JPH04243129A

JPH04243129A - 半導体装置の製造方法およびチャンバ・システム

Info

Publication number: JPH04243129A
Application number: JP1568591A
Authority: JP
Inventors: Shingo Kadomura; 新吾門村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-01-17
Filing date: 1991-01-17
Publication date: 1992-08-31
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JP3072651B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
およびこれに適用されるチャンバ・システムに関し、特
に配線形成前の自然酸化膜の低温エッチングによる除去
とそれに続く上層配線の形成とを、連続工程により高い
信頼性をもって行う方法およびシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ等にみられる
ように半導体装置の高集積化および高性能化が進展する
に伴い、デバイス・チップ上では配線部分の占める割合
が増大している。これによるチップの大型化を防止する
ため、配線の多層化が必須の技術となっている。多層配
線技術では、上層配線層と下層配線層との間で電気的接
続を図るために層間絶縁膜にコンタクト・ホールやビア
・ホール等の接続孔がエッチングにより開口され、続い
てこの接続孔を被覆するように上層配線層が形成される
。実際の製造プロセスでは、エッチングが終了したウェ
ハはエッチング・チャンバから搬出されて一旦大気に曝
された後、上層配線層を形成するためのプロセス・チャ
ンバ（たとえばスパッタリング・チャンバ）に搬入され
る。この間に、接続孔の底面に露出した下層配線層の表
面に自然酸化膜が不可避的に形成される。かかる自然酸
化膜の存在は、コンタクト抵抗の増大の原因となる。また、近年では接続孔のアスペクト比の増大に伴い、接
続孔の内部にタングステン等の金属をＣＶＤにより選択
成長させる技術が有望視されているが、かかる自然酸化
膜は異常成長や成長阻害の原因ともなる。したがって、
自然酸化膜は上層配線の形成前に除去されなければなら
ない。

【０００３】従来、自然酸化膜の除去は緩衝化フッ酸溶
液等に被処理基体を浸漬する、いわゆるウェット（湿式
）処理により広く行われてきたが、水洗，乾燥等の工程
を要するので煩雑であった。一方、被処理気体を気化さ
せたＨＦ（フッ化水素）等に接触させて自然酸化膜の除
去を行う、いわゆるドライ（乾式）処理も研究されてい
るが、まだ制御性に問題を残している。近年では増大す
る基体表面の段差を平坦化するために、層間絶縁膜が膜
質および段差被覆性の異なる複数の材料層により構成さ
れる場合があり、たとえば酸化シリコン系の層間絶縁膜
が熱ＣＶＤ、ＳＯＧ塗布、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシ
ラン）を用いるＣＶＤ、ＢＰＳＧ塗布等の各工程を組み
合わせて形成されるようになっている。しかし、上述の
ウェット処理およびドライ処理のいずれによってもＳＯ
Ｇのエッチング速度が他の層よりも速いために、接続孔
の側壁部において該ＳＯＧが深く浸食されてしまう。また、せっかく自然酸化膜を除去しても、次工程に移行
する前に被処理基体を大気中に取り出せば、再び自然酸
化膜が成長してしまう虞れが大きい。さらに、大気開放
の際に被処理基体の表面に大気の組成に由来するＣ，Ｎ
，Ｏ等の元素が吸着すると、ＡＥＳ（オージェ電子スペ
クトル），ＸＰＳ（蛍光Ｘ線スペクトル），ＳＩＭＳ（
二次イオン質量スペクトル）等の手法による表面分析の
精度が低下する懸念もある。

