JP2017098543A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記半導体素子の製造方法で、前記水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスは、SiH4、B2H2、NH3またはH2を含みうる。
前記半導体素子の製造方法で、前記シーズニング層を形成する段階は、前記プロセスチャンバ内部にシリコン酸化膜を形成する段階を含みうる。
前記半導体素子の製造方法で、前記シーズニング層を形成する段階は、前記プロセスチャンバ内部にシリコン酸化膜を形成する段階、及び前記シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する段階を含みうる。
前記半導体素子の製造方法で、前記フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階は、前記シーズニング層を形成する段階の以前に行われるか、以後に行われるか、または以前と以後の両方で行われる。
前記半導体素子の製造方法で、前記単位サイクルは、前記シリコン酸化膜からなるシーズニング層を形成する段階以後に、シリコン(Si)と塩素(Cl)とを含有するガスと水素(H)を含有するガスとを活性化して、前記シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜からなるシーズニング層を形成する段階をさらに含みうる。
前記半導体素子の製造方法で、前記対象膜と前記シリコン窒化膜とからなるシーズニング層は、同じガスを用いて形成された同じ物質からなりうる。
前記半導体素子の製造方法で、前記単位サイクルは、水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスを活性化して、フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階をさらに含むが、前記フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階は、前記シーズニング層を形成する段階の以前に行われるか、以後に行われるか、または以前と以後の両方で行われる。
明細書の全体に亘って、膜、領域または基板のような1つの構成要素が、他の構成要素“上に”位置すると言及する時は、前記1つの構成要素が、直接に前記他の構成要素“上に”接触するか、その間に介在されるさらに他の構成要素が存在することができると解釈されうる。一方、1つの構成要素が、他の構成要素“直接上に”位置すると言及する時は、その間に介在される他の構成要素が存在しないと解釈される。
以下、本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態を概略的に図示する図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術及び/または公差(tolerance)によって、示された形状の変形が予想される。したがって、本発明思想の実施形態は、本明細書に示された領域の特定形状に制限されたものと解釈されてはならず、例えば、製造上招かれる形状の変化を含まねばならない。また、図面で、各層の厚さやサイズは、説明の便宜及び明確性のために誇張されたものであり得る。同じ符号は、同じ要素を指称する。
本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法で言及される薄膜は、化学的気相蒸着法(CVD)または原子層蒸着法(ALD;Atomic Layer Deposition)などとして具現可能である。一方、本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法で言及される‘励起(excite)’とは、プラズマや熱によって活性化された状態を意味する。
図1を参照すれば、本発明の実施形態による半導体素子の製造方法は、プロセスチャンバ内部に蒸着された物質を除去するために、真空状態を保持しながら、フッ素(F)または塩素(Cl)を含有するガスを用いてインサイチュクリーニングを行う段階(ステップS100)と、前記プロセスチャンバ内部にシーズニング層を形成する段階(ステップS300)と、水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスを活性化して、フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階(ステップS200、ステップS400)と、前記プロセスチャンバ内部に配された基板上に対象膜を形成する段階(ステップS500)と、を含む。
薄膜蒸着装置を用いて薄膜形成工程を進行する間に、薄膜形成処理時に生成される反応生成物は、半導体薄膜の表面だけではなく、チャンバ内部表面にも堆積(付着)されてしまう。半導体量産用薄膜蒸着装置は、多量の半導体基板を処理するために、チャンバ内部に反応生成物が付着された状態で薄膜形成処理を続けば、反応生成物が剥離されてパーティクルが発生する。このようなパーティクルは、蒸着工程の不良を引き起こし、半導体基板に付着されて半導体素子の収率を低下させることができる。このために、一定時間または一定枚数の半導体基板蒸着工程が終了した後には、チャンバ内部を洗浄しなければならない。
例えば、シリコン窒化物(SiN)をメイン蒸着する工程において、クリーニング段階で、洗浄ガスとしてNF3を使えるが、NF3ガスは、通常の熱的反応によってクリーニングされることではなく、リモートプラズマジェネレーター(Remote Plasma Generator;RPG)を通じてプラズマで励起させて、チャンバ内に残っているシリコン窒化膜を除去する。クリーニング工程でチャンバ内に残っているシリコン窒化物が全部除去された時、オーバーエッチングによってプラズマで励起されたフッ素(F)がチャンバ内部表面に残っており、チャンバ内に残っているフッ素(F)が後続のメイン蒸着工程でシリコン窒化膜の蒸着を妨害して、初期蒸着されるシリコン窒化膜の厚さを減少させる問題点を誘発する恐れがある。
水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスは、例えば、SiH4、B2H2、NH3またはH2を含みうる。このようなガスをプラズマや熱によって活性化させれば、励起された水素(H)が、チャンバ内に残留するフッ素(F)または塩素(Cl)と反応してチャンバから除去される。例えば、励起された水素(H)が、チャンバ内に残留するフッ素(F)と反応すれば、ガス状のHFで生成されてチャンバから除去され、励起された水素(H)が、チャンバ内に残留する塩素(Cl)と反応すれば、ガス状のHClで生成されてチャンバから除去される。
本発明の他の実施形態によれば、図1の(b)のように、クリーニング段階(ステップS100)後に、水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスを活性化して、フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階(ステップS400)は、シーズニング層を形成する段階(ステップS300)の以後に行われる。
