JP2009182006A - 半導体装置の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮｉＳｉの異常酸化を抑制し、さらにパーティクルの発生を抑制して、半導体装置の品質の向上を図る。
【解決手段】ＮｉＳｉを用いる半導体装置の製造プロセスにて、ＮｉＳｉがウェーハ表層にある状態で、縦型の減圧気相成長装置にてＳｉＮ膜を成膜したところ、ボート装入時に予備室内の酸素を反応炉内に巻き込み、反応炉内温度（３００℃）とヒーターの輻射熱を受けてＮｉＳｉと反応し酸化していることにより、ＮｉＳｉが異常酸化し配線抵抗異常が発生した。そして、ヒーターからの輻射熱の影響を無くすために熱量を低くすると炉内の温度が急激に低下して、炉内に堆積したＳｉＮ膜が熱ストレスにより剥がれ、パーティクルが発生することが分かっている。これを解決するために、ＳｉＮ膜を成膜する工程にて、反応炉内温度を制御するヒーターの最大熱量を０．７５ｋＪ／ｓｅｃ以上、１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下に制御してボートを装入する。
【選択図】図３

Description

本発明は、縦型の減圧気相成長装置を用いた、半導体装置の製造方法および製造装置に関するものである。

従来、半導体装置の製造プロセスにおいて、縦型の減圧気相成長装置で所望の膜を成膜する工程では、半導体装置基板（以下、ウェーハと称する）が装填されたボートを炉内に装入する際に生成される自然酸化膜とパーティクルを抑制するために、種々のボート装入方法が提案されている。

一例として、ボートを炉内に装入する際の予備室と炉内の雰囲気圧力を２００Ｐａ以上大気圧未満とするとともに、炉内温度を３００℃以下とすることで、ウェーハの自然酸化膜とパーティクルを抑制する方法が提案されている。
特開２００４−３９６５６号公報

近年、半導体装置の高性能化にむけ、ニッケルシリサイド（以下、ＮｉＳｉと称する）を用いる半導体装置の製造プロセスが主流になりつつあるが、ＮｉＳｉがウェーハ表層にある状態で、縦型の減圧気相成長装置にてシリコン窒化膜（以下、ＳｉＮと称する）を、従来技術を用いて成膜したところ、ＮｉＳｉが異常酸化し配線の高抵抗化がみられた。

この異常酸化について詳細に調査したところ、ボート装入時の炉内温度（３００℃）を制御するためのヒーターの輻射熱が大きく作用していることを発見した。炉内温度は炉内に設置された熱電対により検知されるが、ボート装入時は常温のウェーハが反応炉に装入されることにより、炉内温度が急激に低下するため炉内温度をリカバリーしようとヒーターの熱量が大きくなる。

しかしながら、ウェーハが受ける熱量としては、前記の温度リカバリー時のヒーターからの輻射熱が支配的であり、炉内温度の影響は小さいものと推察している。つまり、ＮｉＳｉの異常酸化の原因は、ボート装入時の温度リカバリーの際に、ヒーターの輻射熱を受けたウェーハの温度が、熱電対が検知する炉内温度以上に上昇し、残留している酸素成分と反応したものと推察している。

また、この異常酸化を抑制する施策として、ヒーターの輻射熱を低下させたところ、ＮｉＳｉの異常酸化の抑制は可能であるが、逆に、パーティクルが多く発生する課題が起きた。このパーティクル発生の原因としては、ヒーターの輻射熱が低下することにより、炉内温度の低下を招き、反応炉の内壁やボート部に堆積されたＳｉＮ膜が、熱ストレスにより剥離したものと推察している。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、ＮｉＳｉの異常酸化を抑制し、さらにパーティクルの発生を抑制し、半導体装置の品質の向上を図る半導体装置の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上にＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）膜を形成する工程と、ＮｉＳｉ膜に減圧気相成長によってＳｉＮ（シリコン窒化）膜を形成する工程とを備え、ＳｉＮ膜の形成工程において、半導体基板を減圧気相成長のためのチャンバーに導入するときのヒーターの最大熱量を０．７５ｋＪ／ｓｅｃ以上、１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下に制御することを特徴とする半導体装置の製造方法である。

また、請求項２に記載した半導体装置の製造装置は、チャンバーと、チャンバーを加熱するヒーターと、半導体基板をチャンバーに導入するボートと、ヒーターを制御するコントローラーとを備え、コントローラーは、ボートが半導体基板をチャンバーに導入するときにはヒーターの最大熱量を０．７５ｋＪ／ｓｅｃ以上、１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下に制御することを特徴とする半導体装置の製造装置である。

前記方法、装置によれば、ＮｉＳｉの異常酸化を抑制でき、さらにパーティクルの発生を抑制することができる。

本発明によれば、ＮｉＳｉの異常酸化を抑制でき、さらにパーティクルの発生を抑制することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態における製造装置の概略構成を示した図である。図１において、１は反応炉、２は予備室、３はボート、４はウェーハ、５は炉口蓋、６はヒーター、７は熱電対、８は温度制御部、９は電力供給部、１０は排気配管、１１はポンプ、１２はガス導入配管、１３は炉口フランジである。

この構成において、反応炉１は炉口フランジ１３に支持され、炉口フランジ１３には排気配管１０が接続され、排気配管１０には反応炉１内を真空引きするポンプ１１が接続される。また、炉口フランジ１３には成膜に用いる反応ガスを供給するガス導入配管１２が接続される。反応炉１を囲む様に、円筒状のヒーター６が設けられ、電力供給部９より電力が供給され、反応炉１を加熱する。

