JP2004274076A - Method for manufacturing semiconductor device and manufacturing apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロセスガスをプラズマ状態にして半導体基板上にCVD膜を形成したりドライエッチング行うようにした半導体装置の製造装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in an apparatus for manufacturing a semiconductor device in which a process gas is formed into a plasma state and a CVD film is formed on a semiconductor substrate or dry etching is performed.
本発明の発明者は、高周波電源に接続される少なくとも1対の電極をチャンバ内に配設してなるエッチング装置内で、半導体基板に形成されたシリコン酸化膜の一部を反応性ガスとの反応により除去するようにしたドライエッチング法として、半導体基板をチャンバ内に設置し、チャンバ内に、少なくともハロゲン間化合物ガスと弗化炭素ガスとを導入してから、高周波電源から上記電極に高周波電圧を印加するようにしたドライエッチング法について提案している。これは、ハロゲン間化合物による非プラズマ状態におけるエッチング作用を利用して、反応ガスの分解,重合による付着物の生成を抑制し、メンテナンスフリー,パーティクルフリーのドライエッチングを行おうとする技術である。 The inventor of the present invention has disclosed that, in an etching apparatus in which at least one pair of electrodes connected to a high-frequency power supply is provided in a chamber, a part of a silicon oxide film formed on a semiconductor substrate is reacted with a reactive gas. As a dry etching method for removing by a reaction, a semiconductor substrate is placed in a chamber, at least an interhalogen compound gas and a carbon fluoride gas are introduced into the chamber, and then a high-frequency voltage is applied from a high-frequency power source to the electrode. Has been proposed for a dry etching method in which is applied. This is a technique that utilizes the etching action of the interhalogen compound in a non-plasma state to suppress the decomposition of a reaction gas and the generation of deposits due to polymerization, thereby performing maintenance-free and particle-free dry etching.
また、上記ドライエッチング方法を実施するために適したドライエッチング装置をも提案している。これは、図10に示すように、半導体基板X1を設置してガスによるエッチングを行うためのチャンバ51と、チャンバ51に反応性ガスを供給するガス供給装置56,57と、上記チャンバ内に配設された少なくとも1対の電極52a,52bと、この電極52a,52b間に高周波電圧を印加するための高周波電源53と、ガス供給装置56,57にガス配管を介して接続され、チャンバの上部からガスを吹き出すための多数の細孔を有する第1ガス吹出口54aと、ガス供給装置56,57にガス配管を介して接続され、チャンバの側部からガスを吹き出すための多数の細孔を有する第2ガス吹出口54bと、チャンバ51からガスを排出するための排出管55とを備えている。これは、細孔から吹き出すガスの流速が高いときには、付着物が生成されにくいという事実に着目し、チャンバを連続的に使用できる期間の延長を図るものである。
In addition, a dry etching apparatus suitable for performing the above dry etching method has been proposed. As shown in FIG. 10, a
しかし、上記先の発明におけるドライエッチング方法及びドライエッチング装置では、下記のような問題があった。 However, the dry etching method and the dry etching apparatus according to the above invention have the following problems.
第1に、化学的気相成長法つまりCVD法によって酸化膜等を形成する場合にも、チャンバ壁面に付着した反応生成物を除去する制御が必要となっており、CVDプロセスの円滑な進行を妨げている。しかし、上記先の発明では、CVD法等における反応生成物の付着をどのように抑制するかについての解決手段が講じられていなかった。本発明の第1の目的は、プロセスガスを使用するCVD法等の半導体装置の製造において生成される付着物の発生を抑制しうる方法を提供することにある。 First, even when an oxide film or the like is formed by a chemical vapor deposition method, that is, a CVD method, control for removing a reaction product adhered to a chamber wall surface is required, and a smooth progress of the CVD process is required. Hindering. However, in the above-mentioned prior invention, no solution has been taken on how to suppress the adhesion of the reaction product in the CVD method or the like. A first object of the present invention is to provide a method capable of suppressing the generation of deposits generated in the manufacture of a semiconductor device such as a CVD method using a process gas.
一方、上記公報の技術に開示されるClF3 ガス等を利用して、ポリシリコン膜等の導電性膜をエッチングしようとすると、下記のような問題があった。すなわち、ポリシリコン膜等の導電性膜のエッチングについては、一般に下地がゲート酸化膜や層間絶縁膜等のSiO2 系の膜になることが多いので、ポリシリコン膜とSiO2 系膜とのエッチング速度比つまり選択比を大きくとる必要がある。ところが、F原子がガス中に多く存在すると、SiO2 系膜のエッチングが促進されるため、選択比を大きくとることが困難であった。したがって、上記従来のドライエッチング技術をそのまま導電性膜に適用しても、実効を得られない虞れがあった。本発明の第2の目的は、配線部材等の導電性部材をエッチングする際に、下地のSiO2 系膜との選択比を高く維持しながら、付着物の生成を抑制する手段を講ずることにある。 On the other hand, when a conductive film such as a polysilicon film is to be etched using a ClF3 gas or the like disclosed in the above-mentioned publication, there are the following problems. That is, in the etching of a conductive film such as a polysilicon film, since the base is generally an SiO2 based film such as a gate oxide film or an interlayer insulating film, the etching rate ratio between the polysilicon film and the SiO2 based film is generally high. That is, it is necessary to increase the selection ratio. However, when a large number of F atoms are present in the gas, the etching of the SiO2 based film is promoted, so that it is difficult to increase the selectivity. Therefore, even if the above-mentioned conventional dry etching technique is applied to a conductive film as it is, there is a possibility that the effect cannot be obtained. A second object of the present invention is to provide a means for suppressing the formation of deposits while maintaining a high selectivity with respect to an underlying SiO2 based film when etching a conductive member such as a wiring member. .
さらに、上記先の発明に示される図10の装置では、チャンバ内部において、天井側及び側方から高速のガスが供給されるものの、コーナー部分ではガスが十分回り込まない箇所が生じるという問題があった(同図の矢印部分参照)。本発明の第3の目的は、エッチング等の化学処理を行う装置として、高速のガス流がチャンバ内の全域に行き渡るようにチャンバを構成することにより、さらにチャンバの内壁への付着物の低減を図ることにある。 Further, in the apparatus of FIG. 10 shown in the above-mentioned invention, although a high-speed gas is supplied from the ceiling side and the side inside the chamber, there is a problem that a portion where the gas does not sufficiently flow around occurs at a corner portion. (See the arrow in the figure). A third object of the present invention is to configure a chamber as a device for performing a chemical treatment such as etching so that a high-speed gas flow can be distributed throughout the chamber, thereby further reducing the amount of deposits on the inner wall of the chamber. It is to plan.
本発明の半導体装置の製造方法は、チャンバ内に、全壁面に多数の細孔を有する内壁部材及びプロセスガスの導入口を有する外壁部材からなる底付二重円筒部材を設置し、反応室となる底付二重円筒部材の内壁部材内方の空間の端部に処理対象となる半導体基板を設置し、上記底付二重円筒部材の内壁部材の各細孔を介し、プラズマ状態で必要な膜の形成に寄与する一方、非プラズマ状態でチャンバ内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するプロセスガスを導入し、上記基板の表面付近の空間で上記プロセスガスをプラズマ状態にして、上記半導体基板に対する化学的処理を行う方法である。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a double cylindrical member with a bottom including an inner wall member having a large number of pores on all wall surfaces and an outer wall member having a process gas inlet is provided in a chamber, and a reaction chamber and A semiconductor substrate to be processed is installed at the end of the space inside the inner wall member of the bottomed double cylindrical member, and through the respective pores of the inner wall member of the bottomed double cylindrical member, the semiconductor substrate required in a plasma state is formed. While introducing a process gas that contributes to the formation of a film and generates a volatile substance with an activation energy of a predetermined value or less with respect to the deposit species generated in the chamber in a non-plasma state and contributes to suppression of the film formation, In this method, the process gas is brought into a plasma state in a space near the surface to perform a chemical treatment on the semiconductor substrate.
