプレート６は、成膜チャンバ５内から取り出したウェハを配置し、ウェハの温度を２００度から４００度の温度に維持することができるように構成されている。このように熱源となるホットプレート６を設けることにより、成膜チャンバ５から取り出したウェハを冷却させずに済む。したがって、ウェハの冷却時に発生するタングステン膜の引っ張り応力を生じさせず、ウェハの外周端部であるベベル部に成膜されたタングステン膜の剥離を防止することができる。すなわち、ホットプレート６上にウェハを配置することにより、後述するエッチングセル８でベベル部に形成されたタングステン膜を除去するまで、タングステン膜の剥離を防止することができる。
【００１８】
ロボットアーム７は、ホットプレート６に配置されたウェハをエッチングセル８に搬送することができるとともに、エッチングセル８内からウェハを取り出しプレート９に配置することができるように構成されている。
【００１９】
エッチングセル８は、純水を使用してウェハを冷却することができるように構成されている。また、ウェハのベベル部に形成されたタングステン膜をノズルから出されるエッチング液で局所的にウェットエッチングして除去できるように構成されている。ノズルから出されるエッチング液は、回転しているウェハのベベル部にだけかかるようになっている。このようにして、エンクローチメントなどにより剥離する可能性があるベベル部に形成されたタングステン膜を、剥離する前にウェットエッチングで局所的に除去することができる。したがって、ベベル部に形成されたタングステン膜の剥離による異物の発生を抑制することができ、歩留まり向上を図ることができる。
【００２０】
プレート９は、エッチングセル８より取り出したウェハを配置できるように構成されている。
【００２１】
本実施の形態における成膜装置は、上記のように構成されており、以下にこの成膜装置を使用した半導体装置の製造方法について説明する。
【００２２】
まず、図２に示すように、シリコンよりなるウェハ１１上に選択酸化法を使用して素子分離層１２を形成し、素子分離層１２によって分離された領域にそれぞれフォトリソグラフィ技術とイオン注入法を使用して不純物を注入することにより、Ｐウェル１３およびＮウェル１４を形成する。
【００２３】
次に、ウェハ１１の表面に熱酸化法を使用してゲート絶縁膜１５、１６となる酸化シリコン膜を形成した後、ＣＶＤ法を用いてシランガスを窒素ガス中で熱分解させ、酸化シリコン膜上にポリシリコン膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用してＮＭＯＳ型素子形成領域に形成されたポリシリコン膜にＮ型不純物であるリンを注入するとともにＰＭＯＳ型素子形成領域に形成されたポリシリコン膜にＰ型不純物であるボロンを注入する。
【００２４】
続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してポリシリコン膜をパターニングし、ゲート電極１７、１８を形成する。その後、ＰＭＯＳ型素子形成領域をレジスト膜で覆い、ＮＭＯＳ型素子形成領域のソース領域とドレイン領域にイオン注入法を使用して、Ｎ型不純物を注入した低濃度Ｎ型不純物拡散層１９、２０を形成する。同様に、ＮＭＯＳ型素子形成領域をレジスト膜で覆い、ＰＭＯＳ型素子形成領域のソース領域とドレイン領域にイオン注入法を使用して、Ｐ型不純物を注入した低濃度Ｐ型不純物拡散層２１、２２を形成する。
【００２５】
次にウェハ１１上に酸化シリコン膜を堆積させた後、異方性エッチングを行うことによりサイドウォール２３、２４を形成する。続いて、ＰＭＯＳ型素子形成領域をレジスト膜で覆い、ＮＭＯＳ型素子形成領域のソース領域とドレイン領域にイオン注入法を使用して、Ｎ型不純物を注入した高濃度Ｎ型不純物拡散層２５、２６を形成する。同様にＮＭＯＳ型素子形成領域をレジスト膜で覆い、ＰＭＯＳ型素子形成領域のソース領域とドレイン領域にイオン注入法を使用して、Ｐ型不純物を注入した高濃度Ｐ型不純物拡散層２７、２８を形成する。
【００２６】
そして、ウェハ１１上にコバルト膜を形成した後、熱処理を行うことにより、コバルトシリサイド膜２９、３０、３１、３２、３３、３４を形成する。続いて、ＣＶＤ法を使用して、ウェハ１１上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜３５を形成する。次にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、絶縁膜３５にコンタクトホールを形成した後、コンタクトホールを形成した絶縁膜３５上にスパッタリング法を使用して、窒化チタン膜３６を形成する。このようにして図２に示す素子が形成されたウェハ１１を得る。
