JPH10340857A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び半導体製造装置

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JPH10340857A
JPH10340857A JP9152184A JP15218497A JPH10340857A JP H10340857 A JPH10340857 A JP H10340857A JP 9152184 A JP9152184 A JP 9152184A JP 15218497 A JP15218497 A JP 15218497A JP H10340857 A JPH10340857 A JP H10340857A
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film forming
semiconductor wafer
forming chamber
film
hydrogen
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Masashi Muranaka
誠志 村中
Koji Ban
功二 伴
Akihiko Osaki
明彦 大崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェーハの処理プロセスにおいて、成
膜工程前洗浄としてウエット洗浄を行った後、成膜装置
へ搬送し成膜するというフローにおいて、洗浄後から成
膜工程を行う間に、様々な汚染が生じる危険性がある。 【解決手段】 半導体ウェーハの処理プロセスにおい
て、各種の成膜ステップの直前に、その成膜を行なうの
と同一のチャンバー内に水素ガスを導入・加熱して水素
ラジカルを発生させ、またはプラズマにより水素ラジカ
ルを発生させ、あるいは半導体ウェーハをベーキングし
て、半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去する。その後
に、そのチャンバー内で、引き続いて導電膜あるいは絶
縁膜を形成する成膜工程を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、半導体製造方法
及び製造方法に関する。さらに詳しくは、半導体製造プ
ロセスにおいて、半導体デバイスの成膜直前に同一のチ
ャンバー内で半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去する
製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの微細化が進み、
これまで問題とならなかった半導体ウェーハ洗浄後の自
然酸化膜の再成長や有機汚染物質の再付着が、デバイス
特性を劣化させることが分かっている。従来の洗浄装置
と成膜装置のシステム膜式図を図７に示す。従来の半導
体製造工程では、ゲート酸化膜、電極材料、キャパシタ
誘電体膜などデバイス特性を左右する膜の成膜直前の表
面洗浄として、拡散前処理やライトエッチなどのウエッ
ト洗浄装置を用いてきた。また、従来の洗浄装置と成膜
装置については各種の技術が開示されている。例えば、
特開平４−２７９０２２号公報、特開平３−２２４２２
２号公報、特開昭６１−３２４２９号公報、特開平３−
８７３７３号公報、特開平７−５０７８４４号公報、特
開平８−５３７６７号公報、特開昭６１−２８０６２３
号公報などに開示されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、成膜工程前洗
浄としてウエット洗浄を行った後、成膜装置へ搬送し成
膜する、という従来のフローを用いた場合、洗浄後成膜
工程を行う間に、様々な汚染が生じる危険性がある。洗
浄後、ウエハを一時的にケースに保管するまでのクリー
ンルーム雰囲気からの汚染、保管している間のケースや
カセットからの汚染、ウェーハを成膜装置に搬送する作
業者やロボットからの汚染、洗浄装置と成膜装置でのウ
ェーハを成膜位置へ搬送する際の汚染、成膜装置内で減
圧やガス供給など圧力変化により発生する汚染、など各
種の汚染が起こりうる状況は多い。本発明は、このよう
な問題を解決するためになされたもので、成膜装置内で
表面汚染物質の除去を成膜直前に行い、上記の汚染要因
を抑え、特性の優れた界面や膜を形成することを目的と
したものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置の
製造方法は、半導体ウェーハの処理プロセスにおいて、
成膜装置の成膜チャンバー内において半導体ウェーハに
導電膜あるいは絶縁膜を形成する成膜ステップと、前記
成膜ステップの直前に前記成膜チャンバー内において前
記半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去する汚染物質除
去ステップとを含むようにしたことを特徴とするもので
ある。
【０００５】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記汚染物質除去ステップとして、前記成膜チャン
