JP2004228110A

JP2004228110A - 有機物除去装置

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Publication number: JP2004228110A
Application number: JP2003010508A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Hidaka; 義晴日高; Yutaka Watanabe; 豊渡辺
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】ウェハに付着する有機物からなる付着物を、薬液を用いることなく確実に除去できるようにする。
【解決手段】ガスの導入口１０１は、幅が５ｍｍであり、チャンバ１００の側壁におけるウェハ１０の主面から２．５ｍｍの上方に設けられている。また、排気口１０２は幅が５ｍｍであり、導入口１０１と対向する他の側壁におけるウェハ１０の主面から２．５ｍｍの下方に設けられている。この構成により、チャンバ１００内において、ガスの流れがステージ１０３の影響を受けなくなるため、滑らかで且つ速やかとなる。また、導入口１０１と排気口１０２とは、ウェハ１０を挟んでその径方向の一延長線上に対向するように設けられている。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製造時にウェハに付着する有機物を除去する有機物除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機能素子としてキャパシタを含む半導体装置は、微細化技術の急速な進展に伴って、微細化されたサイズでもその容量をより大きくするため、ポリシリコンからなる下部電極の表面を半球形の粒子状（ＨｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌＧｒａｉｎ：ＨＳＧ）とする粗面化が図られている。ＨＳＧは、アモルファスシリコンからなる下部電極を形成した後、シラン（ＳｉＨ_４）ガス等を用いて下部電極上にシリコンからなる種結晶を形成し、さらに、下部電極に熱処理を行なって下部電極の表面でシリコン原子を移動させること（マイグレーション）により形成する。
【０００３】
ＨＳＧを形成する際に、下部電極上に自然酸化膜が形成されている場合や、有機物からなる付着物が存在する場合には、シリコンの種結晶が下部電極上に付着させることができない上に、下部電極を構成するシリコン原子が種結晶にまで移動できず半球状の粒子を形成できないため、単に多結晶膜となって粗面化しない。従って、下部電極の表面は、自然酸化膜も含め有機物をあらかじめ除去する必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１８４７４２号公報
【特許文献２】
特開２０００−３２３４４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、自然酸化膜を除去するには、フッ酸を含むエッチ液が用いられ、乾燥時に生じるウォーターマークと呼ばれる乾燥斑を防止するには、マランゴニ乾燥法等のイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いることが多い。
【０００６】
その上、キャパシタの容量をより一層向上させるために、粗面化された下部電極に燐等の不純物イオンを注入し、熱拡散法により拡散させる。この熱拡散工程においても、自然酸化膜や有機物は有効な不純物拡散を阻害するため、熱拡散処理を行なう前にフッ酸系のエッチ液により前処理を施している。このフッ酸系のエッチ液は、酸化膜を溶解する液であるため、有機物及び金属等の酸化膜以外の物質を溶解する能力を持っていない。
【０００７】
ところで、半導体装置を製造する際に用いられるクリーンルームは、清浄度を極めて高く保持できるように気密に構成する必要がある。このため、該クリーンルームを構成する各部材同士の隙間には樹脂からなるシール材が用いられている。
【０００８】
また、半導体製造装置においても、フッ酸等を含む薬液や腐食性を有するガスを扱うため、樹脂材が多用され、さらに、ガス及び薬液の供給手段並びに排出手段を構成する部材にも樹脂材が多用されており、その結果、外気よりも有機物の濃度が高くなる傾向にある。
【０００９】
これらの樹脂材は、種類によっては、時間と共に脱ガス量が減衰するが、接着剤のような硬度が低い材料の場合は、脱ガス量の減衰はほとんど期待できない。
【００１０】
従って、図１２に示すように、クリーンルーム内に搬送されたウェハには、これらの樹脂材から放出される有機物が付着し、自然酸化膜が時間と共に厚く形成される。この現象は、有機物によりウェハの表面に自然酸化膜が増速的に成長したり、また、エリプソメータを用いて測定する場合には、ウェハの表面に付着した有機物によって測定対象の酸化膜の屈折率が変化したりする結果と思われる。
【００１１】