【０００４】このような諸問題を解決するため、真空ロ
ードロック機構を備えたウェハ・ハンドリング・ユニッ
トの周囲に複数のプロセス・チャンバを配したマルチチ
ャンバ・システムが提案されている。ウェハ・ハンドリ
ング・ユニットと各チャンバとはそれぞれゲート・バル
ブを介して接続されているので、ウェハは大気中に取り
出されることなく各チャンバ間を移動することができる
。たとえば、月刊セミコンダクター・ワールド１９９０
年９月号第１２６〜１３０ページ（プレスジャーナル社
刊）には、タングステン配線形成におけるマルチチャン
バ・システムの適用例が紹介されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のマル
チチャンバ・システムは一貫した雰囲気中での各種処理
を可能とするため、プロセスの安定化、工程の短縮、工
数の削減、汚染の低減等の多くのメリットをもたらす反
面、解決すべき課題も数多く抱えている。まず、装置が
非常に大型化し、プロセスの高度化に伴って装置価格や
ランニング・コストが高くなる。また、各プロセスと各
種表面分析とを並行して行い難い点も問題である。各プ
ロセス・チャンバに表面分析装置が組み込まれたチャン
バを結合させ、ウェハを大気に曝すことなく表面分析を
行うことも一部で提案されているが、このような方法に
よれば、各プロセス・チャンバに対してＡＥＳ，ＸＰＳ
等の高価な分析装置を１台ずつ設置する必要があり、実
現性に乏しい。その他、製造プロセスの変更によるチャ
ンバ数の増加に容易に対応できないこと、一部のチャン
バに故障が生ずるとシステム全体の機能が失われるか、
もしくは大幅に低下してしまうこと、所要時間の長いプ
ロセスによりシステム全体のスループットが律速されて
しまうこと等の問題もある。

【０００６】本発明者はこれらの問題点を解決する技術
として、先に特願平１−３２５１５４号明細書において
、ゲート・バルブを備えた第１のプロセス・チャンバと
、このゲート・バルブと気密下に接続可能なゲート・バ
ルブを備えた第２のチャンバとを有し、これら両チャン
バの間で被処理基板の移送を可能とするチャンバ・シス
テムを提案している。これは、いわば前述のマルチチャ
ンバ・システムにおけるウェハ・ハンドリング・ユニッ
トを各チャンバから切り離して移動可能としたものであ
り、製造プロセスの変更に柔軟に対応でき、保守管理が
容易であり、しかも各チャンバの空間配置が固定されな
いのでスペース効率も向上するという利点を有する。

【０００７】これにより、従来のマルチチャンバ・シス
テムの問題点の多くを解決することができたが、いまひ
とつ、低温プロセスへの対応が課題として残されている
。近年の半導体装置の製造プロセスでは、いわゆる低温
エッチングへのニーズが高まっている。これは、被処理
基板を０℃以下に冷却することによりイオン・アシスト
反応による深さ方向のエッチング速度は実用レベルに保
ちながら、ラジカルによる横方向の反応を凍結または抑
制して高異方性を達成する技術である。かかる低温プロ
セスを一連の工程の中に組み入れようとすると、被処理
基体を低温下に保持したまま次のプロセス・チャンバへ
移送することも必要となってくる。しかし、従来のチャ
ンバ・システムには、かかる要望に対応し得るものがな
い。

【０００８】このように、従来の半導体装置の製造分野
には、自然酸化膜の効果的な除去と再形成の防止を図る
方法が望まれている一方で、その方法を実現できるチャ
ンバ・システムが存在しないという構造的な問題がある
。そこで本発明は、低温エッチングによる自然酸化膜の
除去とそれにつづく上層配線の形成とを一連の工程で実
施する方法と、この方法を実施するに好適なチャンバ・
システムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために提案されるものである。すなわち、本願の
第１の発明にかかる半導体装置の製造方法は、シリコン
系材料層上の絶縁膜に接続孔を開口する工程と、基体を
０℃以下に冷却しながらＳ２　Ｆ２　，ＳＦ２　，ＳＦ
４　，Ｓ２　Ｆ１０，から選ばれる少なくとも１種の第
１ガスと、Ｈ２　，Ｈ２　Ｓ，シラン系化合物から選ば
れる少なくとも１種の第２ガスとを含むエッチング・ガ
スを用いて前記接続孔の底部に露出する前記シリコン系
材料層の自然酸化膜を除去すると共に該底部にイオウを
堆積させる工程と、基体を昇温させて前記接続孔の底部
からイオウを除去した後、該接続孔を配線材料により埋
め込む工程とを有することを特徴とするものである。

