JP2004349616A - 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタの下部電極の表面に安定的にＨＳＧ−Ｓｉを形成できるようにする。
【解決手段】ノンドープａ−Ｓｉ膜が微細加工された下部電極パターン上に堆積された後、希フッ酸でａ−Ｓｉ膜の表面の自然酸化膜などの酸化膜の除去がなされる。次に、過酸化水素処理によりａ−Ｓｉ膜の表面にケミカル酸化膜を生成させる。その後、アルゴンエキシマランプを用いてノンドープａ−Ｓｉ膜の表面のケミカル酸化膜の除去がなされ、ａ−Ｓｉ膜の清浄表面が現れる。次に、高真空の反応炉中で熱処理が施され、ノンドープａ−Ｓｉ膜表面にＨＳＧ核をもとに複数の凹凸状の結晶粒であるＨＳＧ−Ｓｉが形成される。このようにして、安定して表面に凹凸を有するキャパシタの下部電極が形成される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、特に半導体装置の中の、例えばスタックトキャパシタの電極の形成技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の中で記憶情報の任意の入出力が可能なものにＤＲＡＭがある。ここで、ＤＲＡＭのメモリセルは、１個のトランジスタと１個のキャパシタとからなるものが構造的に簡単であり、半導体装置の高集積化に適するものとして広く用いられている。このようなメモリセルキャパシタでは、半導体装置の更なる高集積化、大容量化に伴い、３次元構造のものが開発され使用されてきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照して従来のキャパシタの下部電極の形成方法について説明する。ここで、図１３はスタックトキャパシタの下部電極の模式的な断面構造を示す断面図である。図１４は、下部電極の表面に半球形結晶粒であるシリコン（ＨＳＧ−Ｓｉ）で凹凸を形成する場合の製造工程を示すフロー図である。
【０００４】
初めに、ＨＳＧ−Ｓｉで凹凸が表面に形成された下部電極部について、図１３に基づいて説明する。図１３において、シリコン基板１の表面に容量用拡散層２が形成される。そして、全面にシリコン酸化膜で層間絶縁膜３が形成される。この層間絶縁膜３に上記容量用拡散層２表面に達するコンタクト孔４が形成され、コンタクト孔４を充填し容量用拡散層２と接続される下部電極５が形成される。そして、この下部電極５の表面にＨＳＧ−Ｓｉによる表面凹凸６が形成される。
【０００５】
つぎに、上記の表面凹凸６を有する下部電極５の従来の形成方法について、図１４に基づいて説明する。
【０００６】
まず、ＳｉＨ_４ あるいはＳｉ_２Ｈ_６を反応ガスとして、減圧の化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）法で、ノンドープの非晶質構造のシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜という）がシリコン基板上に堆積される。
【０００７】
そして、上記ａ−Ｓｉ膜は、フォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術とで微細加工され、下部電極パターニングがなされる。
【０００８】
つぎに、酸溶液等の化学薬液での洗浄が施され、微量の重金属あるいはパーティクルが除去される。
【０００９】
そして、パターニングされたａ−Ｓｉ膜の表面に形成された酸化膜の除去、すなわち自然酸化膜のウエット洗浄による除去がなされる。
【００１０】
このような処理工程の後に、シリコン基板は高真空の反応炉の中に挿入される。そして、この反応炉中で上記パターニングされたａ−Ｓｉ膜表面にＨＳＧ核が形成され、さらに熱処理が施されてＨＳＧ−Ｓｉ形成がなされる。このＨＳＧ−Ｓｉが図１３で説明した表面凹凸６となる。また、この熱処理で上記ａ−Ｓｉ膜は多結晶化する。
【００１１】