半導体製造プロセスで用いられる種々の薬液は、有機物を溶解して除去する能力を持たないため、有機物が付着するとウェハ表面に残存する。残存した有機物は、熱等によりその形態を変えて酸化膜中に取り込まれた場合は耐圧等の酸化膜の信頼性が急激に劣化する。
【００１２】
最近の知見によると、有機物の中には沸点が比較的に低い有機物と高い有機物とが存在することが分かっている。アルコール等の低脂肪族からなる有機物は沸点が低い有機物に分類され、一方、クリーンルームのシール材に添加されるシロキサン又はフタル酸を含む有機物は沸点が高い有機物に分類される。特に、沸点が高い有機物は、炉等の高温で処理される熱処理装置における６５０℃〜７５０℃の温度帯域では昇華しないため、例えばＭＯＳ型トランジスタの場合にはゲート酸化膜中に残った炭素原子がシリコン原子と結合して炭化珪素（ＳｉＣ）が生成され、生成された炭化珪素がエネルギー準位を形成して電圧印加時のリークパスを生じさせる。その結果、経時絶縁破壊の指標であるＱ_ＢＤ値が異常となる等の耐圧に劣化が生じる。
【００１３】
前述したように、フッ酸系のエッチ液は、有機物に対する除去能力を有さないため、有機物が残存する可能性が高い。
【００１４】
現在、有機物を除去する方法には、薬液を用いるウェット法と、ガスを用いるドライ法とがある。
【００１５】
有機物が除去可能なウェット法は、硫酸と過酸化水素水との混合液（Ｓｕｌｆｕｒｉｃａｃｉｄ−ＨｙｄｒｏｇｅｎＰｅｒｏｘｉｄｅＭｉｘｔｕｒｅ：ＳＰＭ）を用いる。しかしながら、このウェット法は、処理後の乾燥時にウォーターマーク等の酸化物の異常成長を誘発するおそれがある。また、微細化が進んだ現在では、アスペクト比が高い回路パターンにおいては、乾燥時に毛細管現象により該パターンが破壊されることが知られている。
【００１６】
これに対し、有機物が除去可能なドライ法は、チャンバ内に大気を導入し、エキシマ光又はＵＶ光を用いて有機物を分解する方法である（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、特許文献１においては、有機物が除去される一方、ランプ等の熱により酸化膜が形成されてしまい、プロセスが制御可能な製造方法を開示しているとはいえない。
【００１７】
また、従来の半導体製造装置は、有機物と反応して生成される反応物質を速やかに除去する構造を有していない。一般的には、単に、真空ポンプ又は工場に設置された用力の排気の陰圧により、大気やボンベ等からガスをチャンバ内に導入し、該チャンバ内で有機物と反応させる構造を採る。この場合、ウェハ表面に均一に反応ソースガスを分布させるには、より多くの流量が必要となる。その上、反応生成物を速やかに除去するには、排気速度を上げる必要がある。ところが、流量を増大したり、排気を高速度で行なったりすると、ウェハを支持するステージ等によりチャンバ内に乱流が発生するため、反応生成質の残渣がウェハ表面でパーティクルとなって、半導体装置の歩留まりが低下する。
【００１８】
さらには、有機物の除去能力をウェハの主面上で均一とするには、導入ガスや排ガスの流量を正確に調節する必要がある。しかしながら、現状では、有機物の除去処理がウェハ面内で均一に行なわれているか否かの面内分布を正確に測定する方法は確立されていない。
【００１９】
また、本願発明者らは、有機物からなる付着物を除去する方法として、薬液を用いるよりも、活性酸素を含む雰囲気にさらす方法の有用性を以下のような実験を行なうことにより得ている。
【００２０】
図１３にＨＳＧ化処理を行なう前におけるＡＰＭ及び希フッ酸（ＤｉｌｕｔｅｄＨｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃａｃｉｄ：ＤＨＦ）を用いたディップエッチの処理回数とキャパシタの容量との関係を示す。ここで、縦軸はキャパシタの容量を表わし、横軸はウェハ番号（１−１，２−１等）を表わしており、また、アモルファスシリコンを堆積してから２４時間が経過した場合を示している。
【００２１】
通常、ＨＳＧ化処理の前に行なうディップエッチは、自然酸化膜の膜厚に対して３００％〜４００％の時間を掛けるオーバーエッチとしている。しかしながら、図１３に示すように、ウェハのクリーンルーム内での放置時間が２４時間又はそれを超える場合には、比較用の設備Ａにおける１回のディップエッチでは、キャパシタの容量が規格の下限値である１０ｆＦ程度にまで低下していることが分かる。ところが、試作用の設備Ｂにおいて、複数回のディップエッチを行なうと、規格の上限値である２０ｆＦを超える程度にまで増大する。
【００２２】
これは、ウェハに付着した有機物からなるクラスタがマスクとなり、自然酸化膜が島状に残存することにより、粗面化が阻害された結果であると推測される。具体的には、ＳＰＭを用いた洗浄をディップエッチの前に実施することにより、複数回のディップエッチと同等の効果を得られたことにより証明される。このことから、有機物の付着形状はクラスタ状であると考えられる。従って、酸化膜を除去するエッチングやゲート絶縁膜を成長する前の、いわゆる炉前洗浄においては、このクラスタ状の有機物がマスクの効果を持ち、リフトオフされながらエッチングが進行すると推察される。