バーに流量調整手段を介して水素ガス又はハロゲン化水
素ガスを導入するとともに、前記導入した水素ガス又は
ハロゲン化水素ガスを前記成膜チャンバー内において加
熱して水素ラジカルを生成することにより前記半導体ウ
ェーハ表面の汚染物質を除去するようにしたことを特徴
とするものである。また、この発明の半導体装置の製造
方法は、前記導入した水素ガス又はハロゲン化水素ガス
を前記成膜チャンバー内において熱フィラメントにより
加熱することを特徴とするものである。
【０００６】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記汚染物質除去ステップとして、前記成膜チャン
バーに流量調整手段を介して水素ガス又はハロゲン化水
素ガスを導入するとともに、前記成膜チャンバー内にお
いて前記半導体ウェーハを覆うようにプラズマを発生さ
せて水素ラジカルを生成することにより前記半導体ウェ
ーハ表面の汚染物質を除去するようにしたことを特徴と
するものである。また、この発明の半導体装置の製造方
法は、前記成膜チャンバー内において前記半導体ウェー
ハを覆うように異なる２周波のプラズマを発生させるこ
とを特徴とするものである。
【０００７】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記汚染物質除去ステップとして、前記成膜チャン
バーに流量調整手段を介して水素ガス又はハロゲン化水
素ガスを導入するとともに、前記半導体ウェーハを前記
成膜チャンバー外部から加熱することにより前記半導体
ウェーハ表面の汚染物質を除去するようにしたことを特
徴とするものである。また、この発明の半導体装置の製
造方法は、前記半導体ウェーハを前記成膜チャンバー外
部から５００〜１２００℃の範囲に加熱することを特徴
とするものである。
【０００８】また、この発明の半導体装置の製造方法
は、前記汚染物質除去ステップとして、前記成膜チャン
バーに流量調整手段を介して水素ガス又はハロゲン化水
素ガスを導入するとともに、前記半導体ウェーハを前記
成膜チャンバー外部から加熱し、同時に前記成膜チャン
バー内において前記半導体ウェーハを覆うようにプラズ
マを発生させることにより前記半導体ウェーハ表面の汚
染物質を除去するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【０００９】次に、この発明の半導体装置製造装置は、
半導体ウェーハの成膜処理をする成膜装置の成膜チャン
バーと、前記成膜チャンバーに流量調整手段を介して水
素ガス又はハロゲン化水素ガスを導入するガス導入手段
と、前記成膜チャンバー内において前記導入された水素
ガス又はハロゲン化水素ガスを加熱して水素ラジカルを
生成させ前記半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去する
ガス加熱手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】また、この発明の半導体装置製造装置は、
前記ガス加熱手段として熱フィラメントを備えたことを
特徴とするものである。また、この発明の半導体装置製
造装置は、前記熱フィラメントとして水素ラジカル生成
反応の触媒となる金属材料を用いたことを特徴とするも
のである。また、この発明の半導体装置製造装置は、前
記熱フィラメントの近傍に水素ラジカル生成反応の触媒
となる金属材料を配設したことを特徴とするものであ
る。
【００１１】また、この発明の半導体装置製造装置は、
半導体ウェーハの成膜処理をする成膜装置の成膜チャン
バーと、前記成膜チャンバー内に前記半導体ウェーハの
載置位置を挟んで対向して配置された一対のプラズマ発
生用電極とこの一対のプラズマ発生用電極に高周波電圧
を印可する電圧印可手段とによりプラズマを発生して水
素ラジカルを生成させ前記半導体ウェーハ表面の汚染物
質を除去するプラズマ発生手段とを備えたことを特徴と
するものである。また、この発明の半導体装置製造装置
は、前記電圧印可手段として異なる２周波の高周波電圧
を印可できる電源を備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１２】また、この発明の半導体装置製造装置は、
半導体ウェーハの成膜処理をする成膜装置の成膜チャン
バーと、前記成膜チャンバーに流量調整手段を介して水
素ガス又はハロゲン化水素ガスを導入するガス導入手段
と、前記成膜チャンバー内に載置された前記半導体ウェ
ーハを前記成膜チャンバー外部から加熱することにより
前記半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去するウェーハ
加熱手段とを備えたことを特徴とするものである。ま
た、この発明の半導体装置製造装置は、さらに、前記成
膜チャンバー内に前記半導体ウェーハの載置位置を挟ん
で対向して配置された一対のプラズマ発生用電極とこの
一対のプラズマ発生用電極に高周波電圧を印可する電圧
印可手段とによりプラズマを発生して水素ラジカルを生
成させ前記半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去するプ