つぎに、ＰＨ_３雰囲気でアニールを施すことにより、多結晶化したＳｉを導電化し、それによって下部電極５を形成する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−４３５４７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の下部電極の形成方法は、以下のような問題を有している。半球形結晶粒であるＨＳＧ−Ｓｉで凹凸が表面に形成された下部電極を、キャパシタ電極とするＤＲＡＭの量産工程では、ロット間でＨＳＧ−Ｓｉの半球形結晶粒の形状がばらつく。波長２５０ｎｍから４００ｎｍでのＨＳＧ後の出来映え（反射率測定）評価では、正常品ではσ＝１．５に対し、異常品ではσ＝５．０以上となる。その結果、キャパシタの容量値がばらつき、規格外となり不良品が多発する。
【００１４】
ＨＳＧ−Ｓｉ形状と反射率の関係について、代表的な図を図１５に示す。図１５は、シーディングタイムと反射率の関係を示している。この図１５では、シーディングタイムが０秒、１２０秒、２１０秒のときに、反射率がそれぞれ、０．５４、０．３０，０５２となっている。このときの下部電極の表面のＨＳＧ−Ｓｉ形状をそれぞれ画像として図１５上に示している。上記において、シーディングタイムとは、ａ−Ｓｉ膜上にＳｉＨ_４ あるいはＳｉ_２Ｈ_６を流すことによりａ−Ｓｉ膜表面にＳｉの核形成を行う時間を意味する。曲線に重ねて示されている縦線はエラーバーであり、面内４９ポイントの反射率を測定したので、そのときに得られた反射率の最大値と最小値の範囲を示している。よって、このエラーバーが大きいほど半球状の結晶粒の形状のばらつきが大きいことになる。
【００１５】
本発明者は、上記の原因について詳細に検討した。その結果、以下のようなことがつきとめられた。すなわち、半導体装置の量産ラインにおいては、ａ−Ｓｉ膜表面の自然酸化膜のウエット洗浄による除去がなされた後、半導体装置を搭載するウエハが、クリーンルーム内で仕掛かりのため一時保管されることがある。この一時保管において、クリーンルーム内の有機系不純物がａ−Ｓｉ膜清浄表面に付着し、最終的にＨＳＧ−Ｓｉの形成を阻害し、ＨＳＧ−Ｓｉを均一な形状に形成できなくなり、その結果、キャパシタの容量値がばらつく原因となる。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、ＨＳＧ−Ｓｉの形成時の形状ばらつきを抑制でき、キャパシタの容量値を安定して得ることができる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造装置の製造方法は、半導体基板上にキャパシタの下部電極として形成された非晶質シリコン層の表面の自然酸化膜を除去し、非晶質シリコン層の表面に酸化膜を生成させる工程と、非晶質シリコン層の表面の酸化膜を除去し、非晶質シリコン層の清浄表面を露出させる工程と、その後、非晶質シリコン層の表面をシリコン化合物ガスに曝露し、非晶質シリコン層の表面にシリコン核を形成する工程とを含む。
【００１８】
この構成によれば、下部電極となる非晶質シリコン層表面の自然酸化膜を除去し酸化膜で非晶質シリコン層表面を覆いＨＳＧ処理直前に酸化膜除去を行うので、ＨＳＧ−Ｓｉの形状のばらつきを抑えることができ、その結果、キャパシタの容量値のばらつきを抑制することができる。
【００１９】
酸化膜の除去は、例えば、アルゴンエキシマランプから照射された波長１２６ｎｍのエキシマ光を酸化膜に照射することにより行われる。この酸化膜の除去は、還元性ガス雰囲気中、希ガス雰囲気中、もしくは真空中で行うことが好ましい。真空中の場合は、アルゴンエキシマランプから照射される波長１２６ｎｍの真空紫外光を吸収してしまう気体分子を除去できる。還元性ガス雰囲気中の場合は、真空紫外光によって還元性ガスを活性化させ、酸化膜除去をアルゴンエキシマ光による直接除去だけによらず還元作用による間接的にも除去を行い、酸化膜除去効率の向上が期待できる。希ガス雰囲気中の場合は、真空中の場合と異なりチャンバを真空に引くことなく、安定な希ガス雰囲気にチャンバの状態をしてやれば大気圧でクリーニングを行うことができ、大掛かりな排気装置が不要となる。