【００２３】
しかしながら、長時間の薬液処理を行なったり、複数回の薬液処理を行なったりすると、ウェハが受ける乾燥時の回転による物理的衝撃や、毛細管現象による収縮時の衝撃等により回路パターンが倒れてしまうという問題がある。
【００２４】
また、キャパシタのＨＳＧ処理においては、ウェットエッチによるシリコンの膜減りによって粗面粒子が脱落して、電極同士がつながってしまい、歩留まりが急激に低下する。このため、薬液を用いた有機物の除去方法は、微細化が進行する現在では現実的でない。
【００２５】
本発明は、前記従来の問題を解決し、ウェハに付着する有機物からなる付着物を、薬液を用いることなく確実に除去できるようにすることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る有機物除去装置は、ガスの導入口及び排気口を有するチャンバと、チャンバ内に設けられ、上面にウェハを載置するステージと、チャンバにステージと対向するように設けられた光源とを備え、有機物からなる付着物が付着したウェハをステージに載置し、酸素を含むガスをウェハの表面の全面にわたって均一となるようにチャンバに導入すると共に、酸素を活性化する波長を持つ照射光を光源からウェハに照射して、活性化した酸素により有機物を分解して除去する。
【００２７】
本発明の有機物除去装置によると、酸素を含むガスをウェハの表面の全面にわたって均一となるようにチャンバに導入すると共に、酸素を活性化する波長を持つ照射光をウェハに照射して、活性化した酸素により有機物を分解して除去するため、ウェハに付着する有機物からなる付着物を、薬液を用いることなく確実に除去することができる。
【００２８】
本発明の有機物除去装置において、照射光はエキシマ光又は紫外光であることが好ましい。
【００２９】
本発明の有機物除去装置において、導入口及び排気口には、ガスの流量及び分圧を調節する流量制御手段が設けられていることが好ましい。
【００３０】
本発明の有機物除去装置において、導入口と排気口とは、ウェハを挟んで該ウェハの径方向の一延長線上に位置するように設けられていることが好ましい。
【００３１】
また、本発明の有機物除去装置において、導入口と排気口とは、ウェハを挟んで該ウェハの径方向の一延長線上に対向するように位置し、導入口及び排気口には、ウェハの径寸法よりも大きいか等しい幅を有するマニュホールドがそれぞれ設けられていることが好ましい。
【００３２】
また、本発明の有機物除去装置において、導入口と排気口とは、チャンバの側壁で且つウェハを挟んで該ウェハの径方向の一延長線上に位置すると共に、導入口はウェハよりも高く、排気口はウェハよりも低くなるように設けられていることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の有機物除去装置において、導入口はウェハの上方に設けられ、排気口はウェハの下方に設けられていることが好ましい。
【００３４】
本発明の有機物除去装置において、ウェハの面内における、照射光による温度分布に基づいて、チャンバに導入するガスの流量を調節することが好ましい。
【００３５】
この場合に、ガスの流量は、０．１ｍ／ｓ〜１．５ｍ／ｓであることが好ましい。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いたキャパシタの製造方法の製造フローの概略を示している。
【００３８】
図１に示すように、ＨＳＧ化されるキャパシタの製造プロセスにおいては、まず、アモルファスシリコン等からなる下部電極形成膜を形成し、形成した下部電極形成膜に対して１回目の有機物の除去を実施する。その後、自然酸化膜を除去し、さらに２回目の有機物の除去を行なった後、下部電極形成膜の表面をＨＳＧ化する。その後、３回目の有機物の除去を行ない、再度、下部電極形成膜の表面の自然酸化膜を除去する。続いて、下部電極形成膜に不純物をドープする前に、４回目の有機物の除去を行なう。
【００３９】
なお、第１の実施形態においては、下部電極形成膜の形成工程の後、ＨＳＧの形成工程の前後、及び下部電極形成膜に対する不純物ドープ工程の前の合わせて４回の有機物除去を行なっているが、４回の除去工程のうちいずれか１回でも行なえば、本発明の効果を得ることができる。
【００４０】
ここで、１回目及び２回目の有機物の除去工程は、ＨＳＧにおける半球状の粒子の生成を確実に行なえるという効果を奏し、３回目及び４回目の有機物の除去工程は、下部電極形成膜への不純物のドープを確実に行なえるという効果を奏する。
【００４１】
図２は本発明に係る有機物除去装置における除去方法を模式的に表わしている。図２に示すように、シリコンからなるウェハ（半導体基板）１０の表面に付着した炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）及び酸素（Ｏ）を含む有機物からなる付着物２０に対して、酸素を含む雰囲気で波長が１７２ｎｍのエキシマ光を照射して、雰囲気中の酸素を活性化する。この活性化した酸素によって、付着物２０は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）にそれぞれ燃焼（酸化）して分解されることにより、ウェハ１０から除去される。