これにより、チャンバ内の反応室を構成する底付二重円筒部材の内壁部材内方の空間において、半導体基板にプロセスガスが導入される際、半導体基板に対向する全方向から細孔を介してプロセスガスが吹き出される。したがって、反応室の全壁面に亘ってプロセスガスが流れ、反応室壁面の各部への反応生成物の付着が抑制され、付着物の除去のためのメンテナンスを行うまで連続的にチャンバを使用できる時間が拡大する。 Thereby, when the process gas is introduced into the semiconductor substrate in the space inside the inner wall member of the double cylindrical member with the bottom constituting the reaction chamber in the chamber, through the pores from all directions facing the semiconductor substrate. Process gas is blown out. Therefore, the process gas flows over the entire wall surface of the reaction chamber, the adhesion of the reaction product to each part of the wall surface of the reaction chamber is suppressed, and the time during which the chamber can be used continuously until maintenance for removing the adhered substance is performed. Expands.
本発明の第1の半導体装置の製造装置は、半導体基板に対して化学的処理を施すための半導体製造装置を対象とする。そして、上記半導体基板を所定の雰囲気内で処理するためのチャンバと、プラズマ状態で必要な膜の形成に寄与する一方、非プラズマ状態でチャンバ内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギーで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するプロセスガスを上記チャンバに供給するためのガス供給手段と、上記チャンバ内に配置され、共通の空間を区画する外壁部材と内壁部材とからなる底付二重円筒部材と、上記底付二重円筒部材で囲まれる円筒状空間内に設けられ、基板を設置するための基板取付部と、上記底付二重円筒部材の外壁部材の底部に取り付けられ、チャンバ内に上記プロセスガスを導入するためのガス導入口と、上記内壁部材の底面及び側面に亘って形成され、ガス導入口から導入されたプロセスガスを半導体基板に向って吹き出すための多数の細孔と、上記チャンバ内からガスを排出するための排出口と、上記チャンバ内のプロセスガスを吸引して外部に排出するための排出手段とを設けたものである。 A first semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention is directed to a semiconductor manufacturing apparatus for performing a chemical treatment on a semiconductor substrate. And a chamber for processing the semiconductor substrate in a predetermined atmosphere, and an activation energy of not more than a predetermined value with respect to a deposition species generated in the chamber in a non-plasma state while contributing to formation of a necessary film in a plasma state. A gas supply means for supplying a process gas that generates volatile substances and suppresses film formation to the chamber, and an outer wall member and an inner wall member arranged in the chamber and defining a common space. A bottomed double cylindrical member, provided in a cylindrical space surrounded by the bottomed double cylindrical member, a substrate mounting portion for installing a substrate, and a bottom portion of the outer wall member of the bottomed double cylindrical member. A gas inlet for introducing the process gas into the chamber, and a semiconductive gas formed over the bottom and side surfaces of the inner wall member and introduced from the gas inlet; Provided with a large number of pores for blowing out toward the substrate, a discharge port for discharging gas from the inside of the chamber, and a discharge means for sucking and discharging the process gas in the chamber to the outside It is.
これにより、チャンバ内の反応室を構成する底付二重円筒部材の内壁部材内方の空間において、半導体基板にプロセスガスが導入される際、半導体基板に対向する全方向から細孔を介してプロセスガスが吹き出される。したがって、反応室の全壁面に亘ってプロセスガスが流れ、反応室壁面の各部への反応生成物の付着が抑制され、付着物の除去のためのメンテナンスを行うまで連続的にチャンバを使用できる時間が拡大する。 Thereby, when the process gas is introduced into the semiconductor substrate in the space inside the inner wall member of the double cylindrical member with the bottom constituting the reaction chamber in the chamber, through the pores from all directions facing the semiconductor substrate. Process gas is blown out. Therefore, the process gas flows over the entire wall surface of the reaction chamber, the adhesion of the reaction product to each part of the wall surface of the reaction chamber is suppressed, and the time during which the chamber can be used continuously until maintenance for removing the adhered substance is performed. Expands.
上記プロセスガスに、ハロゲン間化合物ガスや、上記プロセスガスに、XeF2 ガス,希釈されたF2 ガスのうち少なくともいずれか一方を含ませることが好ましい。ハロゲン間化合物ガスやXeガス等を含むプロセスガスの場合、化学的処理を行う間プラズマの影響が極めて小さい反応室壁面で揮発性物質の生成によって反応生成物の付着が抑制される作用が大きい。したがって、上述の作用と相俟って、反応室壁面への反応生成物の付着抑制作用が顕著になる。 It is preferable that the process gas contains an interhalogen compound gas, and the process gas contains at least one of XeF2 gas and diluted F2 gas. In the case of a process gas containing an interhalogen compound gas, a Xe gas, or the like, the effect of suppressing the adhesion of the reaction product by the generation of volatile substances on the wall surface of the reaction chamber where the plasma is extremely small during the chemical treatment is large. Therefore, the effect of suppressing the adhesion of the reaction product to the wall surface of the reaction chamber becomes remarkable in combination with the above-described operation.
上記底付二重円筒部材の内壁部材の側面の細孔の径を、上記内壁部材の底面の細孔の径よりも大きくすることにより、全体として各細孔におけるプロセスガスの流速が均一となり、反応室壁面の各部における反応生成物の付着が確実に抑制される。 By making the diameter of the pores on the side surface of the inner wall member of the double cylinder member with the bottom larger than the diameter of the pores on the bottom surface of the inner wall member, the flow rate of the process gas in each pore as a whole becomes uniform, Adhesion of reaction products to each part of the reaction chamber wall surface is reliably suppressed.
上記内壁部材の各部の細孔を、上記排出手段からの距離が大きいほど開口率が小さくなるように形成することが好ましい。各細孔において排気手段からの距離が短い部位ほどプロセスガスの流速が低下する虞れがあるが、排気手段からの距離に応じて細孔の開口率が高くなるので、各細孔でほぼ均一な流速となり、反応生成物の付着抑制作用が確実となる。 It is preferable that the pores of each part of the inner wall member are formed such that the larger the distance from the discharge means, the smaller the aperture ratio. The shorter the distance from the exhaust means in each pore, the lower the flow rate of the process gas may be, but the opening ratio of the pores increases according to the distance from the exhaust means. And the action of suppressing the adhesion of the reaction product is ensured.
上記導入口を、底付円筒部材の外壁部材の略中心位置に一か所だけ設けることにより、導入口が1か所に集約され、構造が単純化されるとともに、流速の均一化作用も確実に得られる。 By providing the above-described inlet at only one location substantially at the center of the outer wall member of the bottomed cylindrical member, the inlets are concentrated at one location, simplifying the structure and ensuring uniform flow velocity. Is obtained.