【００２０】
また、酸化膜を除去する際に、同時に酸化膜上に吸着した有機系不純物が分解される。
【００２１】
また、酸化膜は例えば過酸化水素処理によって生成させる。
【００２２】
本発明の半導体装置の製造方法は、具体的にいえば、キャパシタの下部電極の形成において、非晶質シリコン層をパターニングしてシリコン基板上の絶縁膜上に形成する工程と、非晶質シリコン層表面の自然酸化膜を除去し過酸化水素処理によって非晶質シリコン層表面に酸化膜を形成する工程と、アルゴンエキシマランプにより酸化膜を除去する工程と、酸化膜除去後、所定の分圧のシリコン化合物ガスにシリコン基板を曝露し、熱処理によって非晶質シリコン層表面にシリコン核を形成し更にシリコン核を成長させる工程と、シリコン核の成長した非晶質シリコン層に例えばＰＨ_３アニールにより導電化させ下部電極とする工程を含む。
【００２３】
本発明の半導体装置の製造方法は、他の具体例として、キャパシタの下部電極の形成において、非晶質シリコン層をシリコン基板上の絶縁膜上全面に形成する工程と、非晶質シリコン層表面の自然酸化膜を除去し過酸化水素処理によって非晶質シリコン層表面に酸化膜を形成する工程と、アルゴンエキシマランプにより酸化膜を除去する工程と、酸化膜除去後、所定の分圧のシリコン化合物ガスにシリコン基板を曝露し、熱処理によって非晶質シリコン層表面にシリコン核を形成し更にシリコン核を成長させる工程と、シリコン核の成長した非晶質シリコン層を例えばＰＨ_３アニールにより導電化させパターニングしキャパシタの下部電極とする工程を含む。
【００２４】
また、本発明の半導体製造装置は、プロセスチャンバと、クリーニングチャンバと、クリーニングチャンバとプロセスチャンバとを接続するトランスファチャンバとを備えている。クリーニングチャンバは、ウエハステージと、ウエハステージに載置されたウエハにエキシマ光を照射するアルゴンエキシマランプとを内蔵し、かつ雰囲気ガスを導入するガス導入口を有する。
【００２５】
この構成によれば、下部電極となる非晶質シリコン層表面の自然酸化膜を除去し酸化膜で非晶質シリコン層表面を覆いＨＳＧ処理直前に酸化膜除去を行うことができるので、ＨＳＧ−Ｓｉの形状のばらつきを抑えることができ、その結果、キャパシタの容量値のばらつきを抑制することができる。
【００２６】
また、本発明の半導体製造装置は、具体的にいえば、ＨＳＧ−Ｓｉプロセスチャンバとアルゴンエキシマランプを用いて酸化膜を除去するクリーニングチャンバが真空または、窒素あるいは希ガスなど安定ガス雰囲気で満たされたトランスファチャンバを介してつながっていることを特徴とする。この半導体製造装置では、クリーニングチャンバには立体構造のキャパシタの底部、側壁の酸化膜除去に対応すべくウエハステージに傾きと回転を行う機構を持つことが好ましい。
【００２７】
また、アルゴンエキシマランプの光強度を向上させ、酸化膜除去を促進させるためのテーパ状光ガイドを備え持つことが好ましい。
【００２８】
さらに、クリーニングチャンバには酸化膜除去を促進させるための還元性ガスを添加する機構を備え持つことが好ましい。
【００２９】
本発明では、下部電極となる非晶質シリコン層表面の自然酸化膜を除去して酸化膜で非晶質シリコン層表面を覆い、ＨＳＧ処理直前にアルゴンエキシマランプを用いて酸化膜の除去を行い、キャパシタの容量値のばらつきを抑制する。
【００３０】
本発明により、半導体の量産工程において、上記に述べたような還元性ガスを用いること、ウエハステージに傾きと回転機構を持たせることにより立体構造をもつキャパシタの底部、側壁の酸化膜残渣を防ぎ、さらにテーパ状光ガイドを用いて光強度を向上させ酸化膜の除去効率を上げることを可能にし、キャパシタを構成する下部電極の表面に均一に、しかもばらつきが少なく安定してＨＳＧ−Ｓｉからなる凹凸が形成できるようになる。そして、キャパシタの規格値を満たす容量値が安定して得られ半導体装置の製造歩留まりが大幅に向上するようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