【００４２】
なお、エキシマ光の光源には、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、又は塩化クリプトン（ＫｒＣｌ）等を用いればよい。また、エキシマ光に代えて、波長が約２５０ｎｍ以下の紫外（ＵＶ）光を用いてもよい。
【００４３】
図３は有機物を除去したウェハと除去しないウェハとにおける残留有機物量と放置時間との関係を示している。図３に示すように、有機物を除去されたウェハの場合は、処理後１７０時間程度放置されても、有機物の量は１ｎｇ程度である。
【００４４】
以下、本発明に係る有機物除去装置の具体的な構成を説明する。
【００４５】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、第１の実施形態に係る有機物除去装置は、ガスの導入口１０１及び反応後のガスの排気口１０２を有するチャンバ１００と、チャンバ１００の内部に設けられ、上面にウェハ１０の周縁部を少なくとも３点で支持するステージ１０３と、チャンバ１００の上側にステージ１０３と対向するように設けられた光源としてのエキシマランプ１０４とを備えている。
【００４７】
図４（ａ）に示すように、第１の実施形態の特徴として、導入口１０１は、その幅が５ｍｍであり、チャンバ１００の側壁におけるウェハ１０の主面の高さから２．５ｍｍの上方に設けられている。また、排気口１０２は、その幅が５ｍｍであり、導入口１０１と対向する他の側壁におけるウェハ１０の主面の高さから２．５ｍｍの下方に設けられている。この構成により、チャンバ１００内において、ガスの流れがステージ１０３の影響を受けなくなるため、滑らかで且つ速やかとなる。
【００４８】
また、図４（ｂ）に示すように、導入口１０１と排気口１０２とは、ウェハ１０を挟んで該ウェハ１０の径方向の一延長線上に対向するように設けられている。この構成により、ガスの流れはウェハ１０の表面を均一に流れやすくなる。
【００４９】
ここで、チャンバ１００内を流れるガスに乱流が生じないようにするには、導入側の流速を０．１ｍ／ｓ〜１．５ｍ／ｓ程度、より好ましくは０．２５ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓ程度に設定することが重要である。
【００５０】
導入口１０１と排気口１０２との各開口形状は、パイプのような円形状ではなく、長方形状とすることが好ましい。このような形状とすることにより、導入されるガスの流量と排気速度とを同時に調節して、ガスの流量を０．１ｍ／ｓ〜１．５ｍ／ｓ程度に確実に制御できるため、チャンバ１００内の乱流が抑えられるので、反応性ガスをウェハ１０の主面上に均一に分布させることができる。
【００５１】
これに対し、従来の装置は、チャンバにおけるガスの導入口と排気口との互いの位置関係に何ら工夫がなされていない。さらには、チャンバ内のガスの流れ（方向及び速度）に対する配慮が欠けており、排気バルブとガスの流量とによってチャンバ内のガスの流れを調節しているに過ぎない。
【００５２】
なお、第１の実施形態の一変形例として、導入口１０１と排気口１０２との互いの平面位置はチャンバ１００の対角位置に設けず、図４（ａ）に示すように、導入口１０１と排気口１０２とにおける垂直な方向の高さを変える、すなわち、導入口１０１の開口位置をウェハ１０よりも高くし、逆に排気口１０２の開口位置をウェハ１０よりも低くするだけの構成でもよい。これにより、ウェハ１０の主面上に滞留するガスの量が減少するため、少ない流量でウェハ１０の主面上に均一に分布させることが可能となる。その結果、チャンバ１００内に０．２５ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓの流速を実現できるので、チャンバ１００内の乱流を抑えることができる。この変形例においては、排気口１０２の位置に対する設定マージンが大きく、例えば、ウェハ１０の主面の高さから２５ｍｍ程度の下方に設けても同様の効果を得られる。
【００５３】
また、チャンバ１００の平面構成は方形状に限られず、円形状であっても良い。
【００５４】
以下、第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いたキャパシタの製造方法について説明する。
【００５５】
図５〜図８は本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いる場合のキャパシタの製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００５６】
まず、図５（ａ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、シリコン（Ｓｉ）からなるウェハ１０の主面上に、アモルファスシリコンからなる下部電極形成膜３０を形成する。
【００５７】