【００２７】
図３は、ウェハ１１上に図２に示した素子が形成された場合における、ウェハ１１のベベル部１１ａ近傍に形成された膜を示す。図３を見てわかるようにウェハ１１上に絶縁膜３５が形成されており、この絶縁膜３５上には、窒化チタン膜３６が形成されている。ここで、ウェハ１１のベベル部１１ａには、ウェハ１１のフラットな部分に形成された絶縁膜３５の膜厚よりも薄く絶縁膜３５が形成されており、外周にいくに連れて形成される絶縁膜３５の膜厚が薄くなっている。また、ウェハ１１のベベル部１１ａには、絶縁膜３５上の一部にしか窒化チタン膜３６が形成されていないことがわかる。なお、図３において、ウェハ１１と絶縁膜３５の間に形成された素子構造は省略してある。
【００２８】
このように図２に示した素子が形成されたウェハ１１がカセット１０に収納されて、図１に示す成膜装置１に搬入される。次に、ロボットアーム２は、ウェハ１１が収納されたカセット１０からウェハ１１を取り出し、ウェハ１１をアライナ３上に置く。アライナ３上に置かれたウェハ１１は、ロボットアーム４によって、取り上げられ、成膜チャンバ５に入れられる。成膜チャンバ５に入れられたウェハ１１は、ヒータによって加熱されるとともに、原料ガスである六フッ化タングステンを素子形成面に吹き付けられる。ウェハ１１の素子形成面に吹き付けられた六フッ化タングステンは、加熱されたウェハ１１の素子形成面において化学反応を起し、図４に示すようにウェハ１１に形成された窒化チタン膜３６上にタングステン膜３７が形成される。このとき、ウェハ１１のベベル部１１ａ近傍にタングステン膜３７が形成される様子を図５に示す。図５を見てわかるように、ウェハ１１の外周にいくに連れて成膜されるタングステン膜３７の膜厚が薄くなっているが、ウェハ１１のベベル部１１ａにおいて窒化チタン膜３６が形成されていない領域にもタングステン膜３７が成膜されていることがわかる。すなわち、酸化シリコンよりなる絶縁膜３５やシリコンよりなるウェハ１１上にもタングステン膜３７が形成される。
【００２９】
タングステン膜３７が形成されたウェハ１１は、成膜が終了すると、図１に示すロボットアーム４によって、成膜チャンバ５より取り出され、ホットプレート６上に運ばれる。ホットプレート６上において、ウェハ１１の温度は、２００度から４００度程度の温度に保持される。このため、図５に示したようにウェハ１１のベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７には、引っ張り応力でなく圧縮応力が働くため、膜剥がれが生じない。つまり、成膜チャンバ５から取り出されたウェハ１１は、冷却されると引っ張り応力が生じ、膜が剥がれるため、ホットプレート６上に置くことによって、膜剥がれを防止している。
【００３０】
次に、ホットプッレート６上に置かれたウェハ１１は、ロボットアーム７によってホットプレート６からエッチングセル８に入れられる。エッチングセル８において、ウェハ１１は、純水によって冷却される。そして、ウェハ１１は、回転させられながら図６に示すように、ノズル３８から出されるエッチング液をベベル部にかけられる。このノズル３８から出されるエッチング液によって、ベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７のウェットエッチングが行われる。このようにタングステン膜３７をウェハ上に成膜後、冷却する前のホットな状態でウェハ１１をエッチングセル８に運び、冷却およびウェットエッチングを一気に行うことにより、ウェハ１１のベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７を剥離することなくきれいに除去できる。つまり、エンクローチメントなどにより剥離する可能性があるベベル部に形成されたタングステン膜３７を、剥離する前にウェットエッチングで除去することができる。このようにウェハ１１のベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７を積極的に除去することにより、ウェハ１１搬送時に生ずる膜剥がれを防止することができる。したがって、ベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７の剥離による異物の発生を抑制することができ、歩留まり向上を図ることができる。
