JP2799471B2

JP2799471B2 - 減圧処理装置

Info

Publication number: JP2799471B2
Application number: JP6240390A
Authority: JP
Inventors: 公裕松瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH03263320A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、減圧処理装置に関する。

（従来の技術）近年、超LSI等、集積回路の高集積化、高速度化、高
密度化に伴い、ゲート電極やコンタクトホールやスルー
ホール等の形成のために、多結晶シリコン（ポリシリコ
ン）に較べ、抵抗が１桁以上低いタングステン（Ｗ）等
の高融点金属の金属薄膜を形成する技術が重要となりつ
つある。

すなわち、例えばシリコン（Si）からなる半導体ウエ
ハ上のコンタクトホールを考えた場合、SiO₂膜の形成さ
れていない部位に例えばタングステンを堆積して金属薄
膜を形成し、その上にアルミニウム配線を施す。

このように、パターニングされた半導体ウエハの所望
成膜部位のみに金属薄膜層を形成する方法としては、従
来から半導体ウエハ全面に金属薄膜を形成し、この後エ
ッチバックする方法があるが、最近では、所望成膜部位
のみに選択的に金属薄膜を形成することにより、エッチ
バック工程を省略することのできる成膜方法が開発され
ている。つまり、この成膜方法では、SiO₂とSiの反応性
の違いを利用して、Si上にのみタングステン等を化学気
相成長させて金属薄膜を形成するものである。

また、このような選択的な成膜を行う際には、Si表面
（成膜部位）に自然酸化膜（SiO₂膜）が形成されている
と成膜が阻害されてしまう。このため、最近では成膜前
にエッチングによりSi表面の自然酸化膜を除去するプリ
エッチを行う方法も採用されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述した成膜、例えば選択的にタング
ステン等の金属薄膜を形成する成膜においても、不所望
部位（SiO₂膜の形成されている部位）にタングステンが
成膜され、選択性が低下してしまう、処理工程が増して
装置のスループットが低下する等の問題がある。このた
め、高スループットで、選択性の良好な膜を形成するこ
とのできる成膜装置の開発が望まれている。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、高スループットで良好な処理を行うことのできる減
圧処理装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち、請求項１の発明は、少くともプリエッチ用
減圧処理室と化学気相成長により選択的に成膜する成膜
用減圧処理室とを含む複数の減圧処理室と、これらの減圧処理室に対し減圧下で被処理体を搬入出
力する搬送機構を備え減圧可能に構成された搬送室と、前記搬送室内に設けられ、前記プリエッチ用減圧処理
室におけるプリエッチの後、前記成膜用減圧処理室にお
ける成膜の前に前記被処理体に紫外線を照射して前記被
処理体に付着したガスを除去する紫外線照射手段とを具備したことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１記載の減圧処理装
置において、前記搬送室内に、前記被処理体を複数同時に保持する
保持機構が設けられ、この保持機構に前記紫外線照射手
段が設けられたことを特徴とする。

（作用）例えば選択的にタングステン等の金属薄膜を形成する
成膜において、例えばSiO₂膜の形成されている部位等の
不所望部位にタングステンが成膜され、選択性が低下す
る原因の一つとして、プリエッチ工程において用いたガ
ス成分等が、例えばSiO₂膜に吸着されて残留し、この残
留成分を核として例えばタングステンが異常成長してし
まうことが挙げられる。

そこで、本発明の減圧処理装置では、搬送室内に、被
処理体を複数同時に保持する機構（バッファーステーシ
ョン）を配置する。そして、このバッファーステーショ
ンに、紫外線照射手段を設け成膜前に被処理物に紫外線
を照射し、このような残留成分を除去することにより、
不所望部位に成膜されることを防止し、選択性の向上を
図る。さらに、Si上の自然酸化膜を除去するために用い
たガスがSi上に残留している場合にも効果を発揮する。
また、このような紫外線照射手段を真空搬送路内に設け
るため、別の真空チャンバ（紫外線照射用）を設ける必
要もなく、また、例えば搬送中あるいはバッファーステ
ーションでの待機中に、被処理物に紫外線を照射するの
で、スループットの低下を招くことなく、高スループッ
トで処理を行うことができる。