次に、図５（ｂ）に示すように、下部電極形成膜３０を形成してからＨＳＧ化するまでの間に、該下部電極形成膜３０の表面に自然酸化膜２１が形成される。さらには、前述したようにクリーンルームを構成する部材等から有機物が揮発して雰囲気中に混入し、自然酸化膜２１は、この雰囲気にさらされて、その表面に有機物からなる付着物２０が付着する。
【００５８】
そこで、図５（ｃ）に示すように、酸素と窒素とを含む雰囲気に自然酸化膜２１をさらしながら、該自然酸化膜２１の表面にエキシマ光を照射することにより酸素を活性化し、活性化した酸素により付着物２０を燃焼して除去する。
【００５９】
ＨＳＧ化処理を行なう際に、従来のように、アモルファスシリコンからなる下部電極形成膜３０の表面に自然酸化膜２１及び有機物からなる付着物２０が付着していると、後述するシリコンのマイグレーション効果が阻害されて、十分なＨＳＧ化が困難となる。このため、従来からＨＳＧ化処理を行なう前には、自然酸化膜２１を除去するためのディップエッチを行なっている。ここで、従来は、ウェハ１０をＨＳＧ化装置に投入するまでの搬送及び待機期間を１時間以下とする制約を持たせることにより、キャパシタとしての容量の安定化を図っている。
【００６０】
第１の実施形態においては、ディップエッチを行なう前に有機物の除去を行なっている。これにより、有機物の除去を行なうと共に、有機物以外の汚染物質に対してはバリア膜となる自然酸化膜２１をモノレイヤ単位で形成することができる。
【００６１】
次に、図５（ｄ）に示すように、ウェハ１０に対して、ＡＰＭ及びＤＨＦによるディップエッチを行なって自然酸化膜２１を除去する。
【００６２】
次に、図６（ａ）に示すように、自然酸化膜２１を除去した後、ウェハ１０を放置すると、下部電極形成膜３０の表面に有機物からなる付着物２０が付着する。この場合も、図６（ｂ）に示すように、下部電極形成膜３０を酸素と窒素とを含む雰囲気にさらしながら、下部電極形成膜３０の表面にエキシマ光を照射することにより、付着物２０を燃焼して除去する。
【００６３】
次に、温度が約６００℃のジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）又はモノシラン（ＳｉＨ_４）を含む雰囲気中に下部電極形成膜３０をさらすことにより、シリコンの種結晶を下部電極形成膜３０の表面に付着させる。続いて、温度を約６００℃から６３０℃程度までに上昇させる工程において、シリコンの種結晶が付着した下部電極形成膜３０の表面をマイグレーションさせる。これにより、図６（ｃ）に示すように、下部電極形成膜３０から、その表面に球面状の凹凸（ＨＳＧ）を持つ下部電極３０Ａを形成する。
【００６４】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＨＳＧ化された下部電極３０Ａに対して、その導電性を高めるための不純物ドープを行なうまでの間に、下部電極膜３０Ａの表面に自然酸化膜２１が形成される。さらには、クリーンルームを構成する部材等から有機物が揮発して雰囲気中に混入し、自然酸化膜２１の表面に有機物からなる付着物２０が付着する。
【００６５】
そこで、図７（ａ）に示すように、酸素と窒素とを含む雰囲気に自然酸化膜２１をさらしながら、該自然酸化膜２１の表面にエキシマ光を照射することにより、付着物２０を燃焼して除去する。
【００６６】
次に、図７（ｂ）に示すように、ウェハ１０に対して、ＡＰＭ及びＤＨＦによるディップエッチを行なって自然酸化膜２１を除去する。
【００６７】
次に、図７（ｃ）に示すように、自然酸化膜２１を除去した後、ウェハ１０を放置すると、下部電極膜３０Ａの表面に有機物からなる付着物２０が付着する。従って、図７（ｄ）に示すように、下部電極膜３０Ａを酸素と窒素とを含む雰囲気にさらしながら、下部電極膜３０Ａの表面にエキシマ光を照射することにより、付着物２０を燃焼して除去する。この有機物除去工程により、キャパシタの容量は２０ｆＦ程度に上昇することを確認しており、５ｆＦ程度向上する。ＤＲＡＭとしての歩留まりも、冗長救済処置を行なった後で９８％程度にまで向上する。
【００６８】
次に、図８（ａ）に示すように、フォスフィン（ＰＨ_３）等の燐を含むドーパントガスを用いて下部電極３０Ａの上部に燐を拡散させることにより、燐イオンが拡散してなるｎ型拡散層３０ａを形成する。これにより、形成されるキャパシタの容量値をより高くすることができる。なお、ドーパントはｎ型には限られない。
【００６９】
次に、図８（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法により、下部電極３０Ａの上に窒化シリコンからなり、厚さが約６ｎｍの容量絶縁膜３１を堆積する。続いて、堆積した容量絶縁膜３１の上に、シリコンからなる上部電極３２を形成して、ＨＳＧ化された下部電極３０Ａ、容量絶縁膜３１及び上部電極３２により構成されるキャパシタを得ることができる。
【００７０】
以上説明したように、ＨＳＧ処理を含むキャパシタの製造工程に、本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いるため、ＨＳＧ化されたキャパシタの容量は、従来の製造装置を用いた場合の±５ｆＦのばらつきが、±２ｆＦに低減される。