上記半導体装置の製造装置を、チャンバ内に上部電極と下部電極とを配置した平行平板型RIEとし、上記底付二重円筒部材の内壁部材を、上部電極を構成する導電性部材を絶縁膜で被覆して構成することにより、構造が単純化され、プロセスガスが滞溜することなく流れるとともに、製造コストが低減される。 The apparatus for manufacturing a semiconductor device is a parallel plate type RIE in which an upper electrode and a lower electrode are arranged in a chamber, and the inner wall member of the double cylindrical member with the bottom is formed of an insulating film with a conductive member constituting the upper electrode. By coating and configuring, the structure is simplified, the process gas flows without stagnation, and the manufacturing cost is reduced.
上記半導体装置の製造装置を、チャンバ内に上部電極と下部電極とを配置したRIEとし、上記チャンバを、上記底付二重円筒部材及び上部電極を配設してなる上部ユニットと、上記下部電極及び基板取付部を配設してなる下部ユニットとに分割して、上部ユニットを下部ユニットに対して着脱自在に構成することにより、構造が単純化され、プロセスガスが滞溜することなく流れるとともに、製造コストが低減される。 The apparatus for manufacturing a semiconductor device is an RIE in which an upper electrode and a lower electrode are arranged in a chamber, and the chamber is an upper unit in which the bottomed double cylindrical member and the upper electrode are arranged; By dividing the upper unit into a lower unit and a lower unit having a substrate mounting portion, the structure is simplified and the process gas flows without stagnation. The manufacturing cost is reduced.
上記半導体装置の製造装置を、ドライエッチング装置とし、上記上部電極の少なくとも表面をカーボンで構成することが好ましい。従来用いられているシリコン電極の装置でカーボン電極を使用した場合、ドライエッチングの選択比は高いものの、生成物の付着率が高くなるためにエッチングの特性が経時変化したり、特性が悪化する傾向がある。しかし、この構成により、ハロゲン間化合物ガス等の存在によって付着物の生成が抑制されるので、高い選択比が得られるとともに、エッチングの経時変化や特性の悪化のないエッチングか行われる。 It is preferable that the semiconductor device manufacturing apparatus is a dry etching apparatus, and at least the surface of the upper electrode is made of carbon. When a carbon electrode is used in a conventionally used silicon electrode apparatus, although the selectivity of dry etching is high, the etching characteristics change with time or the characteristics tend to deteriorate due to a high adhesion rate of a product. There is. However, with this configuration, the formation of deposits is suppressed by the presence of the interhalogen compound gas or the like, so that a high selectivity can be obtained and etching can be performed without a change over time in etching or deterioration in characteristics.
上記底付二重円筒部材の内部で、上記内壁部材の底面部と外壁部材の底面部との間に、プロセスガスの流れに対する抵抗機能を有するガス流抵抗板を設けることにより、導入口から流入したプロセスガスが直接内壁部材の底部の細孔から反応室内部に流入しようとしても、抵抗板によって直接流入が妨げれ、抵抗板と内壁部材との間隙を経て底部の細孔に流入する。したがって、内壁部材の側部及び底部の各細孔からのプロセスガスの流速が均一化され、反応室壁面の各部において、反応生成物の付着が抑制される。 Inside the bottomed double cylindrical member, a gas flow resistance plate having a resistance function against the flow of the process gas is provided between the bottom surface of the inner wall member and the bottom surface of the outer wall member, so that the gas flows from the inlet. Even if the process gas flows directly into the reaction chamber from the pores at the bottom of the inner wall member, the inflow is hindered directly by the resistance plate, and flows into the pores at the bottom through the gap between the resistance plate and the inner wall member. Therefore, the flow rate of the process gas from each of the pores on the side and bottom of the inner wall member is made uniform, and the adhesion of the reaction product is suppressed on each part of the wall surface of the reaction chamber.
非プラズマ状態で、反応室内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、上記排出口の先端側に接続され、側壁に一部に開孔が形成された排出管と、該排出管の開孔形成部に取り付けられ、排出管内に上記クリーニングガス供給手段からのクリーニング用ガスを流し込むためのクリーニング用部材とを設けることにより、排出管の壁面への反応生成物の付着が抑制される。 Cleaning gas supply means for supplying a cleaning gas which contributes to suppression of film formation by generating a volatile substance with an activation energy of a predetermined value or less for a depot species generated in the reaction chamber in a non-plasma state, and a tip of the discharge port And a cleaning pipe attached to the opening side of the discharge pipe, the cleaning gas being supplied from the cleaning gas supply means into the discharge pipe. The attachment of the reaction product prevents the reaction product from adhering to the wall surface of the discharge pipe.
本発明の第2の半導体装置の製造装置は、半導体基板を所定の雰囲気中で処理するための反応部と、上記反応部にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、非プラズマ状態では反応室内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、上記反応室の内部からプロセスガスを排出するための排出管と、該排出管の開孔形成部に取り付けられ、排出管内に上記クリーニングガス供給手段からのクリーニング用ガスを流し込むためのクリーニング用部材と、該排出管の開孔形成部に取り付けられ、排出管内に上記クリーニング用ガスを流し込むためのクリーニング用部材とを設ける構成としたものである。 A second apparatus for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a reaction section for processing a semiconductor substrate in a predetermined atmosphere, a process gas supply means for supplying a process gas to the reaction section, and a reaction chamber in a non-plasma state. Cleaning gas supply means for supplying a cleaning gas contributing to suppression of film formation by generating a volatile substance with an activation energy equal to or less than a predetermined value with respect to the depot species generated in the above, and for discharging a process gas from the inside of the reaction chamber A cleaning member attached to the opening forming portion of the discharge tube, a cleaning member for flowing the cleaning gas from the cleaning gas supply means into the discharging tube, and a cleaning member attached to the opening forming portion of the discharging tube. And a cleaning member for flowing the cleaning gas into the discharge pipe.
これにより、プラズマエッチング,CVD等に使用される装置全般について、排出管の壁面への反応生成物の付着が抑制される。 This suppresses the reaction products from adhering to the wall surface of the discharge pipe in all devices used for plasma etching, CVD, and the like.
本発明の第3の半導体装置の製造装置は、反応室を構成するチャンバと、上記チャンバ内に設置され、高周波電源が印加される上部電極及び下部電極と、上記チャンバに、プラズマ状態で必要な膜の形成に寄与する一方、非プラズマ状態でチャンバ内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するプロセスガスを導入するガス導入手段とを設け、上記上部電極の少なくとも表面をカーボンで構成したものである。 A third apparatus for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a chamber constituting a reaction chamber, an upper electrode and a lower electrode which are installed in the chamber and to which a high-frequency power is applied, and which is required for the chamber in a plasma state. A gas introducing means for introducing a process gas which contributes to the formation of a film and generates a volatile substance with an activation energy of a predetermined value or less for a depot species generated in the chamber in a non-plasma state and contributes to suppression of film formation; And at least the surface of the upper electrode is made of carbon.
従来用いられているシリコン電極の装置でカーボン電極を使用した場合、ドライエッチングの選択比は高いものの、生成物の付着率が高くなるためにエッチングの特性が経時変化したり、特性が悪化する傾向がある。しかし、この構成により、ハロゲン間化合物ガス等の存在によって付着物の生成が抑制されるので、高い選択比が得られるとともに、エッチングの経時変化や特性の悪化のないエッチングが行われる。 When a carbon electrode is used in a conventionally used silicon electrode apparatus, although the selectivity of dry etching is high, the etching characteristics change with time or the characteristics tend to deteriorate due to a high adhesion rate of a product. There is. However, with this configuration, the formation of deposits is suppressed due to the presence of the interhalogen compound gas or the like, so that a high selectivity can be obtained and etching can be performed without time-dependent changes in the etching or deterioration in characteristics.