【００１０】本願の第２の発明にかかるチャンバ・シス
テムは、被処理基体を０℃以下に冷却可能な冷却手段と
第１のゲート・バルブとを備えた第１のプロセス・チャ
ンバと、第２のゲート・バルブを備えた第２のプロセス
・チャンバと、前記被処理基体を０℃以下に冷却可能な
冷却手段と、前記第１のゲート・バルブと前記第２のゲ
ート・バルブに選択的に着脱可能な第３のゲート・バル
ブとを備え、前記第１のプロセス・チャンバと前記第２
のプロセス・チャンバとの間で前記被処理基体を大気か
ら遮断された状態で搬送する搬送チャンバとを有するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本願の第１の発明は、低温下において被処理基
板上に堆積し加熱すれば昇華するというＳ（イオウ）の
性質をうまく利用したものであり、自然酸化膜が除去さ
れた後のシリコン系材料層の表面をその場ですぐにＳで
保護し、次工程の上層配線形成時にはこれを加熱により
昇華除去して直ちに接続孔を配線材料で埋め込むもので
ある。ここで、自然酸化膜の除去とＳの堆積とを競合的
に達成できるエッチング・ガスとして本発明者が提案す
るものは、Ｓ２　Ｆ２，ＳＦ２　，ＳＦ４　，およびＳ
２　Ｆ１０で表されるフッ化イオウである。フッ化イオ
ウには、この他にＳＦ６　が安定な化合物として最も良
く知られており、ドライエッチング用のガスとして既に
実用化されている。しかし、ＳＦ６　はＦ／Ｓ比（分子
内のフッ素原子数とイオウ原子数の比）が６と大きいた
め、大量に発生したＦ＊（フッ素ラジカル）がシリコン
系材料層にアンダカット等の形状異常を発生させたり、
せっかく堆積したＳを除去してしまう等の不都合がある
。そこで本発明では、ＳＦ６　よりもＦ／Ｓ比の低いフ
ッ化イオウを使用するのである。

【００１２】ただし、自然酸化膜の除去に必要とされる
エッチングはいわゆるライト・エッチであるため、過剰
のＦ＊　によりシリコン系材料層が大きく浸食されては
ならない。そこで、本発明では上述のフッ化イオウを第
１ガスとし、該第１ガスから発生する過剰のラジカルを
捕捉するために、Ｈ２　，Ｈ２　Ｓ，シラン系ガスのい
ずれか１種のガスを第２ガスとして添加するのである。この第２ガスは、いずれもエッチング系内にＨ＊　およ
び／またはＳｉ系活性種を供給し得るものであり、これ
らがＦ＊　を捕捉して蒸気圧の高いＨＦ，ＳｉＦｘ　の
形で系外へ除去する。したがって、フッ化イオウ中で最
もＦ／Ｓ比の低いＳ２　Ｆ２　を使用した場合にも、さ
らにＦ＊　発生量を低減させて見掛け上のＦ／Ｓ比を下
げることができるのである。

【００１３】一方、上記第１ガスは、いずれも系内にＳ
を生成することが可能である。本発明では被処理基体が
０℃以下に冷却されているので、生成したＳは該被処理
基体上に堆積する。この堆積過程はＦ＊　によるエッチ
ング過程と競合しているが、本発明では上述のように過
剰なＦ＊　の捕捉が行われているため、Ｓは効率良く堆
積することができる。このように、接続孔の底面にシリ
コン系材料層が露出しても、該底面は直ちにＳで被覆さ
れて外部環境との接触が遮断されるので、自然酸化膜が
再形成されることがない。さらに次なる工程では、被処
理基体が昇温され、接続孔の底面に堆積したＳが昇華除
去された後、連続工程により該接続孔が配線材料で埋め
込まれる。したがって、配線材料はクリーンな表面に形
成され、コンタクト抵抗の増大等が起こらない。また配
線材料が選択成長により形成される場合には異常成長や
成長阻害等の不都合が生じない。