つぎに、本発明の第１の実施の形態の製造方法を図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７と図１２に基づいて説明する。ここで、図１は図１３で示したようなキャパシタの下部電極の製造工程を示す流れ図である。そして、図２、図３、図４、図５は本発明の第１の実施の形態におけるＨＳＧ−Ｓｉ形成までの各工程を示す断面図である。図２は図１の洗浄工程の断面図を示し、図３は図１の酸化膜除去＋過酸化水素水処理（酸化膜形成）工程の断面図を示し、図４は図１のアルゴンエキシマランプによる酸化膜除去工程を示し、図５は図１のＨＳＧ−Ｓｉ形成工程を示している。
【００３２】
本発明の特徴は、従来の技術で説明したａ−Ｓｉ膜表面の自然酸化膜を除去し、過酸化水素水処理を行い、ａ−Ｓｉ膜清浄表面に酸化膜を形成し、アルゴンエキシマランプにより酸化膜を除去する点にある。このａ−Ｓｉ膜の清浄表面を露出させ、酸化膜で覆いＨＳＧ処理直前にアルゴンエキシマランプを用いて酸化膜のクリーニングを行い、連続してＨＳＧ処理することにより、上述したようなキャパシタの容量値のばらつきが小さく規格値を満たす安定した半導体装置が得られる。
【００３３】
半導体装置においては、層間絶縁膜はシリコン酸化膜あるいはＢＰＳＧ膜（ボロンガラス、リンガラスを含むシリコン酸化膜）で構成される。
【００３４】
図１のフロー図に示すように、ＳｉＨ_４を反応ガスとする減圧ＣＶＤ法で、ノンドープのａ−Ｓｉ膜（膜厚：２５ｎｍ）がシリコン基板上に堆積される。ここで、成膜温度は５００℃〜５５０℃の範囲に設定される。
【００３５】
続いて、ａ−Ｓｉ膜はフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術とで微細加工され、下部電極パターニングがなされる。
【００３６】
つぎに、図１および図２に示すように、硫酸あるいは塩酸、過酸化水素水および純水の混合化学薬液での洗浄、アンモニア水、過酸化水素水および純水の混合化学薬液でのシリコン基板１の洗浄が施され、微量の重金属あるいはパーティクルが除去される。図２における各符号１〜５は図１３に示したものと同じである。
【００３７】
つぎに、図１および図３に示すように、上記のシリコン基板１は、フッ酸と純水との混合薬液である希フッ酸中に浸漬され、つづいて過酸化水素水に浸漬される。この処理で、ａ−Ｓｉ膜表面の自然酸化膜等の除去すなわち酸化膜除去がなされ、つづいて酸化膜（いわゆる、ケミカル酸化膜）２１が１ｎｍ程度の膜厚に形成される。ここで希フッ酸のフッ素濃度は０．５０ｖｏｌ．％であり、過酸化水素水濃度は０．７５ｖｏｌ．％である。
【００３８】
ここで、上記工程後にウエハがクリーンルーム内で仕掛かりのため一時保管されても、ａ−Ｓｉ膜清浄表面は酸化膜２１で覆われており、ａ−Ｓｉ膜清浄表面への直接の有機系不純物の吸着を防ぐことができる。
【００３９】
つぎに、図１および図４に示すように、シリコン基板１は上述した半導体製造装置のクリーニングチャンバへ挿入され、アルゴンエキシマランプ（波長１２６ｎｍ，９．８ｅＶ）を用いて、シリコン基板１にアルゴンエキシマランプ照射２４を行い、Ｓｉ−Ｏの結合エネルギー８．９ｅＶの結合を切ることにより、下部電極５の表面の酸化膜除去が行われる。アルゴンエキシマランプの照射光は、インコヒーレント光であるので、拡散し、アルゴンエキシマランプからの距離が増加するにつれてエキシマ光強度が減少していく。
【００４０】
図６は、アルゴンエキシマランプ照射による酸化膜除去の様子を模式的に示している。図６（ａ）に示すように、表面に酸化膜（Ｓｉ−Ｏ結合）を有するシリコン基板２２の表面にアルゴンエキシマランプ照射２３を行うと、同図（ｂ）に示すように、アルゴンエキシマ光（Ａｒ_２ ^＊）の光エネルギー（ｈν＝９．８ｅＶ）によってＳｉ−Ｏ結合（結合エネルギー８．３ｅＶ）の切断が行われる。その結果、図６（ｃ）に示すように、酸化膜除去が進行する。具体的には、シリコン基板２２から遊離した酸素が、Ｈ_２ＯまたはＯ_２となって、クリーニングチャンバから排出される。
