JP4163395B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
MOSトランジスタのゲート絶縁膜として、現在はシリコン酸化膜が用いられているが、微細化に伴い薄膜化は限界に近いところまで進んでいる。これに代わる材料として近年、高誘電体絶縁膜ゲートの研究が進んでいる。高誘電体絶縁膜の中でも注目されているジルコニウム酸化膜をMOCVDによりウエハに成膜した場合、ウエハ周辺のサセプタ類や反応室内壁、排気配管等にも膜が堆積する。成膜を継続するとこの膜がはがれ、ウエハ上のパーティクルとなり、半導体装置の製造においては歩留まりの低下を招く。
上記のようにパーティクルが発生すると装置の稼動を停止し、膜が付着した部品を新品に交換またはウエットクリーニングを行う必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウエットクリーニングを行う場合、反応室内に設置されているサセプタ類を取り外したり、反応室内壁、排気配管等を洗浄するために反応室を大気開放する必要がある。それに伴うヒータの昇降温(温度上昇、下降)、気密チェック、サセプタ類の再設置による温度調整、搬送調整などがダウンタイム(装置の非稼動状態)の増大を招き装置稼働率が低下し量産性に乏しくなる。
【0004】
本発明の目的は、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法の提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、反応室内で基板上にZrを含む膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程において前記反応室内に付着した前記膜をBおよびH、またはBrを含むガスを用いて除去するクリーニング工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。この構成によれば、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法が提供される。
【0006】
また本発明は、前記の半導体装置の製造方法において、前記成膜工程とクリーニング工程とは略同一温度で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。
この構成によれば、クリーニング工程の際に反応室内の温度を変更する必要がないのでダウンタイムを短縮することができ、装置稼働率を高めることができる。
【0007】
また本発明は、前記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニング工程では、反応室内の圧力を成膜工程よりも高くすることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。
この構成によれば、クリーニング工程時に温度を上昇させることなくエッチングレートを上げることができ、クリーニング工程の時間を短縮することができる。
【0008】
また本発明は、前記の半導体装置の製造方法において、前記クリーニング工程は、温度300〜500℃の範囲で行われることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。
この構成によれば、成膜工程において反応室内に付着した膜を効率よく除去することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明をさらに説明する。
図1は、本発明で利用可能な熱CVD装置の一例を説明するための図である。図1において、1は基板、2はゲート弁、3は基板ホルダ、4は反応室、5は原料ガス配管、6は排気配管、7はクリーニングガス配管である。
本発明における成膜工程は、例えば次のようにして行われる。基板1が搬送ロボット(図示せず)によりゲート弁2を通ってヒータを備えた基板ホルダ3上に設置される。次に、基板1をヒータ昇降装置により所定の位置まで上昇させ、一定時間加熱し、反応室4内の圧力を所望の値に安定させた後、Zr原料および酸素を含む原料ガスを原料ガス配管5から導入し、排気配管6から排気し、基板に対し、Zrを含む膜の成膜を行う。
【0011】
Zr原料は、例えばZr[OC(CH3)3]4(ターシャリーブトキシジルコニウム)、Zr[OC(CH3)2CH2OCH3]4(テトラキス(1−メトキシ−2−メチル−2−プロポキシ)ジルコニウム)、Zr[N(C2H5)2]4(テトラキスジエチルアミノジルコニウム)等が挙げられる。なお、反応室4内の温度、圧力、酸素流量およびZr原料ガス流量の制御は、それぞれ図示しない温度制御手段、圧力制御手段、酸素流量制御手段、Zr原料ガス流量制御手段により制御する。成膜工程が完了すると搬送ロボットにより基板1を反応室4の外部に搬出する。
【0012】
本発明において成膜工程条件はとくに制限されないが、例えば温度300〜400℃、圧力133〜1333Pa(1〜10Torr)、Zr原料ガス流量0.1〜2sccm、酸素流量100〜2000sccmがよい。
【0013】
このような成膜工程により得られるZrを含む膜(以下、単にZr膜という)としては、例えばZrO2、ZrSixOy(式中、xおよびyは整数または分数を意味する)、ZrTiO4、SrZrO3等が挙げられ、その膜厚は例えば10〜100Åである。
【0014】
このような成膜工程を継続すると、基板1周辺の部材、例えば基板ホルダ3や反応室4内壁にもZr膜が堆積し、ある膜厚を超えると膜のストレスにより剥がれが生じ、これが原因で発生したパーティクルが基板上に付着し、製造歩留まりの低下を招く。そこで反応室内をクリーニングし、堆積したZr膜を除去する必要があるが、本発明のクリーニング工程においては、反応室4内にクリーニングガス配管7を通じてBおよびH、またはBr、またはClを含むガスを流し、ガスクリーニングを行い、Zr膜を除去する。ガスクリーニングは、成膜工程と同等の反応室条件で実施可能であるため、ダウンタイムを大幅に短縮できるメリットがある。