本発明によれば、反応室の全壁面でプロセスガスの流速を高めて反応生成物の付着を抑制することができ、よって、連続的にチャンバを使用できる時間の拡大を図ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, adhesion of a reaction product can be suppressed by increasing the flow velocity of a process gas in all the wall surfaces of a reaction chamber, and therefore, the time which can use a chamber continuously can be extended.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、第1実施形態について、図1および図2(a)〜(e)に基づき説明する。図1は第1実施形態に係る半導体装置の製造装置の構成を示す。半導体装置の製造装置には、所定の雰囲気内で半導体基板X1をエッチングし、CVD膜を形成する等の化学的処理を行うためのチャンバ20と、高周波電源31と、マッチングコンデンサー32と、第1ガス供給装置33と、第2ガス供給装置34と、排気用ポンプ35と、排気される有毒ガスを吸着するためのスクラバー36とが配設されている。ここで、上記チャンバ20のケーシングは、下部ケーシング21bと上部ケーシング21aとに分割されており、上部ケーシング21aは、下部ケーシング21bに対して着脱自在に構成されている。
(1st Embodiment)
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2A to 2E. FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus according to the first embodiment. The apparatus for manufacturing a semiconductor device includes a
上記上部ケーシング21aには、外壁部材22と内壁部材23とからなる底付二重円筒部材24が配設されている。該底付二重円筒部材24の外壁部材22は、円筒部22aの下端側が開放され、かつ円筒部22aの上端側に上底部22bが設けられてなる底付円筒形状を有し、円筒部22aの下端には、上記下部ケーシング21bとシール部材を介して接触する縁部が形成されている。また、外壁部材22の上底部の中央には、上記第1ガス供給装置33および第2ガス供給装置34からプロセスガスを導入するための導入口25が設けられている。一方、上記内壁部材23は、円筒部23aの下端が開放され、上底部23aが設けられてなる底付円筒形状を有し、円筒部23aの下端で外壁部材23の縁部に接続されている。また、内壁部材23の円筒部23aと上底部23bとには、各々多数の細孔26が設けられている。すなわち、上記導入口25から取り入れたプロセスガスを各細孔26を介してチャンバ内部に高速で吹き出すようにしている。なお、本実施形態では、底付二重円筒部材24は開放端を下端に向け、倒置状態となっているが、開放端を上方に向けて下端が底部とし、処理対象となる半導体基板を上部電極に取り付け下方からプロセスガスを流すようにしてもよい。
The
ここで、本実施形態の特徴として、上記内壁部材23の円筒部23aの細孔26aは、上底部23bの細孔26bよりも大径に形成されている。すなわち、上部の導入口25から供給されるプロセスガスが上底部23bの細孔26bのみから吹き出されるのを防止し、内壁部材23の各部の細孔26からほぼ均一な風速で内部に供給されるようにしている。
Here, as a feature of this embodiment, the
また、上記内壁部材23の上底部23bは、SUS又はAlをアルミナでコートした材料で構成されており、この部分が上部電極として機能する。そして、上記下部ケーシング21bの中央部には、下部電極27が配置され、この下部電極27は、マッチングコンデンサー32を介して高周波電源31に接続されている。この下部電極27の上に、処理対象となる半導体基板X1が取り付けられるように構成されている。すなわち、プロセスガスをチャンバ20内に導入した状態で、上部電極23bと下部電極27との間に高周波電源を印加し、半導体基板X1の空間ではプラズマからの影響を大きくして、半導体基板の上にCVD膜を形成し、あるいはプラズマエッチングを行うようにしている。したがって、上記内壁部材23内方の円筒状空間が反応室となっている。
The
また、下部ケーシング21bの最下部には、プロセスガスを排出するための排出口28が設けられており、この排出口28は、排出管を介して排気用ポンプ35及びスクラバー36に接続されている。
A
この図1に示すようなチャンバの構造の場合、上記図10に示すような従来のチャンバの構造に比べ、プロセスガスの流れが滞溜するような部分がないので、チャンバ内で生じる反応生成物の壁面への付着を有効に阻止することができる。 In the case of the structure of the chamber as shown in FIG. 1, there is no portion where the flow of the process gas stays as compared with the structure of the conventional chamber as shown in FIG. Can be effectively prevented from adhering to the wall surface.
次に、図2は上記構造を有するチャンバ内で製造されるDRAMのメモリセルにおける断面構造を示す。図2に示すように、基板本体1の上にはゲート酸化膜2が形成されており、その一部には素子分離3が形成されている。そして、素子分離3で区画される活性領域には、スイッチングトランジスタが設けられている。このスイッチングトランジスタは、ポリシリコン膜からなるゲート電極6と、ゲート電極6の上に形成されたシリコン酸化膜からなる上面保護膜7と、ゲート電極6の側方に形成されたシリコン酸化膜からなるサイドウォール8と、ゲート電極6の端部付近の下方の基板本体1内に低濃度不純物を導入してなるLDD(符号を付していない)と、LDD側方の活性領域に高濃度不純物を導入してなるソース・ドレイン(符号を付していない)とを備えている。このスイッチングトランジスタの上方には、第1層間絶縁膜9を介してビット線10が形成され、さらに、その上に第2層間絶縁膜11を介してストレージノード12,容量絶縁膜13及びプレート電極14が設けられている。上記第1層間絶縁膜9はボロン,リンをドープしたシリコン酸化膜(BPSG膜)からなり、ビット線10はポリシリコン膜及びWSi膜の2層膜(いわゆるポリサイド膜)からなり、第2層間絶縁膜11はボロン,リンをドープしたシリコン酸化膜(BPSG膜)からなり、ストレージノード12及びプレート電極14はポリシリコンからなり、容量絶縁膜13はシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜からなる。そして、以上の部材の上方には、第3層間絶縁膜15を介して第1上層配線16が形成され、さらにその上方には、第4層間絶縁膜17を介して第2上層配線18が形成されている。上記各層間絶縁膜15はBPSG膜からなり、第4層間絶縁膜17はシリコン酸化膜からなり、各上層配線16,18はAl合金(例えば5%程度のSiを添加したAl)からなる。そして、最上部には、半導体基板X1にアルカリイオン等の各種不純物が侵入するのを防止するためのパッシベーション膜19が設けられている。このパッシベーション膜19はシリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜からなる。
Next, FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a DRAM memory cell manufactured in a chamber having the above structure. As shown in FIG. 2, a
図3(a)〜(e)は、上述の構造を有するDRAMメモリセルの製造工程のうちスイッチングトランジスタの基本的な構造の形成工程における構造の変化を示す断面図である。まず、基板本体1の上にシリコン酸化膜2を形成した後、さらに公知のLOCOS法を用いて素子分離3を形成する。次に、基板X1の上にポリシリコン膜4とシリコン酸化膜7とをCVD法により堆積し(図3(b)参照)、さらにレジストを塗布した後、ゲート電極を形成しようとする部分のみを覆うレジストマスク5を形成する(図3(c)参照)。
FIGS. 3A to 3E are cross-sectional views showing changes in the structure in the process of forming the basic structure of the switching transistor in the process of manufacturing the DRAM memory cell having the above-described structure. First, after a