【００４１】
クリーニングは、真空中、還元性ガス雰囲気、または希ガス雰囲気で行われる。真空中の場合は１２６ｎｍの真空紫外光を吸収してしまう気体分子を除去できる。還元性ガス中の場合は真空紫外光によって還元性ガスを活性化させ、酸化膜除去をアルゴンエキシマ光による直接除去だけによらず還元作用による間接的にも除去を行い、酸化膜除去効率の向上が期待できる。また、希ガス中の場合は上記真空中の場合と異なりチャンバを真空に引くことなく、安定な希ガス雰囲気にチャンバの状態をしてやれば大気圧でクリーニングを行うことができ、大掛かりな排気装置が不要となる。
【００４２】
なお、図４の工程で、アルゴンエキシマランプによる酸化膜除去時に、有機系不純物は、ＣＯもしくはＣＯ_２などに分解されて除去され、または、高沸点系の不純物は、下地酸化膜の分解によるリフトオフで除去される。
【００４３】
つぎに、図１および図５に示すように、この処理工程の後に、シリコン基板１は上述した半導体製造装置のＨＳＧ−Ｓｉプロセスチャンバの高真空の反応炉の中に挿入され、この反応炉中で熱処理（圧力：１×１０^−５Ｐａ程度、温度：６００℃〜６５０℃程度、ＳｉＨ_４流量５０ｓｃｃｍ）が施され、上記パターニングしたａ−Ｓｉ膜表面にＨＳＧ核が形成され、さらに同一プロセスチャンバ内で５分間のアニールを行うことで半球形結晶粒であるＨＳＧ−Ｓｉ形成がなされる。このようにして、表面凹凸６を有するキャパシタの下部電極５が形成される。
【００４４】
つぎに、図７と図１２を参照してＨＳＧ−Ｓｉの形成について説明し、合わせて本発明の効果について述べる。上述した本発明の製造工程であれば、図７に示すように、下部電極となるａ−Ｓｉ膜３１の表面は図７（ａ）のように、厚さ１ｎｍ程度の酸化膜３２で保護されている。酸化膜３２上には有機系不純物３３が吸着している。
【００４５】
つづいて図７（ｂ）に示すように、クリーニングチャンバにてアルゴンエキシマランプ照射３４によりａ−Ｓｉ膜３１の表面の酸化膜３２が除去され、この際にＯ_２もしくはＨ_２Ｏが排出される。このときに同時に、酸化膜３２上に吸着した有機系不純物３３は、クリーニングチャンバにおいてアルゴンエキシマランプ照射３４によりＣＯもしくはＣＯ_２などに分解され、もしくは、高沸点系の不純物であれば下地の酸化膜除去によりリフトオフされる。
【００４６】
その後図７（ｃ）に示すように、ＨＳＧチャンバ（プロセスチャンバ）における反応炉内でａ−Ｓｉ膜３１の表面にＳｉＨ_４ガスが照射されると、ａ−Ｓｉ膜３１の表面にＳｉの吸着３５が起こり、ＨＳＧ核３６が形成されるようになる。
【００４７】
引き続いて、上記反応炉内で、高真空中でのアニール処理が施されると、図７（ｄ）に示すように、ａ−Ｓｉ膜３１の表面において、Ｓｉが拡散し、成長する。すなわち、上記のＨＳＧ核３６を中心としてシリコン結晶の固相成長３７が始まる。このアニール処理の温度は６００℃〜６５０℃程度であり、その真空度は１０^−５Ｐａ程度に設定される。この処理で、表面のシリコン原子は表面マイグレーションする。そして、上記のアニール処理の経過とともに、本発明の方法では、上記ＨＳＧ核３６を中心にシリコン原子が集まり、表面積の大きなＨＳＧ−Ｓｉ３８が安定して形成されるようになる。
【００４８】
以後は図示しないが、このＨＳＧ−Ｓｉによる凹凸を有する下部電極に対して、ＰＨ_３アニール（圧力：３３２５０Ｐａ程度、温度：６５０℃〜７００℃程度、ＰＨ_３流量：５００ｓｃｃｍ）を施して導電化させる。
【００４９】
その後、表面に極薄のシリコン窒化膜あるいはタンタル酸化膜等の容量絶縁膜が形成され、この容量絶縁膜を被覆するように対向電極が形成され、これによって、キャパシタが完成する。
【００５０】
これに対して、図１４で示した従来の方法であると、本発明のように酸化膜形成と酸化膜クリーニングの工程がないために、酸化膜除去後の仕掛かり放置時間の違いにより有機系異物がａ−Ｓｉ膜表面に付着することがある頻度で起こる。それを図１２（ａ）に示す。図１２（ａ）において、４１はａ−Ｓｉ膜、４２は有機系異物である。