【００１４】ところで、上述のような製造方法を実施す
るためには、接続孔の底面に堆積させたＳを次工程で配
線材料が形成される直前まで維持しなければならないた
め、被処理基体を低温かつ大気から遮断された状態で搬
送することが必要となる。本願の第２の発明にかかるチ
ャンバ・システムは、かかる要望にマルチ・チャンバ・
システムのような大型で高価なシステムを使用せずに対
応できるものである。本発明のチャンバ・システムでは
、搬送チャンバと複数のプロセス・チャンバとが互いに
独立しており、必要に応じてこれらが着脱できるよう、
各々にゲート・バルブが備えられている。また、上記プ
ロセス・チャンバのひとつは低温プロセス用であるため
、搬送チャンバにも被処理基体を冷却保持することが可
能な機構が備えられている。したがって、たとえば第１
のプロセス・チャンバにおいて低温エッチングにより自
然酸化膜を除去すると共にＳを堆積させ、ゲートバルブ
を介して被処理基体を搬送チャンバに移載し、さらにゲ
ートバルブを介して被処理基体を第２のプロセス・チャ
ンバに搬入してここでＳの昇華除去と配線材料の埋め込
みを連続的に行うといった使用法が可能となるわけであ
る。もちろん本発明のチャンバ・システムは、次工程ま
での低温かつ閉鎖系による搬送を必要とするプロセスで
あれば、本願の第１の発明の実施以外にもあらゆるプロ
セスに適用できることは言うまでもない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について図面
を参照しながら説明する。ここでは、まずチャンバ・シ
ステムの一構成例について説明し、次にこのチャンバ・
システムをシリコン基板上の自然酸化膜の除去から接続
孔の埋め込みに至る一連のプロセスに適用した例につい
て説明する。

【００１６】図２に、本発明のチャンバ・システムの一
構成例を示す。このシステムは、第１のプロセス・チャ
ンバである有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置
１０１、第２のプロセス・チャンバである常圧ＣＶＤ装
置１０２、および搬送チャンバ１０３の三部分に大別さ
れる。

【００１７】ここで、上記有磁場マイクロ波プラズマ・
エッチング装置１０１は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を発生するマグネトロン１１、マイクロ波を導く矩形導
波管１２および円形導波管１３、上記マイクロ波を利用
してＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）放電により内部
でプラズマを生成させるための石英製のベルジャー１４
、上記円形導波管１３と上記ベルジャー１４を周回する
ように配設され８７５Ｇａｕｓｓの磁場強度を達成でき
るソレノイド・コイル１５、上記ベルジャー１４に接続
され図中矢印Ａ方向に高真空排気される反応室１６、該
反応室１６と上記ベルジャー１４へ処理に必要なガスを
それぞれ矢印Ｂ１　，Ｂ２　方向から供給するガス導入
管１７ａ，１７ｂ、被エッチング基体であるウェハ１８
を載置するウェハ載置電極１９、該ウェハ載置電極１９
にＲＦバイアスを印加するためのＲＦ電源２１等を基本
的な構成要素としている。さらに、上述の装置において
低温エッチングを可能とするために、上記ウェハ載置電
極１９には装置外部に配設される冷却設備から冷媒を導
入し、図中矢印Ｃ１　，Ｃ２　方向に循環させるための
冷却配管２０が埋設されている。また、ウェハ１８の搬
出入の便宜を図るため、ウェハ載置電極１９は図中矢印
Ｄ方向に上下動可能とされている。反応室１６の側壁部
には第１のゲート・バルブ２２を備えたウェハ搬入口２
３が形成されており、ここを介して後述の搬送チャンバ
１０３との間でウェハ１８の搬出入が行われるようにな
されている。上記第１のゲート・バルブ２２は、開閉ハ
ンドル２４の操作により手動開閉できる。