そして、図3(d)に示すように、ポリシリコン膜4及びシリコン酸化膜7のパターニングを行う。その際、本実施形態の特徴として、ポリシリコン膜4をエッチングするときには、第1ガス供給装置33からBrClガスを供給し、第2ガス供給装置34からO2 ガスを供給して、プラズマエッチングを実行する。なお、BrClガスに代えてBrClガスにClF3 ガス(又はBrF3 ガス,BrF5 ガス等)を数%添加したものを用いてもよい。このパターニングの後レジストマスク5を除去すると、半導体基板X1は図3(e)に示す状態となる。
Then, as shown in FIG. 3D, the
以上のように、上記ポリシリコン膜4のプラズマエッチングの際、BrClガスを含むプロセスガスを用いることで、レジストマスク5の開口部に相当するポリシリコン膜4が選択的に除去され、かつ良好な選択比とほぼ真直なゲート電極6の端面形状とが得られる。一般に、ゲート電極等の良好な形状を実現するためにはエッチング中に開口部の壁面を保護して異方性エッチングが顕著になるようにする必要があり、壁面を保護するデポ膜としてBrの存在が有効であることは知られている。これは、プラズマを介して半導体基板表面では、分子式SiOxBry で表される化合物が生成されて開口部の壁面に付着するためと考えられる。そこで、従来からHBrがエッチングガスとして使用されているが、反面、このデポ膜が反応室壁面等に付着する問題がある。その場合、デポ種はSiBrx又はSiOx Bry で表される化合物と考えられ、これらの種は蒸気圧が低く揮発性が小さい。しかるに、本実施形態のごとく、エッチング用ガスにハロゲン間化合物であるBrClを用いると、エッチングにより形成される開口部の壁面にはSiOx Bry からなる保護膜を形成する一方、プラズマの影響が極めて小さい反応室壁面等では、デポ種が塩素化されて例えばSiCl4 のような化合物になる。これらは、揮発性が高いので、反応室壁面等への反応生成物の付着が抑制される。
As described above, by using a process gas containing a BrCl gas during the plasma etching of the
上記ゲート電極6のパターニング後、詳細は省略するが、ゲート電極6の上面保護膜7およびサイドウォール8を形成し、不純物イオンの注入を行って、基板内にソース・ドレイン,LDD等(符号は省略する)を形成する。以上の工程により、スイッチングトランジスタの基本的な構造が形成される。
After the patterning of the
次に、図4(a)〜(d)は、スイッチングトランジスタの形成後における製造工程における半導体基板X1の状態を示す断面図である。まず、図4(a)に示すように、プラズマCVD法により、基板X1の全面にシリコン酸化膜からなる第1層間絶縁膜9を堆積する。このとき、上記第1ガス供給装置33から主ガスとしてシランガスを供給し、第2ガス供給装置34から添加ガスとしてClF3 ガスを供給する。このとき、上記チャンバの内部において、半導体基板X1の表面ではシランガスがプラズマ状態となり、シラン分子から遊離したシリコン原子と酸素との反応によるシリコン酸化膜が成長する。一方、反応室壁面等ではプラズマの影響が極めて小さいので、デポ種との反応についての活性化エネルギーが極めて低いハロゲン間化合物ガスであるClF3 ガスの存在によって、下記反応式3Si+6O+4ClF3 →3SiF4 +3O2 +2Cl2で表される反応が進行する。上記反応式における生成物はいずれも揮発性物質である。したがって、反応室壁面等への反応生成物の付着を有効に抑制することができるのである。なお、プロセスガスとして、XeF2 ガスあるいはNF3 ガスで希釈されたF2 ガスを用いてもよい。その場合、ClF3 ガスを用いる場合のごとくシリコン酸化膜内にCl原子が入り込む虞れがないので、半導体装置の信頼性がより高くなる利点がある。
Next, FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views illustrating a state of the semiconductor substrate X1 in a manufacturing process after forming the switching transistor. First, as shown in FIG. 4A, a first
そして、図4(a)に示すように、第1層間絶縁膜9にビット線コンタクト形成のためのコンタクトホールを開口する。なお、ビット線コンタクトを形成する断面は、同図に示す断面とは異なる部位であるので、破断線で部分的に示す(次の図4(b)でも同様である)。その際、第1ガス供給装置33からCHF3 ガス(又はCH2 F2 ガス,CH3 Fガス,CH4 +H4 ガス)を供給し、第2ガス供給装置34からXeF2 ガス(又はNF3 ガスで希釈されたF2 ガス)を供給して、プラズマエッチングを実行する。これにより、シリコン酸化膜である第1層間絶縁膜9及び基板直上の酸化膜の除去と、チャンバの内壁等への反応生成物の付着の抑制とを図ることができる。
Then, as shown in FIG. 4A, a contact hole for forming a bit line contact is opened in the first
次に、図4(b)に示すように、ポリシリコン及びWSi(タングステンシリサイド)を順次堆積したいわゆるポリサイド膜を形成した後(図では見易いように1層として扱っている)、これをパターニングしてビット線10を形成する。このポリサイド膜のうち上層のWSi膜のパターニングに際し、第1ガス供給装置33からBrF3 ガス(又はBrF5 ガス)を供給し、第2ガス供給装置34からO2 ガスを供給して、プラズマエッチングを実行する。そして、シリサイド膜のエッチングが終了した時点で、BrF3 −O2 ガスからBrCl−O2 ガスに切換えてポリシリコン膜のエッチングを行う。一般に、WSi等のシリサイド膜のエッチングにはF原子が必要であることは知られており、従来からHBr−SF6 −O2 の混合ガスが用いられている。しかし、ポリシリコン膜に対するHBrガスの使用と同様に、これらのガスによるエッチングによって生じるデポ種は揮発性が小さく反応室壁面等に反応生成物の付着を生じる。そこで、本実施形態のごとく、BrF3 −O2 ガス又はBrF5 −O2 ガスを使用することで、プラズマを介して半導体基板表面では不揮発性物質であるSiOx Bry 等の保護膜が形成されて良好な開口部の形状が維持される一方、プラズマの影響が極めて小さい反応室壁面では揮発性物質(例えばWFx (WF6 等),SiF4 など)が生じて反応生成物の反応室壁面等への付着が抑制される。したがって、良好な選択比及び良好なビット線の形状を維持しながら、反応室壁面等への反応生成物の付着を抑制することができる。また、使用するガスの種類の低減をも図ることができる利点がある。
Next, as shown in FIG. 4 (b), after forming a so-called polycide film in which polysilicon and WSi (tungsten silicide) are sequentially deposited (the figure is treated as one layer for easy viewing), this is patterned. To form a
なお、上記実施形態ではポリサイド膜に対するエッチングの場合について説明したが、単にシリコン酸化膜の上にWSi膜等のシリサイド膜を設ける場合にも適用し得ることはいうまでもない。シリサイド膜として、WSi膜の代わりにTiSi2 膜,CoSi2 膜,NiSi2 膜等を用いてもよい。また、エッチングガスとして、BrCl−O2 ガスを用いても、良好な開口部の形状と反応室壁面等への反応生成物の付着抑制効果とを発揮することができる。特に、ポリサイド膜でなくシリコン酸化膜の上にシリサイド膜が設けられているような場合は、BrClガスを使用したほうが選択比が高く下地のシリコン酸化膜を保護し得る利点がある。 In the above embodiment, the case of etching the polycide film has been described. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a case where a silicide film such as a WSi film is simply provided on a silicon oxide film. As the silicide film, a TiSi2 film, CoSi2 film, NiSi2 film or the like may be used instead of the WSi film. Even if a BrCl-O2 gas is used as the etching gas, a good shape of the opening and an effect of suppressing the adhesion of the reaction product to the wall surface of the reaction chamber can be exhibited. In particular, when a silicide film is provided on a silicon oxide film instead of a polycide film, the use of BrCl gas has the advantage that the selectivity is higher and the underlying silicon oxide film can be protected.