（実施例）以下、本発明を半導体ウエハにタングステン膜を選択
的に形成する成膜装置に適用した一実施例を、図面を参
照して説明する。

第１図に示すように、成膜装置１には、２つの成膜用
チャンバ２、３と、１つのプリエッチ用チャンバ４が、
真空搬送路を構成する搬送室５の周囲を囲む如く設けら
れている。また、この搬送室５と、成膜用チャンバ２、
３およびプリエッチ用チャンバ４との間には、それぞれ
ゲートバルブ６、７、８が設けられており、これらのチ
ャンバ間を気密に閉塞および解放可能に構成されてい
る。また、これらの成膜用チャンバ２、３、プリエッチ
用チャンバ４、搬送室５は、それぞれ図示しない真空ポ
ンプに接続されており、処理中は、チャンバ内が所望の
減圧雰囲気に設定される。

上記成膜用チャンバ２、３、プリエッチ用チャンバ４
は、例えば円筒状に形成されたアルミ製チャンバ等から
構成されている。そして、成膜用チャンバ２、３は、CV
Dにより半導体ウエハ９に選択的にタングステン等の金
属薄膜を形成するための周知の機器類、例えば加熱機
構、ウエハ保持機構（いずれも図示せず）等が設けられ
ている。また、プリエッチ用チャンバ４内には、例えば
高周波電場とエッチングガスを用いたドライエッチング
により半導体ウエハ９に形成された自然酸化膜を除去す
るための周知に機器類、例えば電極、ウエハ保持機構
（いずれも図示せず）等が設けられている。なお、上記
成膜およびプリエッチを行う機器類は、共に半導体ウエ
ハ９の処理面が同じ向き例えば下向き（フェイスダウ
ン）で処理されるよう構成されている。

上記搬送室５の前部側方には、左右にそれぞれウエハ
収容室10、11が設けられており、これらのウエハ収容室
10、11と搬送室５との間にはそれぞれゲートバルブ12、
13が設けられている。そして、ウエハ収容室10、11内に
は、それぞれ複数枚例えば25枚程度の半導体ウエハ９を
収容可能に構成されたウエハカセット14が配置される。

また、上記搬送室５内には、ウエハ収容室10、11へ半
導体ウエハ９を出し入れするための第１のウエハ搬送機
構15と、成膜用チャンバ２、３、プリエッチ用チャンバ
４に半導体ウエハ９をロード・アンロードするための第
２のウエハ搬送機構16が設けられている。さらに、これ
らのウエハ搬送機構15、16の間には、半導体ウエハ９を
一時載置するためのバッファーステーション17が設けら
れている。

このバッファーステーション17は、例えば第２図およ
び第３図に示すように、対向する如く設けられた支持体
20、21の内側に形成された支持溝22、23によって半導体
ウエハ９の周縁部を係止し、複数枚例えば２枚の半導体
ウエハ９を棚積みする如く支持可能に構成されている。
なお、この実施例の場合、半導体ウエハ９はバッファー
ステーション17に下向きに載置される。

そして、このバッファーステーション17に半導体ウエ
ハ９を一旦載置して、第１のウエハ搬送機構15と第２の
搬送機構16との間で半導体ウエハ９の受け渡しを行うこ
とにより、搬送機構同士での待機時間をなくし、効率的
な搬送が行えるよう構成されている。

さらに、この実施例では、上記支持体20、21の間の下
部に、例えば紫外線ランプ、反射鏡等からなる紫外線照
射機構24が設けられており、バッファーステーション17
に下向きに載置された半導体ウエハ９の成膜面（下側
面）に紫外線を照射することができるよう構成されてい
る。