【００５１】
そして、上記の有機系異物４２がａ−Ｓｉ膜４１上に存在すると、図１２（ｂ）に示すように、ＳｉＨ_４ ガスの照射によるＳｉの表面吸着４３の際に、ＨＳＧ核４４の形成されない領域が生じる（有機系異物４２の下部）。
【００５２】
さらには、図１２（ｃ）に示すように、Ｓｉの表面拡散と成長が行われる際に、有機系異物４２もシリコン原子の表面マイグレーションを低下させる。４５はシリコン基板４１の上に形成されたＨＳＧ−Ｓｉである。このようなシリコン原子の表面マイグレーションの低下は、表面積の大きなＨＳＧ−Ｓｉの形成を阻む（形成不良を生じる）大きな要因となる。
【００５３】
以上のような理由から、従来の技術では、形成されるＨＳＧ−Ｓｉの形状がばらつき、半導体装置の量産製造技術としては不満足なものとなる。
【００５４】
これに対して、上述したように本発明の方法では、半導体装置の量産ラインにおいて、半導体装置を搭載するウエハが一時保管されることがあっても、酸化膜がａ−Ｓｉ膜清浄表面を保護し、従来の技術で説明したような問題は皆無となる。このために、キャパシタを構成する下部電極の表面に、均一にしかも安定してＨＳＧ−Ｓｉからなる凹凸形状が形成できるようになる。
【００５５】
なお、上記の実施の形態では、下部電極のパターニングをした後に、ＨＳＧ−Ｓｉを形成したが、半導体基板の全面にａ−Ｓｉ膜を形成した状態で、ａ−Ｓｉ膜の表面にＨＳＧ−Ｓｉを形成し、その後にＰＨ_３アニールにより導電化させパターニングしキャパシタの下部電極とする工程を行ってもよい。
【００５６】
（第２の実施の形態）
つぎに、本発明の第２の実施の形態の半導体製造装置を図８と図９と図１０と図１１に基づいて説明する。
【００５７】
ここで、図１０は立体構造を有するキャパシタの概略断面図である。このキャパシタは、図１０に示すように、シリコン基板１の表面に容量用拡散層２が形成され、さらに全面にシリコン酸化膜で層間絶縁膜３が形成される。そして、この層間絶縁膜３の表面に下部電極溝形成用エッチストップ層９が積層して形成される。この下部電極溝形成用エッチストップ層９は、膜厚が２０ｎｍ程度のシリコン窒化膜で構成される。下部電極溝形成用エッチストップ層９の上には下部電極用絶縁膜７が積層形成される。そして、下部電極用絶縁膜７に下部電極用溝８がエッチングによってされる。さらに、下部電極用溝８の底部のエッチストップ層９を除去した後、層間絶縁膜３に上記容量用拡散層２表面に達するコンタクト孔４が形成される。さらにその後、コンタクト孔４を充填するようにプラグ１０が形成され、その後下部電極用溝８の内面全面に容量用拡散層２と接続される下部電極５が形成される。そして、この下部電極５の表面に表面凹凸６が形成される。
【００５８】
この第２の実施の形態の半導体製造装置の特徴は、図８に示すように、カセットロードエリア１１と、カセットアンロードエリア１２と、ＨＳＧ−Ｓｉプロセスチャンバ１３と、アルゴンエキシマランプにより酸化膜を除去するクリーニングチャンバ１４とが、真空または窒素あるいは希ガスなどの安定ガス雰囲気で満たされたトランスファチャンバ１５でつながっており、シリコン基板を大気にさらすことなく、シリコン基板を連続して処理できることを特徴とする。
【００５９】
また、上記クリーニングチャンバ１４には、シリコン基板を保持するウエハステージが設けられ、このウエハステージは傾き・回転機構を有している。立体構造を有するキャパシタの場合、キャパシタセルの開口径が例えば、０．３０μｍ×０．６７μｍ（０．２０μｍ^２程度）となると、キャパシタ底部、側壁までエキシマ光が照射されず酸化膜残渣が発生してしまう。この残渣の発生を防止するため、本実施の形態では、図９に示すように、上記に述べたようにウエハステージ５１に傾き・回転機構を備えている。５２は、図１０に示したものと同様の構造を有したシリコン基板である。符号５３は回転を示し、符号５４は傾きを示している。５５はアルゴンエキシマランプ照射（Ａｒ_２ ^＊光）を示している。