次に、図4(c)に示すように、半導体基板X1の全面にBPSG膜からなる第2層間絶縁膜11を堆積する。その際、第1ガス供給装置33から主ガスとしてモノシラン,フォスフィン及びジボランの混合ガスを供給し、第2ガス供給装置34から添加ガスとしてClF3 ガスを供給して、プラズマCVD法を実行する。これにより、BPSG膜を形成しながら、反応室壁面等への反応生成物の付着を抑制することができる。その後、第2層間絶縁膜11にストレージノードのコンタクトホールを開口する。その際、第1ガス供給装置33からNF3 で希釈されたF2 ガスを供給し、第2ガス供給装置34からO2 ガスを供給して、プラズマエッチングを実行する。これにより、上述の第1層間絶縁膜9の選択的エッチングに使用したXeF2 ガスと同じ効果を得る。
Next, as shown in FIG. 4C, a second
次に、図4(d)に示すように、ポリシリコン膜を堆積し、これをパターニングしてストレージノード12を形成する。このポリシリコン膜をパターニングする際、第1ガス供給装置33からBrClガスを供給し、第2ガス供給装置34からO2 ガスを供給して、プラズマエッチングを実行する。一般的に、DRAMメモリセルでは、大容量を確保すべくストレージノードを構成するポリシリコン膜の膜厚はかなり厚いものとなる。したがって、ポリシリコン膜をパターニングする際、従来のプラズマエッチング法では、反応生成物が大量に反応室壁面等に付着する。それに対し、本実施形態では、上述のようなBrClによるデポ種のハロゲンを利用したクリーニング作用によって、反応室壁面等に対する反応生成物の付着を有効に抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 4D, a polysilicon film is deposited and patterned to form a
その後の図示を省略するが、ストレージノード12の上に容量絶縁膜13を形成し、さらに容量絶縁膜13の上にプレート電極14を形成した後、第3層間絶縁膜15を堆積する。これらの各膜の堆積やパターニングするためのプラズマエッチング行うに際しても、上述のハロゲン間化合物ガスを添加ガスとして供給しる。
Although illustration is omitted later, a
さらに、第3層間絶縁膜15の上に設けられる第1上層配線16や、第2上層配線18は、Al合金で構成される。この各上層配線16,18をパターニングするに際しては、第1ガス供給装置33からBrClガス供給し、第2ガス供給装置34からO2 ガスを供給して、プラズマエッチングを実行する。その際、プラズマを介して半導体基板表面では不揮発性物質(例えばAlOx Bry )からなる保護膜が形成される一方、プラズマの影響が極めて小さい反応室壁面等ではデポ種が揮発性物質(例えばAlCl3 )に代わり、反応室壁面等への反応生成物の付着が抑制される。また、プロセスガス中にF原子が存在しないことになり、プラズマエッチング時にAlF3 が基板から角状に成長するのを回避することができ、上述のクリーニング作用と併せて著効を発揮することができる。図5は、AlとSiO2 との選択比と反応室壁面への反応生成物の堆積速度(nm/min)との関係を示す。同図に示されるように、従来用いられているBCl3 −Cl2 の混合ガスでは、選択比を上げるとチャンバ内壁への反応生成物の堆積速度も上昇するので、結局、頻繁にチャンバ内部を清掃する等の手間を要し、連続的に処理し得るウェハの枚数も極めて少ない。それに対し、BrClガスを用いた場合には、選択比を上げても反応生成物の反応室壁面等への堆積速度は極めて小さい。したがって、選択比の向上とチャンバ内壁面への反応生成物の付着の抑制という相反する要求を同時に満足することができるのである。
Further, the first
また、最上部のパッシベーション膜19の堆積に際しては、主ガスとしてジクロールシラン及びアンモニアの混合ガスを供給し、添加ガスとしてClF3 ガスを供給して、プラズマCVDを実行する。これにより、アルカリイオン等の侵入を防止する特性が良好なシリコン窒化膜を暑く形成するに際し、反応生成物が反応室壁面等に付着するのを抑制することができる利点がある。 In depositing the uppermost passivation film 19, a mixed gas of dichlorsilane and ammonia is supplied as a main gas, and a ClF3 gas is supplied as an additional gas to perform plasma CVD. Accordingly, when a silicon nitride film having a good property of preventing intrusion of alkali ions or the like is formed hot, there is an advantage that a reaction product can be suppressed from adhering to a reaction chamber wall or the like.
以上のように、本実施形態では、シリコン酸化膜,シリコン窒化膜との絶縁膜の堆積,パターニングや、導電性膜の堆積,パターニングに際し、ハロゲン間化合物ガスあるいはXeF2 ガス等の非プラズマ状態でデポ種と反応しやすいガスをプロセスガスとして供給する。その場合、プラズマを介して半導体基板表面では、不揮発性の膜が形成される。この膜はCVDの場合には基板上に形成しようとするシリコン酸化膜等であり、エッチングの場合は開口部の側壁を保護する保護膜である。一方、非プラズマ状態では、これらのガスとデポ種との反応が優先的に生じ揮発性を有する化合物が形成されて、これらの物質は反応室壁面や配管等に付着することなく排出される。したがって、反応生成物のチャンバ内壁面等への付着を有効に抑制することができ、従来チャンバ等の付着物を除去するために要していた多大の手間を省略することができる。さらに、連続運転可能な時間が大幅に拡大するので、半導体装置の製造コストの大幅な低減に寄与することができる。 As described above, in this embodiment, when depositing and patterning an insulating film with a silicon oxide film and a silicon nitride film, and depositing and patterning a conductive film, the deposition is performed in a non-plasma state such as an interhalogen compound gas or XeF2 gas. A gas that easily reacts with the seed is supplied as a process gas. In that case, a non-volatile film is formed on the surface of the semiconductor substrate via the plasma. This film is a silicon oxide film or the like to be formed on the substrate in the case of CVD, and is a protective film for protecting the side wall of the opening in the case of etching. On the other hand, in the non-plasma state, the reaction between these gases and the depot species occurs preferentially to form volatile compounds, and these substances are exhausted without adhering to the reaction chamber wall or piping. Therefore, it is possible to effectively suppress the adhesion of the reaction product to the inner wall surface of the chamber or the like, and it is possible to omit a great deal of labor conventionally required for removing the attached matter in the chamber or the like. Further, the time during which continuous operation can be performed is significantly increased, which can contribute to a significant reduction in the manufacturing cost of the semiconductor device.