次に上記構成のこの実施例の成膜装置１の動作を説明
する。

ウエハ収容室10、11内には、例えば表面に所望パター
ンのSiO₂膜が形成され、SiO₂膜の間にシリコンが露出し
たコンタクトホールが形成されたシリコン製の半導体ウ
エハ９を収容したウエハカセット14が配置される。な
お、このような半導体ウエハ９のコンタクトホール（シ
リコン露出部）には、例えば搬送中等の空気と接触する
ことにより、例えば厚さ１〜1.5nm程度の自然酸化膜が
形成されている。

そして、まず、ゲートバルブ12（あるいはゲートバル
ブ13）を開として、第１の搬送機構15により、ウエハ収
容室10（あるいはウエハ収容室11）内のウエハカセット
14から所定の半導体ウエハ９を取り出し、バッファース
テーション17に載置する。なお、このような未処理の半
導体ウエハ９の取り出しは逐次行われる。

次に、バッファーステーション17に載置した未処理の
半導体ウエハ９を、第２の搬送機構16で保持し、ゲート
バルブ８を開として、この半導体ウエハ９をプリエッチ
用チャンバ４内に収容する。

そして、第２の搬送機構16をプリエッチ用チャンバ４
から引き抜いた後、ゲートバルブ８を閉じ、エッチング
ガス例えばNF₃ガスと希釈用ガス例えばN₂ガスを用いた
プラズマエッチング等により、半導体ウエハ９の成膜部
位（コンタクトホール）に形成された自然酸化膜を除去
するプリエッチを行う。

なお、上記プリエッチの間に、必要であれば次の未処
理の半導体ウエハ９を第１の搬送機構15により取り出
し、バッファーステーション17に載置しておく。

上記プリエッチが終了すると、第２の搬送機構16によ
り、プリエッチ用チャンバ４から半導体ウエハ９を取り
出し、バッファーステーション17に載置し、既にバッフ
ァーステーション17に載置されている次の未処理の半導
体ウエハ９をプリエッチ用チャンバ４内に収容する。

この時、バッファーステーション17の紫外線照射機構
24の紫外線ランプを点灯しておき、第２の搬送機構16が
次の未処理の半導体ウエハ９をプリエッチ用チャンバ４
内に収容している間にプリエッチの終了した半導体ウエ
ハ９に紫外線（波長例えば150〜300nm）を照射する。

なお、このような紫外線の照射は、半導体ウエハ９の
SiO₂膜およびSi表面に残留したガス（上記プリエッチ工
程において用いたガス）成分等を除去するためのもので
ある。このため、半導体ウエハ９に照射する紫外線の波
長、照射量、照射時間および真空チャンバ内の真空度等
は、例えばプリエッチの条件（プリエッチに用いたガス
の種類等）等により、適宜選択する。

この後、成膜用チャンバ２または成膜用チャンバ３
に、プリエッチおよび紫外線照射が終了した半導体ウエ
ハ９を収容し、この半導体ウエハ９を所定温度に加熱、
例えば赤外線ランプを照射して加熱するとともに、所定
の膜成長ガス、例えば、WF₆およびSiH₄と、キャリアガ
ス例えば、H₂およびArを供給し、CVDにより選択的にタ
ングステン膜を形成する。すなわち、半導体ウエハ９上
のコンタクトホール内のみに選択的にタングステンを化
学気相成長させてこの部位のみにタングステン膜を形成
する。

また、上記成膜中にプリエッチが終了した次の半導体
ウエハ９を同様な手順でプリエッチ用チャンバ４から取
り出し、バッファーステーション17で紫外線を照射した
後、他方の成膜用チャンバ３または成膜用チャンバ２に
収容して同様に成膜を実施する。

そして、成膜が終了すると、第２の搬送機構16によ
り、半導体ウエハ９を成膜用チャンバ２、３から取り出
してバッファーステーション17に載置し、第１の搬送機
構15により、ウエハ収容室10、11のウエハカセット内に
収容する。