【００３１】
また、本実施の形態における半導体装置の製造方法は、ウェハ１１のベベル部１１ａをクランプリングで覆って、ベベル部１１ａにおけるタングステン膜３７の生成を抑制するのではなく、局所的にノズル３８によりエッチング液をウェハ１１のベベル部１１ａに吹きかけて、ベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７を除去している。このため、タングステン膜３７を除去する精度が高く、ウェハ１１の外周部であってチップが形成されない領域を示すＥ／Ｅ（Ｅｄｇｅ／Ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ）を小さくすることができる。例えば、クランプリングでベベル部１１ａを覆う場合、外周から３ｍｍ±０．５ｍｍ内側までの領域がＥ／Ｅ領域であったが、本実施の形態のようにベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７をウェットエッチングで除去する場合、外周から１ｍｍ±０．５ｍｍ内側までの領域がＥ／Ｅ領域となる。したがって、本実施の形態における半導体装置の製造方法によれば、半導体チップ取得領域を広くとることができる。
【００３２】
次に、エッチングセル８において、ベベル部１１ａに形成されたタングステン膜３７を除去したウェハ１１は、ロボットアーム７によって、エッチングセル８から取り出されプレート９に置かれる。プレート９に置かれたウェハ１１は、ロボットアーム４によって、アライナ３に運ばれる。そして、アライナ３に運ばれたウェハ１１は、ロボットアーム２によって、カセット１０に収納され、成膜装置１から搬出される。この後、ウェハ１１は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置に搬入される。そしてウェハ１１上に形成されたタングステン膜３７が研磨され、図７に示すようにコンタクトホールに窒化チタン膜３６およびタングステン膜３７を埋め込んだプラグ３９が形成される。その後、ウェハ１１上に多層配線が形成される。このようにして、ウェハ１１上に半導体素子を形成することができる。
【００３３】
以上、本発明者によってなされた発明を前記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。
【００３４】
前記実施の形態では、ウェハのベベル部に形成され、エンクローチメントなどにより剥離する可能性のある膜を予め除去して、剥離による異物発生を防止する例について説明したが、ウェハのベベル部に形成され、残っているとメタル汚染の原因となる金属膜を予め除去する場合にも本発明を適用することができる。
【００３５】
前記実施の形態における半導体装置の製造方法では、ウェハ上にタングステン膜を形成する場合について説明したが、これに限らず例えば、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、窒化タングステン（ＷＮ）、銅（Ｃｕ）、ＴａＳｉＮ、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、酸化タンタル（ＴａＯ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ_２）などの金属膜をウェハ上に成膜した場合にも適用することができる。
【００３６】
前記実施の形態における成膜装置では、ＣＶＤ法によってウェハ上に膜を形成する場合について説明したが、これに限らず例えばスパッタリング法によってウェハ上に膜を形成した場合にも適用することができる。
【００３７】
前記実施の形態では、成膜装置について説明したが、これに限らず例えば、ウェハ上に形成した金属膜を研磨する装置にも適用することができる。例えば、金属膜研磨装置によりウェハ上に形成された金属膜を研磨した後、ウェハのベベル部に残った膜を上記した方法と同様にウェットエッチングして除去してもよい。このようにして、次工程における膜剥がれを防止することができる。
【００３８】
【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。
【００３９】