また、図6は、ポンプ35からの距離と内壁部材23の各細孔26の開口率との最も好ましい関係を示し、ポンプ35からの距離が大きいほど細孔の開口率を小さくする。例えば10mm径の範囲ごとに径が1mmの細孔を設けた場合、開口率は1%となり、10mm径の範囲毎に径が0.5mmの細孔を設けた場合、開口率は0.25%となる。このように細孔の開口率を変化させることによって、各細孔におけるガスの流速がより均一なる利点がある。
FIG. 6 shows the most preferable relationship between the distance from the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。図7は、第2実施形態に係る半導体装置の製造装置の構成を示す。同図に示されるように、本実施形態におけるチャンバ20の構造は、上記図1に示す第1実施形態におけるチャンバ20の構成と基本的には同じである。本実施形態では、底付二重円筒部材24の内部で、内壁部材23の上底部23bと外壁部材22の上底部22bとの間には円板状の抵抗部材29が配設されている。つまり、この抵抗部材29により、内壁部材23の上底部23bに設けられた細孔26bに流入しようとするプロセスガスの流れに抵抗を与えている。また、本実施形態では、内壁部材23の上底部23bに埋設される上部電極はSUS又はAlで構成され、その上にカーボンの被覆層が設けられている。
(2nd Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 7 shows a configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus according to the second embodiment. As shown in the figure, the structure of the
このように、抵抗部材29を設置することで、内壁部材23に設けられた側方部の細孔26aと上底部の細孔26bとの径を均一にしても、側方部の細孔26aにおけるプロセスガスの速度を十分高く維持することができる。したがって、チャンバの製造コストが安価に済むことになる。
In this manner, by installing the
また、上記第1実施形態のように、上部電極をAlで構成してアルマイトコートを施すと、Al原子がスパッタリングされて、半導体基板に付着し半導体装置のリーク等の悪影響を及ぼす虞れがある。そこで、しばしば従来ではSiからなる上部電極が使用されている。一方、従来のエッチングガスでカーボン電極を使用すると、電極に付着する反応生成物のため、エッチングの均一性が悪化することが知られている。すなわち、ドライエッチングの選択比は高いものの、生成物の付着率が高くなるためにエッチングの特性が経時変化したり、特性が悪化する傾向がある。 Further, when the upper electrode is made of Al and anodized as in the first embodiment, Al atoms are sputtered and adhere to the semiconductor substrate, which may adversely affect the semiconductor device such as leakage. . Therefore, an upper electrode made of Si is often used conventionally. On the other hand, it is known that when a carbon electrode is used with a conventional etching gas, the uniformity of etching deteriorates due to a reaction product attached to the electrode. That is, although the selectivity of dry etching is high, the etching characteristics tend to change over time or deteriorate due to an increase in the adhesion rate of the product.
それに対し、ハロゲン間化合物ガスやXeF2 ガス等の本発明で使用されるガスの場合、Si電極では電極自身のハロゲン間化合物によるエッチングが進行し、電極の寿命が短くなる。ところが、上部電極の少なくとも表面をカーボンで構成すると、エッチングの均一性が良好で、かつ選択比も高く電極の寿命も長い。したがって、本実施形態では、プラズマエッチングの際に、高い選択比を維持しながら、適正な開口部壁面の保護膜の形成機能が確保され、エッチングの均一性が確保される。一方、非プラズマ状態における揮発性物質の生成によって反応生成物の反応室壁面等への付着が抑制されるので、上記第1実施形態と同様の効果も得られる。 On the other hand, in the case of a gas used in the present invention, such as an interhalogen compound gas or a XeF2 gas, in the Si electrode, the etching of the electrode itself by the interhalogen compound proceeds, and the life of the electrode is shortened. However, when at least the surface of the upper electrode is made of carbon, the uniformity of etching is good, the selectivity is high, and the life of the electrode is long. Therefore, in the present embodiment, the function of properly forming the protective film on the wall surface of the opening is ensured while maintaining a high selectivity during plasma etching, and the uniformity of etching is ensured. On the other hand, the generation of the volatile substance in the non-plasma state suppresses the adhesion of the reaction product to the wall surface of the reaction chamber or the like, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained.
ここで、本発明によって生じるスループットの向上効果について説明する。図8(a),(b)は、半導体ウェハのドライエッチング枚数に対するエッチング速度(E/R)の変化を示し、図8(a)はハロゲン間化合物ガスガス等を含まない従来のドライエッチングによる場合、図8(b)は、本発明のガスによる場合をそれぞれ示す。図8(a)に示す従来の異方性エッチングガスのみによる場合、反応室壁面等への反応生成物の付着のためにエッチング速度がすぐに低下するので、24〜48Hrの時間間隔でチャンバクリーニングが必要となる。一方、図8(b)に示す本発明のガスによる場合、反応室壁面等への反応生成物の付着がほとんどないことから、エッチング速度がほとんど低下せず、長時間の連続運転が可能となる。 Here, the effect of improving the throughput caused by the present invention will be described. 8 (a) and 8 (b) show changes in the etching rate (E / R) with respect to the number of dry-etched semiconductor wafers. FIG. 8 (a) shows the case of conventional dry-etching that does not include an interhalogen compound gas or the like. FIG. 8B shows a case using the gas of the present invention. When only the conventional anisotropic etching gas shown in FIG. 8A is used, the etching rate is immediately reduced due to the adhesion of the reaction product to the wall of the reaction chamber or the like. Therefore, the chamber cleaning is performed at a time interval of 24 to 48 hours. Is required. On the other hand, in the case of using the gas of the present invention shown in FIG. 8B, since the reaction product hardly adheres to the reaction chamber wall and the like, the etching rate hardly decreases, and a long-time continuous operation becomes possible. .
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。図9に示すように、本実施形態では、半導体装置の製造装置として、半導体基板の処理を行う反応部41と、反応部41にプロセスガスを供給するプロセスガス供給装置42と、反応部41からガスを排出するための排出管43と、反応部41かガスを吸引する排気手段としてのポンプ46と、スクラバー47とが配設されている。さらに本実施形態の特徴として、上記排出管43の反応部41直下の部位には多数の細孔が形成されており、この細孔形成部には、排出管43にクリーニングガスを流入させるためのクリーニング用部材44が取り付けられている。すなわち、クリーニングガス供給装置45から例えばハロゲン間化合物ガス(BrClガス,ClF3 ガス等)などのクリーニング用ガスを供給して、反応部41で生成されるデポ種を揮発性物質に変化させて、排出管壁面への反応生成物の付着を抑制するようにしている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. As shown in FIG. 9, in the present embodiment, as a semiconductor device manufacturing apparatus, a reaction unit 41 that processes a semiconductor substrate, a process
したがって、本実施形態では、反応室だけでなく従来クリーニングが不可能であった排出管43における反応生成物の付着をも抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, it is possible to suppress not only the reaction chamber but also the reaction products from adhering to the
なお、上記クリーニング用部材44は、上記第1,第2実施形態におけるチャンバ20の排出管に取り付けてもよい。その場合、プロセスガスの一部であるハロゲン間化合物ガスや、XeF3 ガス等をクリーニングガスとして使用することで、使用するガスの種類を低減することができる。
The cleaning
本発明の半導体装置の製造方法は、メモリ,LSI等の半導体デバイスの製造工程におけるCVDやプラズマエッチングを行なう装置として利用することができる。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be used as an apparatus for performing CVD or plasma etching in a process for manufacturing a semiconductor device such as a memory and an LSI.