【００１８】上記常圧ＣＶＤ装置１０２は、ウェハ１８
を載置するサセプター３６を収容し、該ウェハ１８上に
目的の薄膜を堆積させる反応室３１、該反応室３１にダ
クト３５を介して接続され原料ガスの予備混合を行うガ
ス導入室３２、該ガス導入室３２に原料ガスをそれぞれ
矢印Ｅ１　，Ｅ２　方向から供給するガス導入管３３ａ
，３３ｂ、導入される原料ガスの混合を促進するための
拡散板３４、ハロゲン・ランプ４１によりウェハ１８を
背面側から照射加熱するための石英窓３７等を基本的な
構成要素とする。さらに上記反応室３１の側壁部には第
２のゲートバルブ３９を備えたウェハ搬入口３８が形成
されており、ここを介して後述の搬送チャンバ１０３と
の間でウェハ１８の搬出入が行われるようになされてい
る。上記第２のゲート・バルブ３９も開閉ハンドル４０の操
作により手動開閉できる。

【００１９】上記搬送チャンバ１０３は、上記の有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置１０１の反応室１
６と常圧ＣＶＤ装置１０２の反応室３１との間でウェハ
１８の搬送を行う移動式の筐体５１である。この筐体５
１の内部には、ウェハ１８を搬出入するための搬送アー
ム５２とウェハ１８を載置するためのウェハ・ステージ
５４が設けられており、また外部には筐体５１内を排気
するための真空ポンプ６１が配設されている。上記搬送
アーム５２はねじスピンドル５３に同軸的に結合されて
おり、筐体５１の外部からアーム操作ハンドル５５を操
作することにより図中矢印Ｆで示される方向に往復動可
能とされ、かつ矢印Ｇ方向に回転可能となされている。上記ウェハ・ステージ５４には、図示されない内蔵型の
冷媒タンク等から冷媒を導入し、図中矢印Ｈ１　，Ｈ２
　方向に循環させるための冷却配管５６が埋設されてお
り、さらに載置面とウェハ１８との密着性を高めて冷却
効率を向上させるために図示されない静電チャック機構
が内蔵されている。

【００２０】また、筐体５１の側壁部には第３のゲート
・バルブ５８を備えたウェハ搬入口５７が形成されてい
る。上記第３のゲート・バルブ５８は、開閉ハンドル５
９の操作により手動開閉できる。さらに、上記ウェハ搬
入口５７は、前述の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ング装置１０１の反応室１６に設けられたウェハ搬入口
２３、および前述の常圧ＣＶＤ装置１０２の反応室３１
に設けられたウェハ搬入口３８とそれぞれ気密下に接合
させることができる。ところで、この搬送チャンバ１０
３は、筐体５１にキャスター６０が取り付けられている
ことによりクリーン・ルーム内を自由に移動させること
ができる。したがって、搬送チャンバ１０３を所望の装
置の場所へ移動させてウェハ搬入口同士を接合させ、し
かる後に双方のゲート・バルブを開放すれば、筐体５１
と反応室１６、もしくは筐体５１と反応室３１とを外部
の大気と接触することなく接続することができる。

【００２１】かかる構成を有するチャンバ・システムに
よれば、従来のマルチチャンバ・システムのように各装
置間の空間配置が固定されないので、スペース効率，ラ
ンニング・コスト，保守管理性等が大幅に向上する他、
製造工程の変更に対しても柔軟に対応することができる
。