本発明のさらに他の実施形態によれば、図1の(c)のように、クリーニング段階(ステップS100)後に、水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスを活性化して、フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階(ステップS200、ステップS400)は、シーズニング層を形成する段階(ステップS300)の以前及び以後にいずれも行われることもある。
図2を参照すれば、条件1は、水素(H)を含有するガスを用いてフッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階(ステップS200、ステップS400)は行わず、インサイチュクリーニングを行う段階(ステップS100)とシーズニング層を形成する段階(ステップS300)のみを行った実験例である。条件2は、図1の(a)に該当する実験例であり、条件3は、図1の(b)に該当する実験例であり、条件4は、図1の(d)に該当する実験例である。
すなわち、水素(H)含有ガスを用いて処理(treatment)する段階をシーズニング段階前後に進行した場合、フッ素(F)または塩素(Cl)の除去効果が最も高く、水素(H)含有ガスを用いて処理する段階が、シーズニング段階以前に行うよりも以後に行う場合、相対的にフッ素(F)または塩素(Cl)の除去効果が高かった。
以下、前述した本発明の技術的思想を反映したものであって、本発明の理解のために、さらに具体的な例をあげて説明する。
クリーニング工程以後にも、残留するフッ素(F)または塩素(Cl)で起因する問題点を防止するために、チャンバ内部にシーズニング層を形成する。シーズニング層は、シリコン酸化膜からなる単一膜であるか、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる複合膜であり得る。
図3及び図4で、‘No Seasoning’条件は、シーズニング層を形成していない場合であり、‘SiN 1K’条件は、厚さ1000Åのシリコン窒化膜からなる単一シーズニング層を形成した場合であり、‘PE−OX 2K’条件は、PECVD工程で形成した厚さ2000Åのシリコン酸化膜からなる単一シーズニング層を形成した場合であり、‘PE−OX 2K+SiN 100Å’条件は、PECVD工程で形成した厚さ2000Åのシリコン酸化膜とPEALD工程で形成した厚さ100Åのシリコン窒化膜とからなる複合シーズニング層を形成した場合である。
Claims (12)
- プロセスチャンバ内部に蒸着された物質を除去するために、真空状態を保持しながら、フッ素(F)または塩素(Cl)を含有するガスを用いてインサイチュクリーニングを行う段階と、
前記プロセスチャンバ内部にシーズニング層を形成する段階と、
水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスを活性化して、フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階と、
前記プロセスチャンバ内部に配された基板上に対象膜を形成する段階と、
を含む半導体素子の製造方法。 - 前記フッ素(F)または塩素(Cl)を含有するガスは、NF3またはClF3を含む請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスは、SiH4、B2H2、NH3またはH2を含む請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記シーズニング層を形成する段階は、前記プロセスチャンバ内部にシリコン酸化膜を形成する段階を含む請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記シーズニング層を形成する段階は、前記プロセスチャンバ内部にシリコン酸化膜を形成する段階、及び前記シリコン酸化膜の上にシリコン窒化膜を形成する段階を含む請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階は、前記シーズニング層を形成する段階の以前に行われるか、以後に行われるか、または以前と以後の両方で行われる請求項1ないし請求項5のうち何れか一項に記載の半導体素子の製造方法。
- シリコン(Si)と塩素(Cl)とを含有するガスを用いてプロセスチャンバ内部に配された基板上に対象膜を蒸着する段階と、
前記プロセスチャンバ内部に蒸着された物質を除去するために、真空状態を保持しながら、フッ素(F)または塩素(Cl)を含有するガスを用いてインサイチュクリーニングを行う段階と、
前記プロセスチャンバ内部に酸化膜からなるシーズニング層を形成する段階と、
を含む単位サイクルを少なくとも一回以上行う半導体素子の製造方法。 - 前記酸化膜からなる前記シーズニング層を形成する段階は、前記プロセスチャンバ内部にシリコン(Si)を含有するが、塩素(Cl)を含有しないガスを用いてシリコン酸化膜からなるシーズニング層を形成する段階を含む請求項7に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記単位サイクルは、前記シリコン酸化膜からなるシーズニング層を形成する段階以後に、シリコン(Si)と塩素(Cl)とを含有するガスと水素(H)を含有するガスとを活性化して、前記シリコン酸化膜の上にシリコン窒化膜からなるシーズニング層を形成する段階をさらに含む請求項8に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記対象膜と前記シリコン窒化膜とからなるシーズニング層は、同じガスを用いて形成された同じ物質からなる請求項9に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記シリコン酸化膜からなるシーズニング層を形成する段階で、前記シリコン(Si)を含有するが、塩素(Cl)を含有しないガスは、シラン(SiH4)を含み、
前記シリコン窒化膜からなるシーズニング層を形成する段階で、前記シリコン(Si)と塩素(Cl)とを含有するガスは、DCS(SiH2Cl2)またはHCDS(Si2Cl6)を含み、前記水素(H)を含有するガスは、NH3を含み、
前記対象膜を蒸着する段階で、前記シリコン(Si)と塩素(Cl)とを含有するガスは、DCS(SiH2Cl2)またはHCDS(Si2Cl6)を含む請求項10に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記単位サイクルは、水素(H)を含有するが、炭素を含有しないガスを活性化して、フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階をさらに含むが、
前記フッ素(F)または塩素(Cl)の残留物を除去する段階は、前記シーズニング層を形成する段階の以前に行われるか、以後に行われるか、または以前と以後の両方で行われる請求項7ないし請求項11のうち何れか一項に記載の半導体素子の製造方法。
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