【００６０】
このようにウエハを傾けた状態で、回転させることにより、キャパシタセルの底部まで十分に光が届き、酸化膜除去を残渣無く行うことが可能となる。
【００６１】
また、図１１に示すように、酸化膜除去効率を向上させる目的で光強度を増大させるためのテーパ状光ガイド６２をウエハ（シリコン基板）６１の上方に設けてもよい。ウエハ６１にアルゴンエキシマランプ照射６３を行う際に、アルゴンエキシマランプの光は、インコヒーレント光であって徐々に広がるので、エキシマ光強度はアルゴンエキシマランプから離れるにつれて減少していく。そのため、アルゴンエキシマランプの光をテーパ状光ガイド６２を用いて反射させて、アルゴンエキシマランプの光を中央へ向かって収束させることが有効である。これによって、アルゴンエキシマ光（Ａｒ_２ ^＊光）が光強度を高めた状態でウエハ６１に照射される。図１２において、符号６４はテーパ状光ガイド６２による反射で光強度が増大した領域を示している。矢印６５はＡｒ_２ ^＊光が収束することを模式的に示している。
【００６２】
また、酸化膜除去効率を向上させるためにクリーニングチャンバに還元性ガスを導入することができるようにしてもよい。テーパ状光ガイド６２の材質はアルミニウムなどの１２６ｎｍのエキシマ光を反射可能な材質で構成される。
【００６３】
上記のような機構を備えかつ上記クリーニングチャンバとＨＳＧ−Ｓｉプロセスチャンバとが、トランスファチャンバでつながっているため、大気を介さずにシリコン基板の連続処理が可能になる。
【００６４】
これにより、半導体装置の量産工程において、キャパシタを構成する下部電極の表面に、均一にしかも安定してＨＳＧ−Ｓｉからなる凹凸形状を形成できるようになる。その結果、キャパシタの規格値を満たし、かつ容量値が安定して得られ、半導体装置の製造歩留まりが大幅に向上する。それに伴い、高集積化されるＤＲＡＭのような半導体装置の製造コストが大幅に低減するようになる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の半導体装置の製造方法および半導体製造装置によれば、ＨＳＧ下部電極形成の前に、自然酸化膜を除去し、その後酸化膜を生成するという前処理工程を実施することにより、ＨＳＧの形成時のＨＳＧ−Ｓｉの形状のばらつきを抑制でき、キャパシタの容量値を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するための製造工程を示す流れ図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を説明するための製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を説明するための製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を説明するための製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態を説明するための製造工程を示す断面図である。
【図６】酸化膜除去の原理を示す模式図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるＨＳＧ−Ｓｉの形成を説明するための工程順の断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の半導体製造装置を説明するための概略図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の半導体製造装置を説明するための概略図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態を説明するための下部電極部の模式的な断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の半導体製造装置の概略断面図である。
【図１２】従来例でのＨＳＧ−Ｓｉの形成を説明する工程順の断面図である。