反応炉１内には温度監視用の熱電対７が具備され、熱電対７により検知された反応炉１温度は温度制御部８で所望の反応炉１温度にするための必要電力を計算し、電力供給部９にフィードバックさせ反応炉１温度を制御する。

炉口蓋５上に設置されたボート３にはウェーハ４が装填され、ボート３を反応炉１へ装入するためのボートエレベータ（図示せず）が炉口蓋５に連結される。

ここで、本実施形態の縦型の減圧気相成長処理について略述する。成膜処理を行う際は、反応炉１内温度を３００℃に制御した状態で、ウェーハ４が装填されたボート３を反応炉１に装入し、炉口蓋５により反応炉１と予備室２を隔てた後、反応炉１をポンプ１１により真空引きし、反応炉１内を成膜温度に制御し、ガス導入配管１２より反応ガスを供給しＳｉＮ膜を成膜する。

図２にボート３装入時の反応炉１内温度とヒーター６の熱量のグラフを示す。グラフ中の反応炉温度Ａ、ヒーター熱量Ａの波形は、ボート３装入時に温度リカバリーをした際の波形である。温度リカバリーとは、ボート３を装入する工程において低下する反応炉１内の温度を、ボート３装入工程前の反応炉１温度に復旧するための温度制御を意味する。温度リカバリー条件では、ボート３装入時に低下した反応炉１内の温度をリカバリーするため、ヒーター熱量が増加している。今回、ボート３装入時のヒーター熱量がＮｉＳｉの異常酸化とパーティクル増加数への影響があることを発見した。以下にその結果を示す。

予備室２内が大気雰囲気状態における、ボート３装入時の最大ヒーター熱量別、抵抗値異常率を図３に示す。抵抗値異常率はＮｉＳｉの異常酸化による抵抗値異常率である。

図３に示すように最大ヒーター熱量が１５ｋＪ／ｓｅｃ、すなわち温度リカバリー条件では抵抗値異常率が１００％となるが、最大ヒーター熱量が小さくなるに従い抵抗値異常率も下がり、１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下では抵抗値異常率は０％となることを見出した。この結果からウェーハ雰囲気に酸素が存在しても、最大ヒーター熱量が１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下では、酸化させるための熱量が足りないため、異常酸化が発生しないと考えられる。

また、図３に予備室２内が大気雰囲気における、ボート３装入時の最大ヒーター熱量別のパーティクル(粒径＞０．５μｍ)増加数を示す。最大ヒーター熱量が０．７５ｋＪ／ｓｅｃ以上では、パーティクル数２個以下で安定しているが、０ｋＪ／ｓｅｃではパーティクルが１０個に増加していることから、パーティクルはボート３装入時の最大ヒーター熱量と因果関係があると考えられる。パーティクル増加のメカニズムを以下に考察する。

ボート３装入時の最大ヒーター熱量が０ｋＪ／ｓｅｃ状態、すなわち温度リカバリー無し条件では、反応炉１内温度が急激に低下するため、反応炉１内に堆積したＳｉＮ膜が熱ストレスにより、剥がれパーティクルとなると考えられる。図２のグラフ中の反応炉温度Ｂ、ヒーター熱量Ｂの波形はボート３装入時の温度リカバリー無し条件の反応炉内１温度とヒーター６熱量の波形を示す。

温度リカバリー無し条件では、ボート３装入時に低下した反応炉１内の温度をリカバリーしないため、反応炉１内温度は温度リカバリーあり条件時の反応炉１温度よりも急激に温度が低下していることが分かる。

この結果から、ＮｉＳｉの異常酸化はボート３装入時の最大ヒーター熱量を１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下にすることで抑制され、パーティクルはボート３装入時の最大ヒーター熱量を０．７５ｋＪ／ｓｅｃ以上にすることで抑制できることを見出した。したがって、最大ヒーター熱量を０．７５ｋＪ／ｓｅｃ以上１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下で制御することにより、ＮｉＳｉの異常酸化がなくパーティクルが発生しない、ＳｉＮ膜の成膜を実現することができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法および製造装置は、ＮｉＳｉがウェーハ表層にある状態で、縦型の気相成長装置にてＳｉＮを成膜する工程における、ボート装入時のＮｉＳｉの異常酸化とパーティクルを抑制でき、半導体装置の品質を向上させることができる。

本発明の実施形態の製造装置を示す概略構成図 ボート装入時の反応炉内温度とヒーターの熱量のグラフを示す図 ボート装入時の最大ヒーター熱量別の抵抗値異常率、およびパーティクルの増加数を示す図

符号の説明

１ 反応炉
２ 予備室
３ ボート
４ ウェーハ
５ 炉口蓋
６ ヒーター
７ 熱電対
８ 温度制御部
９ 電力供給部
１０ 排気配管
１１ ポンプ
１２ ガス導入配管
１３ 炉口フランジ

Claims (2)

1. 半導体基板上にＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）膜を形成する工程と、
   前記ＮｉＳｉ膜に減圧気相成長によってＳｉＮ（シリコン窒化）膜を形成する工程とを備え、
   前記ＳｉＮ膜の形成工程において、前記半導体基板を前記減圧気相成長のためのチャンバーに導入するときのヒーターの最大熱量を０．７５ｋＪ／ｓｅｃ以上、１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下に制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. チャンバーと、
   前記チャンバーを加熱するヒーターと、
   半導体基板を前記チャンバーに導入するボートと、
   前記ヒーターを制御するコントローラーとを備え、
   前記コントローラーは、前記ボートが半導体基板を前記チャンバーに導入するときには前記ヒーターの最大熱量を０．７５ｋＪ／ｓｅｃ以上、１．５ｋＪ／ｓｅｃ以下に制御することを特徴とする半導体装置の製造装置。

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