このような手順を繰り返すことにより、次々と連続的
に半導体ウエハ９に選択的にタングステン膜を形成す
る。

なお、上記シークエンスは、例えば成膜処理に要する
時間とプリエッチに要する時間との差等により、適宜変
更可能であり、例えばプリエッチ終了後、一旦半導体ウ
エハ９をウエハカセット14に戻し、ウエハカセット14か
ら再度成膜用チャンバ２、３にロードする等のシークエ
ンスも可能である。

すなわち、この実施例では、半導体ウエハ９表面の成
膜部位に形成された自然酸化膜をプリエッチ工程で除去
した後、この半導体ウエハ９に減圧雰囲気下で紫外線を
照射し、半導体ウエハ９の非成膜部位であるSiO₂膜およ
びSi表面に残留したガス成分を除去し、この期、タング
ステンを選択的に化学気相成長させる。

したがって、SiO₂膜表面に残留したガス成分等を核と
して、SiO₂膜表面にタングステンが化学気相成長するこ
とを防止することができ、従来に較べて大幅に選択性の
向上を図ることができる。また、Si表面に残留したガス
成分を除去することで良好な電気特性を得ることができ
る。

また、真空搬送路中のバッファーステーション17で半
導体ウエハ９に紫外線を照射するので、搬送途中の待ち
時間を利用して紫外線を照射することができ、スループ
ットの低下を招くこともない。

さらに、紫外線照射処理用の真空チャンバ等を別途設
ける必要もないので、装置の製造コストの大幅な上昇を
招いたり、装置の大型化を招いたりすることもない。ま
た、プリエッチの後、半導体ウエハ９を空気中で搬送し
たり、空気中に長時間放置したりすることなく、連続し
て成膜処理を行うことができるので、プリエッチ後に再
度自然酸化膜が形成されてしまうことも防止することが
できる。

なお、上記実施例では、半導体ウエハ９を下向きにし
て搬送、プリエッチ、成膜処理する例について説明した
が、半導体ウエハ９を上向きにして搬送、プリエッチ、
成膜処理する場合でも同様にして適用することができ
る。ただし、この場合、紫外線照射機構24をバッファー
ステーション17の上部に設け、上部から半導体ウエハ９
に紫外線を照射するよう構成する必要がある。

また、例えば成膜用チャンバ２、３およびプリエッチ
用チャンバ４の数等は、適宜設定可能であり、さらに、
バッファーステーション17の構造および数や、紫外線照
射機構24の構造および数等も適宜変更可能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の減圧処理装置によれ
ば、高スループットで良好な処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の成膜装置の構成を示す図、
第２図は第１図の成膜装置のバッファーステーションの
構成を拡大して示す上面図、第３図は第２図に示すバッ
ファーステーションの側面図である。１……成膜装置、２、３……成膜用チャンバ、４……プ
リエッチ用チャンバ、５……搬送室、６〜８……ゲート
バルブ、９……半導体ウエハ、10、11……ウエハ収容
室、12,13……ゲートバルブ、14……ウエハカセット、1
5……第１の搬送機構、16……第２の搬送機構、17……
バッファーステーション、24……紫外線照射機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−251734（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−80525（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/68 H01L 21/205 C23C 16/00 - 16/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともプリエッチ用減圧処理室と化学
気相成長により選択的に成膜する成膜用減圧処理室とを
含む複数の減圧処理室と、これらの減圧処理室に対し減圧下で被処理体を搬入出す
る搬送機構を備え減圧可能に構成された搬送室と、前記搬送室内に設けられ、前記プリエッチ用減圧処理室
におけるプリエッチの後、前記成膜用減圧処理室におけ
る成膜の前に前記被処理体に紫外線を照射して前記被処
理体に付着したガスを除去する紫外線照射手段とを具備したことを特徴とする減圧処理装置。
【請求項２】請求項１記載の減圧処理装置において、前記搬送室内に、前記被処理体を複数同時に保持する保
持機構が設けられ、この保持機構に前記紫外線照射手段
が設けられたことを特徴とする減圧処理装置。