【0015】
本発明のクリーニング工程の条件は、量産性を考慮すると一般にエッチングレートの高い高温度、高圧力、高クリーニングガス濃度が好ましいが、装置上の制限やトータルのダウンタイム等を考慮すると、クリーニング工程は成膜工程と略同一温度、例えば温度300〜500℃の範囲で行うのがよい。このようにすると、クリーニング工程の際に反応室内の温度を変更する必要がないのでダウンタイムを短縮することができ、装置稼働率を高めることができる。また、本発明のクリーニング工程は、反応室内の圧力を成膜工程よりも高くするのが好ましい。このことにより、クリーニング時に温度を上昇させることなくエッチングレートを上げることができ、クリーニング時間を短縮することができる。前記圧力は例えば1330Pa〜3990Pa(10〜30Torr)が挙げられる。
【0016】
なお、Zr膜を除去するには、BおよびH、またはBr、またはClを含むガスがZr膜と反応し、Zr膜がガス化することが必要である。
ジルコニウム化合物の気化温度を表1に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
表1における気化温度はクリーニング工程において生成したジルコニウム化合物が気化して除去できる温度とみなすことができる。前記のようにクリーニング工程の温度はZr膜の成膜温度近傍であるほうが、昇降温時間(温度上昇、下降時間)が少なく望ましいことから、Zr膜の成膜温度が200〜500℃に対して表1のZrF4 の気化温度850℃は実用的でないことが分かる。他のZr(BH4)4、ZrBr4、ZrCl4の気化温度は成膜温度近傍であり、成膜工程の温度と略同一温度でガスクリーニングが可能であることを示唆している。つまりクリーニング工程において昇降温が発生せず、ダウンタイムを短縮することができる。この要件を満たすガスとしては、BおよびH、またはBr、またはClを含むガス、例えばB2H6、BCl3、BBr3、HBr等のガスが挙げられる。なお、Zr膜は、B2H6、BCl3、BBr3 およびHBrと反応した場合、それぞれZr(BH4)4、ZrCl4、ZrBr4 およびZrBr4 に化学変化する。
【0019】
またクリーニング工程において、BおよびH、またはBr、またはClを含むガスの流量は、100〜500sccmが好ましい。また、N2ガスも同時に供給するのが好ましく、例えばN2ガス流量は、500〜1000sccmが好ましい。
【0020】
なお、クリーニング工程における温度、圧力、クリーニングガス流量、N2流量の制御は、それぞれ図示しない温度制御手段、圧力制御手段、クリーニングガス流量制御手段、N2流量制御手段により制御する。
【0021】
クリーニング工程終了後は、クリーニングガスを排気配管6を通じて反応室4から除去し、反応室4内の環境を成膜工程時の状態と同様の状態にするために、ダミー基板を用いて成膜すなわちプリコートを実施し、その後基板上に成膜を行い特性を確認する。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば、装置稼働率を高めることができ、量産性に優れる半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で利用可能な熱CVD装置の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
1 基板
2 ゲート弁
3 基板ホルダ
4 反応室
5 原料ガス配管
6 排気配管
7 クリーニングガス配管
Claims (6)
- 反応室内で基板上にZrを含む膜を形成する成膜工程と、前記成膜工程において前記反応室内に付着した前記膜をBおよびH、またはBrを含むガスと反応させてZr化合物を生成させ、このZr化合物を加熱し気化することで前記膜を除去するクリーニング工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記Zrを含む膜が、ZrO2、ZrSixOy(式中、xおよびyは整数または分数を意味する)、ZrTiO4、またはSrZrO3であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記Zrを含む膜が、ZrO2、またはZrSixOy(式中、xおよびyは整数または分数を意味する)であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記Zrを含む膜が、ZrO2であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記Zr化合物が、Zr(BH4)4、またはZrBr4であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 反応室と、
前記反応室内で基板を支持する基板ホルダと、
基板上にZrを含む膜を形成するためのZr原料を含む原料ガスを前記反応室内に供給する原料ガス配管と、
前記反応室内に付着した前記膜を除去するために前記反応室内にBおよびH、またはBrを含むガスを供給するクリーニングガス配管と、
前記基板ホルダに備えられ、前記反応室内に付着した前記膜を除去する際に、前記膜をBおよびH、またはBrを含むガスと反応させて生成させたZr化合物を加熱し気化するヒータと、
前記反応室内を排気する排気配管と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
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