【００２２】次に、上述のチャンバ・システムをシリコ
ン基板上の自然酸化膜の除去から接続孔の埋め込みに至
る一連のプロセスに適用した例について、図１（ａ）〜
（ｄ）を参照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示
されるように、下層配線である不純物拡散領域２が形成
されたシリコン基板１上に酸化シリコンからなる層間絶
縁膜３を形成し、さらに図示されないレジスト・パター
ンをマスクとして上記層間絶縁膜３のエッチングを行い
、上記不純物拡散領域２に臨むコンタクト・ホール４を
開口した。上記エッチングは、たとえばマグネトロンＲ
ＩＥ（反応性イオン・エッチング）装置を使用し、Ｃ４
　Ｆ８　流量５０ＳＣＣＭ，ガス圧２Ｐａ，ＲＦパワー
６００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）の条件で行った。続いて
酸素プラズマ・アッシングによりレジスト・パターンを
除去したが、このときコンタクト・ホール４の底面に露
出した不純物拡散領域２の表層部に自然酸化膜５が形成
された。

【００２３】次に、上記自然酸化膜５を除去するため、
上述の基体、すなわちウェハ１８を有磁場マイクロ波プ
ラズマ・エッチング装置１０１のウェハ載置電極１９上
にセットした。ここで、ウェハ載置電極１９は冷却配管
２０にエタノール冷媒を循環させることにより約−７０
℃に冷却した。この状態で、Ｓ２　Ｆ２　（第１ガス）
流量１０ＳＣＣＭ，Ｈ２　（第２ガス）流量５０ＳＣＣ
Ｍ，ガス圧１．３Ｐａ，マイクロ波パワー８５０Ｗ，Ｒ
Ｆバイアス・パワー５Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）の条件で
エッチングを行った。ここでは、マイクロ波放電により
Ｓ２　Ｆ２　から解離生成するＦ＊　が自然酸化膜５を
エッチング除去する過程と、同じくＳ２　Ｆ２　から解
離生成するＳがエッチング底面へ堆積する過程とが競合
する。しかし、エッチング・ガスにＨ２　が大過剰に添
加されていることにより過剰なＦ＊　がＨＦの形で反応
系外へ除去されるため、エッチング反応は極めて穏やか
に進行し、シリコン基板１にアンダカット等が生ずるこ
とはなかった。この結果、図１（ｂ）に示されるように
、自然酸化膜５が除去されると同時にＳの堆積物６が不
純物拡散領域２の表面に形成された。なお、上記のエッ
チング過程では、パターン側壁部にも若干のＳ（図示せ
ず。）が吸着され、側壁保護効果を発揮している。した
がって、層間絶縁膜３がＳＯＧ層を含む数種類の酸化シ
リコン系材料層の積層膜により構成されている場合にも
、該ＳＯＧ層が深く浸食されることはなかった。

【００２４】次に、上述のウェハ１８を搬送チャンバ１
０３に移送した。すなわち、有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチング装置１０１のウェハ搬入口２３と搬送チャ
ンバ１０３のウェハ搬入口５７とを接合させ、ウェハ載
置電極１９を反応室１６内へ下降させてウェハ１８を搬
出可能な状態とした。次に開閉ハンドル２４，５９を操
作することにより第１および第３のゲート・バルブ２２
，５８をそれぞれ開放し、アーム操作ハンドル５５の操
作により搬送アーム５２を反応室１６内へ前進させてウ
ェハ１８を載置し、後退させて筐体５１内へ搬入した。筐体５１内へ搬入されたウェハ１８は、冷却配管５６に
液体窒素を循環させることにより冷却されたウェハ・ス
テージ５４上に載置し、低温冷却状態を維持した。続いて、上記第１および第３のゲート・バルブ２２，５
８を閉鎖し、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング１
０１装置と搬送チャンバ１０３とを切り離した。