1 基板本体
2 ゲート酸化膜
3 素子分離
4 ポリシリコン膜
5 レジストマスク
6 ゲート電極
7 上面保護膜
8 サイドウォール
9 第1層間絶縁膜
10 ビット線
11 第2層間絶縁膜
12 ストレージノード
13 容量絶縁膜
14 プレート電極
15 第3層間絶縁膜
16 第1上層配線
17 第4層間絶縁膜
18 第2上層配線
19 パッシベーション膜
20 チャンバ
21 ケーシング
22 外壁部材
23 内壁部材
24 底付二重円筒部材
25 導入口
26 細孔
27 下部電極
28 排出口
31 高周波電源
32 マッチングコンデンサー
33 第1ガス供給装置
34 第2ガス供給装置
35 ポンプ
36 スクラバー
DESCRIPTION OF
Claims (14)
上記半導体基板を所定の雰囲気内で処理するためのチャンバと、
プラズマ状態で必要な膜の形成に寄与する一方、非プラズマ状態でチャンバ内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギーで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するプロセスガスを上記チャンバに供給するためのガス供給手段と、
上記チャンバ内に配置され、共通の空間を区画する外壁部材と内壁部材とからなる底付二重円筒部材と、
上記底付二重円筒部材で囲まれる円筒状空間内に設けられ、基板を設置するための基板取付部と、
上記底付二重円筒部材の外壁部材の底部に取り付けられ、チャンバ内に上記プロセスガスを導入するためのガス導入口と、
上記内壁部材の底面及び側面に亘って形成され、ガス導入口から導入されたプロセスガスを半導体基板に向って吹き出すための多数の細孔と、
上記チャンバ内からガスを排出するための排出口と、上記チャンバ内のプロセスガスを吸引して外部に排出するための排出手段と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus for performing a chemical treatment on a semiconductor substrate,
A chamber for processing the semiconductor substrate in a predetermined atmosphere;
The process gas that contributes to the formation of a film required in the plasma state, while generating a volatile substance with an activation energy of a predetermined value or less for the depot species generated in the chamber in the non-plasma state and contributing to the suppression of the film formation, is described above. Gas supply means for supplying to the chamber;
A bottomed double cylindrical member comprising an outer wall member and an inner wall member that are arranged in the chamber and that define a common space,
Provided in a cylindrical space surrounded by the double cylindrical member with the bottom, a substrate mounting portion for mounting a substrate,
A gas inlet attached to the bottom of the outer wall member of the double cylindrical member with the bottom, for introducing the process gas into the chamber,
Numerous pores formed over the bottom and side surfaces of the inner wall member, and for blowing out a process gas introduced from a gas introduction port toward the semiconductor substrate,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a discharge port for discharging a gas from the chamber; and a discharge unit for sucking a process gas in the chamber and discharging the gas to the outside.
上記プロセスガスは、ハロゲン間化合物ガスを含むことを特徴とする半導体装置の製造装置。 The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2,
The apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the process gas includes an interhalogen compound gas.
上記プロセスガスは、XeF2 ガス,希釈されたF2 ガスのうち少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする半導体装置の製造装置。 4. The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 3,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the process gas contains at least one of XeF2 gas and diluted F2 gas.
上記底付二重円筒部材の内壁部材の側面の細孔の径は、上記内壁部材の底面の細孔の径よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造装置。 The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, 3 or 4,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein a diameter of a pore on a side surface of an inner wall member of the double cylindrical member with a bottom is larger than a diameter of a pore on a bottom surface of the inner wall member.
上記内壁部材の各部の細孔は、上記排出手段からの距離が大きいほど開口率が小さくなるように形成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, 3, 4, or 5,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the pores of each part of the inner wall member are formed such that the larger the distance from the discharge means, the smaller the aperture ratio.
上記導入口は、底付円筒部材の外壁部材の略中心位置に一か所だけ設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, 3, 4, 5, or 6,
The apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the introduction port is provided only at one position substantially at the center of the outer wall member of the bottomed cylindrical member.
上記半導体装置の製造装置は、チャンバ内に上部電極と下部電極とを配置した平行平板型RIEであり、
上記底付二重円筒部材の内壁部材は、上部電極を構成する導電性部材を絶縁膜で被覆して構成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, 3, 4, 5, 6, or 7,
The semiconductor device manufacturing apparatus is a parallel plate type RIE in which an upper electrode and a lower electrode are arranged in a chamber,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein an inner wall member of the double cylindrical member with a bottom is formed by covering a conductive member constituting an upper electrode with an insulating film.
上記半導体装置の製造装置は、チャンバ内に上部電極と下部電極とを配置したRIEであり、
上記チャンバは、上記底付二重円筒部材及び上部電極を配設してなる上部ユニットと、上記下部電極及び基板取付部を配設してなる下部ユニットとに分割されており、
上部ユニットは下部ユニットに対して着脱自在に構成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8,
The semiconductor device manufacturing apparatus is an RIE in which an upper electrode and a lower electrode are arranged in a chamber,
The chamber is divided into an upper unit in which the bottomed double cylindrical member and the upper electrode are provided, and a lower unit in which the lower electrode and the substrate mounting unit are provided,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein an upper unit is detachably attached to a lower unit.
上記半導体装置の製造装置は、ドライエッチング装置であり、
上記上部電極の少なくとも表面はカーボンで構成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 4. The apparatus for manufacturing a semiconductor device according to claim 3,
The semiconductor device manufacturing apparatus is a dry etching apparatus,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein at least a surface of the upper electrode is made of carbon.
上記底付二重円筒部材の内部で、上記内壁部材の底面部と外壁部材の底面部との間には、プロセスガスの流れに対する抵抗機能を有するガス流抵抗板が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 The manufacturing apparatus of a semiconductor device according to claim 7,
A gas flow resistance plate having a resistance function to the flow of process gas is provided between the bottom surface of the inner wall member and the bottom surface of the outer wall member inside the bottomed double cylindrical member. Semiconductor device manufacturing apparatus.
非プラズマ状態で、反応室内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、
上記排出口の先端側に接続され、側壁に一部に開孔が形成された排出管と、該排出管の開孔形成部に取り付けられ、排出管内に上記クリーニングガス供給手段からのクリーニング用ガスを流し込むためのクリーニング用部材と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。 The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or 11,
In a non-plasma state, a cleaning gas supply unit that supplies a cleaning gas that generates a volatile substance with an activation energy equal to or less than a predetermined value for a depot species generated in the reaction chamber and contributes to suppression of film formation,
A discharge pipe connected to the distal end side of the discharge port and having an opening formed in a part of a side wall; a cleaning gas from the cleaning gas supply unit attached to an opening forming portion of the discharge pipe; And a cleaning member for pouring in the semiconductor device.
上記反応部にプロセスガスを供給するプロセスガス供給手段と、
非プラズマ状態では反応室内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給手段と、
上記反応室の内部からプロセスガスを排出するための排出管と、
該排出管の開孔形成部に取り付けられ、排出管内に上記クリーニングガス供給手段からのクリーニング用ガスを流し込むためのクリーニング用部材と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。 A reaction unit for processing the semiconductor substrate in a predetermined atmosphere,
A process gas supply unit for supplying a process gas to the reaction unit,
Cleaning gas supply means for supplying a cleaning gas that generates volatile substances with an activation energy equal to or less than a predetermined value for a depot species generated in the reaction chamber in a non-plasma state and contributes to suppression of film formation;
An exhaust pipe for exhausting the process gas from the inside of the reaction chamber,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a cleaning member attached to an opening forming portion of the discharge pipe, and a cleaning member for flowing a cleaning gas from the cleaning gas supply means into the discharge pipe.
上記チャンバ内に設置され、高周波電源が印加される上部電極及び下部電極と、
上記チャンバに、プラズマ状態で必要な膜の形成に寄与する一方、非プラズマ状態でチャンバ内に生じるデポ種に対し所定値以下の活性化エネルギで揮発性物質を生ぜしめて膜形成の抑制に寄与するプロセスガスを導入するガス導入手段とを備えるとともに、
上記上部電極の少なくとも表面はカーボンで構成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。 A chamber constituting a reaction chamber;
An upper electrode and a lower electrode, which are installed in the chamber and to which a high-frequency power is applied,
In the above-described chamber, while contributing to the formation of a required film in a plasma state, the non-plasma state generates a volatile substance with an activation energy of a predetermined value or less for a depot species generated in the chamber, thereby contributing to suppression of film formation. A gas introduction means for introducing a process gas,
An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein at least a surface of the upper electrode is made of carbon.
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