成膜装置において、ウェハ上に膜を形成した後、ウェハのベベル部に形成された膜をウェットエッチングにより除去することにより、ウェハのベベル部に形成された膜が剥がれることで生ずる異物発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において使用される成膜装置の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図３】ウェハのベベル部に形成された膜の様子を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【図５】ウェハのベベル部に形成された膜の様子を示す断面図である。
【図６】ウェハのベベル部に形成されたタングステン膜をノズルから出されたエッチング液で除去した様子を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の製造工程を示した断面図である。
【符号の説明】
１　成膜装置
２　ロボットアーム
３　アライナ
４　ロボットアーム
５　成膜チャンバ
６　ホットプレート
７　ロボットアーム
８　エッチングセル
９　プレート
１０　カセット
１１　ウェハ
１１ａ　ベベル部
１２　素子分離層
１３　Ｐウェル
１４　Ｎウェル
１５　ゲート絶縁膜
１６　ゲート絶縁膜
１７　ゲート電極
１８　ゲート電極
１９　低濃度Ｎ型不純物拡散層
２０　低濃度Ｎ型不純物拡散層
２１　低濃度Ｐ型不純物拡散層
２２　低濃度Ｐ型不純物拡散層
２３　サイドウォール
２４　サイドウォール
２５　高濃度Ｎ型不純物拡散層
２６　高濃度Ｎ型不純物拡散層
２７　高濃度Ｐ型不純物拡散層
２８　高濃度Ｐ型不純物拡散層
２９　コバルトシリサイド膜
３０　コバルトシリサイド膜
３１　コバルトシリサイド膜
３２　コバルトシリサイド膜
３３　コバルトシリサイド膜
３４　コバルトシリサイド膜
３５　絶縁膜
３６　窒化チタン膜
３７　タングステン膜
３８　ノズル
３９　プラグ

Claims

（ａ）外周端部であるベベル部を有するウェハを成膜装置に搬入する工程と、
（ｂ）前記ウェハ上に膜を形成する工程と、
（ｃ）前記ベベル部に形成された前記膜を除去する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記ウェハを前記成膜装置から搬出する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（ａ）外周端部であるベベル部を有するウェハを成膜装置に搬入する工程と、
（ｂ）前記ウェハ上に膜を形成する工程と、
（ｃ）前記ベベル部に形成された前記膜をエッチングにより除去する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記ウェハを前記成膜装置から搬出する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（ａ）外周端部であるベベル部を有するウェハを成膜装置に搬入する工程と、
（ｂ）前記ウェハ上に金属膜を形成する工程と、
（ｃ）前記ベベル部に形成された前記金属膜をエッチングにより除去する工程と、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記ウェハを前記成膜装置から搬出する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（ａ）外周端部であるベベル部を有するウェハを成膜装置に搬入する工程と、
（ｂ）前記ウェハ上に膜を形成する工程と、
（ｃ）前記膜を形成した前記ウェハを熱源上に配置して前記ウェハの温度を所定の温度に維持する工程と、
（ｄ）前記ウェハを冷却する工程と、
（ｅ）冷却した前記ウェハの前記ベベル部に形成された前記膜をエッチングにより除去する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記ウェハを前記成膜装置から搬出する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（ａ）外周端部であるベベル部を有するウェハを成膜装置に搬入する工程と、
（ｂ）前記ウェハ上に膜を形成する工程と、
（ｃ）前記膜を形成した前記ウェハを熱源上に配置して前記ウェハの温度を所定の温度に維持する工程と、
（ｄ）水を使用して前記ウェハを冷却する工程と、
（ｅ）冷却した前記ウェハの前記ベベル部に形成された前記膜をウェットエッチングにより除去する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）工程の後、前記ウェハを前記成膜装置から搬出する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。