【００２５】次に、上述のウェハ１８を常圧ＣＶＤ装置
１０２に搬入した。すなわち、上記搬送チャンバ１０３
を移動させ、そのウェハ搬入口５７と常圧ＣＶＤ装置１
０２のウェハ搬入口３８とを接合させ、開閉ハンドル５
９，４０を操作することにより第３および第２のゲート
・バルブ５８，３９をそれぞれ開放した。次にアーム操
作ハンドル５５の操作により搬送アーム５２を反応室３
１内へ前進させ、プロセス面を反転させてウェハ１８を
サセプター３６上にセットした。搬送アーム５２を後退
させて再び筐体５１内へ収納した後、第３および第２の
ゲート・バルブ５８，３９を閉鎖し、搬送チャンバ１０
３と常圧ＣＶＤ装置１０２とを切り離した。

【００２６】ここで、ハロゲン・ランプ４１を用いた光
照射によりサセプター３６を介してウェハ１８を背面側
から加熱したところ、約９０℃に加熱されたところでＳ
の堆積物６は昇華除去された。この結果、図２（ｃ）に
示されるように、コンタクト・ホール４の底面には自然
酸化膜の存在しないクリーンな不純物拡散領域２の表面
が露出した。

【００２７】引き続き、ＷＦ６　流量１０ＳＣＣＭ，Ｈ
２　流量１０００ＳＣＣＭ，ＳｉＨ４　流量７ＳＣＣＭ
，ウェハ加熱温度２６０℃の条件で常圧ＣＶＤを行い、
図１（ｄ）に示されるように、コンタクト・ホール４の
内部にタングステン層７を選択的に成長させ、上層配線
を形成した。ここでは、選択成長が行われる直前まで不
純物拡散領域２の表面がＳの堆積物６により被覆されて
いたので、自然酸化膜５が再形成されることはなく、良
好な組織を有するタングステン層７を形成することがで
きた。

【００２８】ところで、本発明は上述の実施例に何ら限
定されるものではなく、チャンバ・システムの構成や使
用方法には各種の変更が可能である。たとえば、上記搬
送チャンバ１０３における冷却手段は必ずしも上述のよ
うにウェハ・ステージ５４に埋設されている必要はなく
、たとえばウェハ・ステージを省略し、搬送アーム５２
に冷媒を循環させたりあるいはペルチェ素子等により冷
却するようにしても良い。また、上述の例では搬送チャ
ンバ１０３はウェハ１８の搬送のみを行っているが、さ
らに表面分析や他のプロセスを実行し得る構成とされて
いても良い。上記搬送チャンバ１０３を、ウェハ１８を
低温プロセスに供する前の予備冷却に使用することもで
きる。さらに、上記搬送チャンバ１０３が仲介する装置
は、上述の有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置
１０１や常圧ＣＶＤ装置１０２の他、半導体装置の製造
分野において使用される各種の装置もしくは分析装置で
あっても良く、また装置の数も任意に設定できる。本発
明のチャンバ・システムにはあらゆる種類の自動化が施
されていても良く、たとえば開閉ハンドル２４，４０，
５９の操作、アーム操作ハンドル５５の操作、搬送チャ
ンバ１０３の移動等がその対象となり得る。