【００７１】
また、チャンバ１００における導入口１０１と排気口１０２とを、ウェハ１０を挟んでその径方向の一延長線上に位置するように設けている。このため、エキシマ光の照射により、ウェハ１０の温度上昇と酸素の活性化とが進行して、ウェハ１０の表面に形成される酸化膜の生成が抑制されるので、ウェハ１０の表面に付着した有機物からなる付着物２０を確実に除去することができる。
【００７２】
また、ウェハを酸化性雰囲気にさらす半導体製造装置においては、ウェハの表面に形成される酸化膜の膜厚を均一にするには、従来は例えば酸素と窒素とを含む混合ガスのチャンバ内における流量は、３Ｌ／ｍｉｎ〜５Ｌ／ｍｉｎ程度であるが、第１の実施形態においては、該流量を０．２５Ｌ／ｍｉｎ〜２．０Ｌ／ｍｉｎ程度にまで低減することができる。
【００７３】
これにより、第１の実施形態においては、酸化膜の膜厚を確実に制御することができる。従って、例えばキャパシタに代えてＭＯＳ型トランジスタを製造する場合には、該トランジスタのしきい値電圧制御用の不純物イオンを犠牲酸化膜を介して注入する際に、犠牲酸化膜による不純物度イオンにおけるウェハへの注入量の減少を低減できるため、プロセス設計が容易となる。
【００７４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
従来、反応性ガスをチャンバに導入し、導入された反応性ガスにより生成された反応生成物をチャンバから排出する構成を持つ半導体製造装置は、反応性ガスをウェハ表面に均一に分布させる方法として、ガスの導入口の形状をシャワー状とする等、導入口に限り改善がなされている。
【００７６】
しかしながら、従来は反応生成物の排気速度に対しては何ら工夫がなされておらず、そのため、チャンバ内の雰囲気を置換するためには、排気口に設けたバタフライバルブによって排気速度を調整している。
【００７７】
前述したように、チャンバ内におけるガスの流れを速やかにし、乱流が発生しないようにするには、ガスの導入側における流速を０．１ｍ／ｓ〜１．５ｍ／ｓ程度に調整することが重要である。
【００７８】
図９に本発明の第２の実施形態に係る有機物除去装置の平面構成を示す。図９において、図４（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００７９】
図９に示すように、第２の実施形態に係る有機物除去装置は、ガスの導入側が第１の導入口１０１ａと第２の導入口１０１ｂとの分かれて構成されており、それぞれ流量制御手段としての第１のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１０ａ及び第２のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１１０ｂが設けられている。このＭＦＣ１１０ａ、１１０ｂはチャンバ１００内のガスの分圧を調節することも可能である。
【００８０】
さらに、チャンバ１００内の流速を制御するには、排気口１０２にも第３のＭＦＣ１１１を設ける。従来、常圧付近で使用する設備（半導体製造装置）は、一般的に、工場等に設置された用力の排気をそのまま使用することが多い。そのため、排気速度の調整が極めて困難である。
【００８１】
第２の実施形態においては、ＭＦＣのような流速と圧力とを制御する制御手段を設けることにより、ガスの流速によってバルブの開閉にフィードバックがかけられる構成とする。
【００８２】
このように、導入ガスの流量と排ガスの流速とを同時に調整することにより、ウェハ１０上におけるガスの流速を０．３ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓ程度に制御できるため、チャンバ１００内の乱流が抑えられるので、反応性ガスをウェハ１０の主面上に均一に分布させることができる。
【００８３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８４】
図１０は本発明の第３の実施形態に係る有機物除去装置の平面構成を示している。図１０において、図４（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８５】
図１０に示すように、ウェハ１０の主面上におけるガスの流れをさらに均一にするために、導入口１０１側と排気口１０２側とに、ガスが流通可能な仕切板１１３により仕切られてなるマニュホールド状のバッファエリア１１２を設ける。ここで、各仕切板１１３は、導入口１０１側においては吸気抵抗となり、排気口１０２側においては排気抵抗となり、導入口１０１及び排気口１０２における各ガスの流速がほぼ一定となるように設けられている。
【００８６】
また、導入口１０１及び排気口１０２は、ウェハ１０を挟んでその径方向の一延長線上に位置するように設けられており、各仕切板１１３は、導入口１０１及び排気口１０２を結ぶ延長線に対して直角に交差するように設けられている。
【００８７】
さらに、図示はしていないが、導入口１０１及び排気口１０２には、ＭＦＣ等の流量制御手段を設けている。