【図１３】スタックトキャパシタの下部電極の模式的な断面図である。
【図１４】従来例を説明するための製造工程の流れ図である。
【図１５】ＨＳＧ−Ｓｉ形状と反射率の関係を説明するための、シーディングタイムと反射率の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ 容量拡散層
３ 層間絶縁膜
４ コンタクト孔
５ 下部電極
６ 表面凹凸
７ 下部電極用絶縁膜
８ 下部電極用溝
９ 下部電極溝形成用エッチストップ層
１０ プラグ
１１ ウエハローディングエリア
１２ ウエハアンローディングエリア
１３ ＨＳＧプロセスチャンバ
１４ クリーニングチャンバ
１５ トランスファチャンバ

Claims (14)

1. 半導体基板上にキャパシタの下部電極として形成された非晶質シリコン層の表面の自然酸化膜を除去し、前記非晶質シリコン層の表面に酸化膜を生成させる工程と、
   前記非晶質シリコン層の表面の前記酸化膜を除去し、前記非晶質シリコン層の清浄表面を露出させる工程と、
   その後、前記非晶質シリコン層の表面をシリコン化合物ガスに曝露し、前記非晶質シリコン層の表面にシリコン核を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
2. 前記酸化膜の除去は、アルゴンエキシマランプから照射されたエキシマ光を前記酸化膜に照射することにより行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記酸化膜の除去は、還元性ガス雰囲気中で行う請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記酸化膜の除去は、希ガス雰囲気中で行う請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記酸化膜の除去は、真空中で行う請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記酸化膜を除去する際に、同時に酸化膜上に吸着した有機系不純物を分解する請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記酸化膜の除去は、前記アルゴンエキシマランプ照射方向に対して前記半導体基板を傾け、かつ回転させながら行うことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記アルゴンエキシマランプは、波長１２６ｎｍのエキシマ光を照射することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記酸化膜は過酸化水素処理によって生成させる請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
10. プロセスチャンバと、
    ウエハステージと、前記ウエハステージに載置されたウエハにエキシマ光を照射するアルゴンエキシマランプとを内蔵し、かつ雰囲気ガスを導入するガス導入口を有するクリーニングチャンバと、
    前記クリーニングチャンバと前記プロセスチャンバとを接続するトランスファチャンバとを備えた半導体製造装置。
11. 前記ウエハステージはアルゴンエキシマランプの照射方向に対して前記ウエハを傾斜および回転させる機構を有している請求項１０に記載の半導体製造装置。
12. 前記ガス導入口は還元性ガスを添加する機構を有している請求項１０に記載の半導体製造装置。
13. 前記クリーニングチャンバは前記アルゴンエキシマランプから照射されたエキシマ光を集光して前記ウエハに照射するテーパ状光ガイドをさらに内蔵している請求項１０に記載の半導体製造装置。
14. 前記アルゴンエキシマランプは、波長１２６ｎｍのエキシマ光を照射することを特徴とする請求項１０〜１３の何れか１項に記載の半導体製造装置。

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