ラズマ発生手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１３】また、この発明の半導体装置製造装置は、
前記成膜装置に、前記成膜チャンバーと接続され連続真
空状態で前記半導体ウェーハを移動させることができる
半導体ウェーハ導入用のロード・ロック室を備えたこと
を特徴とするものである。
【００１４】また、この発明の半導体装置製造装置は、
上記のいずれかに記載の複数の半導体製造装置と、前記
複数の半導体製造装置の各成膜チャンバーと接続され連
続真空状態とすることができる搬送室とを備え、前記半
導体ウェーハを連続真空状態で搬送して前記各成膜チャ
ンバーで成膜処理を行えるようにしたことを特徴とする
ものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
半導体装置の製造方法及び製造装置を説明するための図
であり、さらに詳しくは、半導体ウェーハの表面洗浄を
成膜直前に行なう方法及びその装置を示す全体構成図で
ある。図１において、１は成膜チャンバー、２はこの成
膜チャンバー１の中に載置された半導体ウェーハ、３は
半導体ウェーハ２に成膜処理を施すために成膜チャンバ
ー１にプロセス原料ガスを供給する原料ガス供給ライ
ン、４は半導体ウェーハ２を洗浄処理するために水素ガ
スを供給する水素ガス供給ラインである。
【００１６】水素ガス供給ライン４において、５はガス
流量の制御を行う流量調整手段であり、例えばマスフロ
ーコントローラー（ＭＦＣ）である（以下、適宜ＭＦＣ
と略称する）。６はガス供給を制御するバルブである。
また、７は成膜チャンバー１内に設けられ、導入された
水素ガスを加熱するための熱フィラメント、８は成膜チ
ャンバー１内を真空排気するための真空ポンプである。
【００１７】次に、洗浄方法について説明する。半導体
ウェーハ２の成膜処理に先立ち、その直前に半導体ウェ
ーハ２の洗浄処理を行う。そのために、先ず成膜チャン
バー１を真空ポンプ８にて真空引きをした後、水素ガス
供給ライン４において、ＭFＣ５およびバルブ６で水素
ガスの流量を１０ｓｃｃｍに制御して、成膜チャンバー
１内に注入する。成膜チャンバー１内圧力が、１３．３
〜１３３０Ｐａ（０．１〜１０Ｔｏｒｒ）に安定した
後、水素ラジカルを生成するために、水素を熱フィラメ
ント７で加熱する。熱フィラメント７は、水素ラジカル
生成反応を促進させるため、好ましくは水素ラジカル生
成反応の触媒となる金属材料で製作する。
【００１８】また、他の手段として、図２に示すよう
に、熱フィラメント７の近傍に水素ラジカル生成反応の
触媒となる金属材料９を配置する。あるいは熱フィラメ
ント７の周辺を、水素ラジカル生成反応の触媒となる金
属材料９で被う。これにより、触媒反応を促進し、水素
を分解し、水素ラジカルを活発に生成する。触媒となる
金属材料には、好ましくは、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍ
ｇ、Ｍｎ、Ｔａ、またはそれらの合金を用い、それらを
単体もしくは複数の材料を組み合わせて使用する。
【００１９】この方法で生成した、水素ラジカルをウェ
ーハ２の表面に接触させることで、プロセス直前にウェ
ーハ表面の汚染物質の除去を行うその後、成膜チャンバ
ー１に大気あるいは室内空気を導入することなく、引き
続いてプロセス原料ガス供給ライン３から、プロセス原
料ガスを成膜チャンバー１内に導入し、半導体ウェーハ
２に対する成膜処理プロセスに入る。なお、以上は、半
導体ウェーハ２の洗浄用ガスとして、水素ガスを用いる
例を示したが、ハロゲン化水素ガス（ＨＣｌ，ＨＢｒ，
ＨＩなど）を導入してもよい。
【００２０】なお、水素ラジカルによる汚染物質の除去
は次のようなプロセスを含むものと考えられる。Ｃ，
Ｈ，Ｏなどの元素を含む有機物は、水素ラジカルによ
り、Ｃが低分子炭化水素（アルカン、アルキン他）へ、
ＯはＨ２Ｏへ、ＮはＮＨ３へと分解される。自然酸化膜
（ＳｉＯ２）は、ＳｉがＳｉＨ４，ＳｉＯ，Ｓｉ（Ｏ
Ｈ）４などの揮発性気体へ、ＯはＨ２Ｏへと分解され
る。その他の金属元素などの無機物質は、自然酸化膜中
あるいは自然酸化膜上に存在するために、自然酸化膜と
ともに除去される。
【００２１】以上説明したように、この実施の形態は、
水素ガスあるいはハロゲン化水素ガスを熱フィラメント
により加熱し、生成した水素ラジカルをウェーハ表面に
接触させることで、ウェーハ表面の汚染物質の除去を行
うものである。この実施の形態では、半導体ウェーハ表
面を完全に洗浄化した後に、半導体ウェーハに成膜を行
なう。洗浄後の成膜工程としては、ポリシリコン膜の形
成、酸化膜の形成、金属電極膜の形成を含め、各種の成
膜工程を行うことができる。また、この実施の形態は、
シリコンなどの元素半導体基板を洗浄化してから成膜を
行なう、元素半導体デバイスの製造に用いて特に好適な
ものである。
【００２２】また、以上説明したように、この実施の形
態によれば、成膜工程前洗浄の後に半導体ウェーハを成
膜装置へ搬送する必要がない。したがって、洗浄工程か
ら成膜工程にかけて、従来あったような汚染要因を排除
することができ、結果として特性の優れた膜や界面を形