【００８８】
第３の実施形態においては、各仕切板１１３を設けたことにより、ウェハ１０とエキシマランプ（図示せず）との間隔が５．０ｍｍとなるため、導入口１０１の位置は、ウエハの主面の高さから上に２．０ｍｍ〜２．５ｍｍとし、排気口の位置は、ウェハの主面の高さから下に２．０ｍｍ〜２．５ｍｍとする。
【００８９】
従って、第３の実施形態においては、導入ガスの流量と排ガスの流速とを同時に制御することにより、チャンバ１００内における導入ガスの流速を０．３ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓ程度に制御できるため、チャンバ１００内に生じるガスの乱流を抑制できるので、ウェハ１０の主面上に反応性ガスを均一に分布させることができる。
【００９０】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９１】
図１１は本発明の第４の実施形態に係る有機物除去装置の断面構成を示している。図１１において、図４（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００９２】
図１１に示すように、第４の実施形態に係る有機物除去装置は、複数の導入口１０１がチャンバ１００の上に配置されている。具体的には、５つの導入口１０１が、エキシマランプ１０４同士の間で且つ同心円状に設けられている。各導入口１０１は、エキシマランプ１０４の上側でマニュホールド１１４と接続され、外部から導入される２種類以上のガス、ここでは酸素ガスと窒素ガスとが均一に混合される。従って、マニュホールド１１４で混合された混合ガスは、各導入口１０１を通ってウェハ１０の主面に対して垂直に且つ均一に導入される。
【００９３】
一方、排気口１０２は、ステージ１０３の下方、すなわちウェハ１０の中央部の下方に設けられている。
【００９４】
この構成により、チャンバ１００の上部から導入された反応性ガスが下方に流れるダウンフローを実現できるため、ウェハ１０の主面上に滞留するガスの量を大幅に減少できるので、より少ない流量でも反応性ガスをウェハ１０の主面上に均一に分布させることが可能となる。第４の実施形態に係る有機物除去装置は、０．２５ｍ／ｓ〜０．３５ｍ／ｓの流速であっても、チャンバ１００内に乱流を起こさないようにすることができる。
【００９５】
さらには、有機物からなる付着物が分解され、その結果生じた反応生成物をウェハ１０の主面に再付着させることなく、チャンバ１００から排出することができる。
【００９６】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００９７】
本発明の第１〜第４の実施形態に係る有機物除去装置は、エキシマランプ１０４を用いており、ランプ自体が熱源となるため、チャンバ１００、すなわちウェハ１０を適当に冷却する必要がある。ところが、ウェハ１０の温度が面内で均一か否か、また、有機物からなる付着物を分解する反応性ガスがウェハ１０の主面の全面にわたって均一であるか否かを外部から確認することは容易でない。
【００９８】
第５の実施形態においては、ウェハ１０に対する熱の収支に着目する。前述したようにエキシマランプ１０４は発熱源であり、これに対し、チャンバ１００内に導入されるガス及び排気はウェハ１０に対する冷却材となる。
【００９９】
この原理に基づいて、複数の温度測定端子が設けられたウェハ（ＴＣウェハ）をチャンバ１００内に投入して、実際のプロセス時間よりも長い時間で温度が一定となるように、導入ガスの流量と排気の流量を調節する。
【０１００】
ここでは、実プロセス時間が３０秒程度以下であるのに対し、チャンバ雰囲気の調整時間を６０秒〜９０秒に設定する。
【０１０１】
具体的には、プロセス時の導入ガスを常時流すと共に、排気の量もプロセス時と常時同一の状態にしておく。さらに、ＴＣウェハの温度が、クリーンルームと同一の２３℃〜２５℃程度になった後に、エキシマランプ１０４を６０秒〜９０秒間点灯させ、このときのＴＣウェハの温度が一定となるように導入ガスと排気との流速を設定する。
【０１０２】
第５の実施形態においては、ウェハ面内の温度の均一性を±２℃に設定している。その結果、有機物からなる付着物２０の除去性が安定する。すなわち、エキシマランプ１０４の発熱によって形成されるウェハ１０の表面に形成される酸化膜の膜厚を、ウェハの面内で０．１ｎｍ以下にすることができる。このときのガスの流量は、ガスの流れが一定となる０．２５ｍ／ｓ〜１．０ｍ／ｓを超えない範囲で設定する。
【０１０３】
このように、第５の実施形態によると、チャンバ内に実際のプロセスと同一条件でガスの導入及び排気を行なうと共に、実際のプロセスよりも長い時間を掛けて、ウェハ表面の温度を多点で観測して調整することにより、有機物の除去と酸化膜の形成量とを確実に制御することができる。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明に係る有機物除去装置によると、活性化した酸素により有機物を分解して除去するため、ウェハに付着する有機物からなる付着物を、薬液を用いることなく確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いたキャパシタの製造方法を示す概略フロー図である。