【００２９】自然酸化膜の除去を行う際のエッチング・
ガスについても、上述の例では第１ガスとしてＳ２　Ｆ
２　、第２ガスとしてＨ２を使用したが、他のガスを使
用しても、あるいは複数の種類のガスを混合して使用し
ても良い。第２ガスとしてＨ２　Ｓを使用した場合には
、このガスからもＳが供給されるために、エッチング反
応系の見掛け上のＦ／Ｓ比をＨ２　を使用した場合より
もさらに低下させ、ラジカルの影響の低減とエッチング
底面の保護の強化を図ることができる。また、第２ガス
としてシラン系ガスを選択する場合には、ＳｉＨ４　，
Ｓｉ２　Ｈ６　，Ｓｉ３　Ｈ８　等の水素化珪素、ある
いはこれらの部分ハロゲン化誘導体であるＳｉＨ２　Ｆ
２　，ＳｉＨ２　Ｃｌ２　等を使用することができる。これらのシラン系ガスを使用すれば、ＳｉとＨとの両方
の寄与により見掛け上のＦ／Ｓ比を低下させることがで
きる。さらに、希釈効果や冷却効果等を期待する意味で
、ＨｅやＡｒ等の希ガスが添加されていても良い。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の半導体装置の製造方法によれば、自然酸化膜の除去
と露出したシリコン系材料層の表面保護とが同時に行わ
れ、この状態が次工程で行われる配線材料の埋め込みの
直前まで維持される。しかも、上記表面保護を行う物質
は、加熱により容易に昇華除去できるＳであるため、エ
ッチング反応系を汚染する虞れがない。また、本発明の
チャンバ・システムによれば、マルチチャンバ・システ
ムを使用するまでもなく、あらゆる装置間の低温閉鎖系
による搬送が可能となり、しかもスペース効率，経済性
，保守管理性，システムの融通性が大幅に向上される。したがって、本発明は微細なデザイン・ルールにもとづ
く高性能の半導体装置の製造に極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる半導体装置の製造方法の一例を
その工程順にしたがって示す概略断面図であり、（ａ）
はコンタクト・ホールと自然酸化膜が形成された状態、
（ｂ）は自然酸化膜が除去されると共に堆積物（Ｓ）が
形成された状態、（ｃ）は堆積物が除去状態された状態
、（ｄ）はタングステン層が選択成長した状態をそれぞ
れ示す。

【図２】本発明にかかるチャンバ・システムの一構成例
を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　・・・シリコン基板２
　　　　　　　　　　　　　　・・・不純物拡散領域３
　　　　　　　　　　　　　　・・・層間絶縁膜４　　
　　　　　　　　　　　　・・・コンタクト・ホール５
　　　　　　　　　　　　　　・・・自然酸化膜６　　
　　　　　　　　　　　　・・・堆積物（Ｓ）７　　　
　　　　　　　　　　　・・・タングステン層１６，３
１　　　　　　・・・反応室１８　　　　　　　　　　　　・・・ウェハ１９　　　
　　　　　　　　　・・・ウェハ載置電極２０，５６　
　　　　　・・・冷却配管２３，３８，５７・・・ウェ
ハ搬入口２２　　　　　　　　　　　　・・・第１のゲート・バ
ルブ３９　　　　　　　　　　　　・・・第２のゲート
・バルブ５８　　　　　　　　　　　　・・・第３のゲ
ート・バルブ５１　　　　　　　　　　　　・・・筐体
５２　　　　　　　　　　　　・・・搬送アーム５４　
　　　　　　　　　　　・・・ウェハ・ステージ１０１
　　　　　　　　　　・・・有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチング装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　シリコン系材料層上の絶縁膜に接続孔
を開口する工程と、基体を０℃以下に冷却しながらＳ２
　Ｆ２　，ＳＦ２　，ＳＦ４　，Ｓ２　Ｆ１０，から選
ばれる少なくとも１種の第１ガスと、Ｈ２　，Ｈ２　Ｓ
，シラン系化合物から選ばれる少なくとも１種の第２ガ
スとを含むエッチング・ガスを用いて前記接続孔の底部
に露出する前記シリコン系材料層の自然酸化膜を除去す
ると共に該底部にイオウを堆積させる工程と、基体を昇
温させて前記接続孔の底部からイオウを除去した後、該
接続孔を配線材料により埋め込む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。
【請求項２】　　被処理基体を０℃以下に冷却可能な冷
却手段と第１のゲート・バルブとを備えた第１のプロセ
ス・チャンバと、第２のゲート・バルブを備えた第２の
プロセス・チャンバと、前記被処理基体を０℃以下に冷
却可能な冷却手段と、前記第１のゲート・バルブと前記
第２のゲート・バルブに選択的に着脱可能な第３のゲー
ト・バルブとを備え、前記第１のプロセス・チャンバと
前記第２のプロセス・チャンバとの間で前記被処理基体
を大気から遮断された状態で搬送する搬送チャンバとを
有することを特徴とするチャンバ・システム。