【図２】本発明に係る有機物除去装置における除去方法を示す模式図である。
【図３】有機物を除去したウェハと除去しないウェハとにおける残留有機物量と放置時間との関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いたキャパシタの製造方法を示す工程順の模式的な構成断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いたキャパシタの製造方法を示す工程順の模式的な構成断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いたキャパシタの製造方法を示す工程順の模式的な構成断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る有機物除去装置を用いたキャパシタの製造方法を示す工程順の模式的な構成断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る有機物除去装置を示す模式的な平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る有機物除去装置を示す模式的な平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る有機物除去装置を示す模式的な平面図である。
【図１２】ウェハの放置時間と自然酸化膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図１３】キャパシタの下部電極にＨＳＧ化処理を行なう前の、ＡＰＭ及びＤＨＦを用いたディップエッチの処理回数とキャパシタの容量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ウェハ（半導体基板）
２０付着物（有機物）
２１自然酸化膜
３０下部電極形成膜
３０Ａ下部電極
３０ａｎ型拡散層
３１容量絶縁膜
３２上部電極
１００チャンバ
１０１導入口
１０１ａ第１の導入口
１０１ｂ第２の導入口
１０２排気口
１０３ステージ
１０４エキシマランプ（光源）
１１０ａ第１のマスフローコントローラ（流量制御手段）
１１０ｂ第２のマスフローコントローラ（流量制御手段）
１１１第３のマスフローコントローラ（流量制御手段）
１１２バッファエリア
１１３仕切板
１１４マニュホールド

Claims

ガスの導入口及び排気口を有するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、上面にウェハを載置するステージと、
前記チャンバに前記ステージと対向するように設けられた光源とを備え、
有機物からなる付着物が付着したウェハを前記ステージに載置し、酸素を含むガスを前記ウェハの表面の全面にわたって均一となるように前記チャンバに導入すると共に、酸素を活性化する波長を持つ照射光を前記光源から前記ウェハに照射して、活性化した酸素により前記有機物を分解して除去することを特徴とする有機物除去装置。
前記照射光は、エキシマ光又は紫外光であることを特徴とする請求項１に記載の有機物除去装置。
前記導入口及び排気口には、ガスの流量及び分圧を調節する流量制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物除去装置。
前記導入口と前記排気口とは、前記ウェハを挟んで該ウェハの径方向の一延長線上に位置するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の有機物除去装置。
前記導入口と前記排気口とは、前記ウェハを挟んで該ウェハの径方向の一延長線上に対向するように位置し、前記導入口及び排気口には、前記ウェハの径寸法よりも大きいか等しい幅を有するマニュホールドがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物除去装置。
前記導入口と前記排気口とは、前記チャンバの側壁で且つ前記ウェハを挟んで該ウェハの径方向の一延長線上に位置すると共に、
前記導入口は前記ウェハよりも高く、前記排気口は前記ウェハよりも低くなるように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物除去装置。
前記導入口は前記ウェハの上方に設けられ、前記排気口は前記ウェハの下方に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物除去装置。
前記ウェハの面内における、前記照射光による温度分布に基づいて、前記チャンバに導入するガスの流量を調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機物除去装置。
前記ガスの流量は、０．１ｍ／ｓ〜１．５ｍ／ｓであることを特徴とする請求項８に記載の有機物除去装置。