成することができる。また、このように、汚染物質除去
と成膜を同一チャンバーで行うことができるので、スル
ープットが向上する。
【００２３】また、この実施の形態によれば、反応性の
高い活性ラジカルにより、有機物を含め、各種の汚染物
質の除去が行える。これにより、酸化膜信頼性の向上や
接触抵抗の増大抑制が期待できる。また、水素やハロゲ
ン化水素を、汚染物質の除去用ガスとして使用している
ため、成膜前の半導体ウェーハ表面がエッチングによる
損傷を受けないという長所がある。
【００２４】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２による半導体装置の製造方法及び製造装置を説明
するための図であり、さらに詳しくは、半導体製造プロ
セスにおいて半導体ウェーハの表面洗浄を成膜直前に行
なう方法及びその装置を示す図である。図３において、
１０は成膜チャンバー１内で半導体ウェーハ２を挟むよ
うに配置された１対のプラズマ発生用電極、１１はこの
プラズマ発生用電極１０に高周波電圧を印可する電圧印
可手段（高周波電源）、１２はプラズマガスを供給する
ガス供給ラインである。これらで、プラズマ発生手段を
構成している。その他の構成は、図１と同様であるか
ら、説明を省略する。
【００２５】次に、洗浄方法について説明する。半導体
ウェーハ２の成膜処理に先立ち、成膜チャンバー１を真
空ポンプ８にて真空引きをした後、水素ガス供給ライン
４において、ＭFＣ５およびバルブ６で水素ガスの流量
を１０ｓｃｃｍに制御して、成膜チャンバー１内に注入
する。次に、一対のプラズマ発生用の電極１０に、高周
波電圧（例えば、１３．５６ＭＨｚ）を印加することに
より水素ガス中でプラズマを発生させ、これにより水素
ラジカルを生成する。この水素ラジカルを半導体ウェー
ハ２に接触させ、半導体ウェーハ２の表面の汚染物質を
除去する。
【００２６】また、このプラズマの発生に、ＥＣＲ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Cｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃ
ｅ）プラズマを使用することも有用である。これは、磁
界を印加することによって、汚染源となる電極を必要と
せず放電を維持し、低圧で高密度のプラズマを生成でき
る方法である。ＥＣＲプラズマ生成条件は、例えば、マ
イクロ波周波数２．４５ＧＨｚ、印可磁界８７５Ｇａｕ
ｓｓ、成膜装置１内圧力１．３３×１０-2Ｐａ（１×１
０-4Ｔｏｒｒ）である。また、この実施の形態におい
て、汚染物質の除去をするためのラジカルの原料となる
ガスに、ハロゲン化水素ガス（ＨＣｌ，ＨＢｒ，ＨＩな
ど）を使用し、清浄力の向上を行うことも可能である。
【００２７】また、プラズマ発生のための他の方法とし
て、成膜チャンバー１への水素ガスの導入に先立ち、図
３のプラズマガス供給ライン１２から、予めプラズマ生
成用ガスとして不活性ガス（Ａｒ，Ｈｅなど）を導入す
ることも効果的である。このプラズマ生成用ガスによっ
て安定な状態のプラズマを発生させておいてから水素ガ
スを導入すると、安定した水素ラジカルの供給が可能と
なる。また、これにより、プラズマの安定化、ウェーハ
表面のプラズマによる損傷の低減を図ることができる。
【００２８】また、プラズマ生成時に、高周波電源１１
として、二周波プラズマ電源（例えば、１３．５６ＭＨ
ｚと２７．１２ＭHｚ）を使用し、二周波プラズマを用
いると、励起効率が高く、ラジカルを効率的に生成でき
非常に有効である。
【００２９】このようにしてウェーハ表面の汚染物質を
除去した後、成膜チャンバー１に大気あるいは室内空気
を導入することなく、プロセス原料ガス供給ライン３か
ら、プロセス原料ガスを成膜チャンバー１内に導入し、
半導体ウェーハ２に対する成膜処理プロセスに入る。
【００３０】以上説明したように、この実施の形態は、
水素ガスやハロゲン化水素ガスをプラズマにより励起し
て水素ラジカルを生成し、生成した水素ラジカルをウェ
ーハ表面に接触させることで、ウェーハ表面の汚染物質
の除去を行うものである。
【００３１】この実施の形態では、プラズマによる表面
の清浄化の後に、ＣＶＤ工程、熱酸化工程、アニール工
程、スパッタ工程を含む各種の工程を行うことができ、
大気に晒さずに清浄化したままで次の成膜工程を行う。
【００３２】また、この実施の形態では、このように高
周波を印可してプラズマを生成するので、半導体ウェー
ハが帯電することがなく、半導体ウェーハを損傷しな
い。また、この実施の形態は、シリコンなどの元素半導
体基板を洗浄化し、成膜を行う、元素半導体デバイスの
製造に用いて特に好適なものである。
【００３３】また、この実施の形態によれば、成膜工程
前洗浄の後に半導体ウェーハを成膜装置へ搬送する必要
がない。したがって、洗浄工程から成膜工程にかけて、
従来あったような汚染要因を排除することができ、結果
として特性の優れた膜や界面を形成することができる。
また、このように、汚染物質除去と成膜を同一チャンバ
ーで行うことができるので、スループットが向上する。
【００３４】また、この実施の形態によれば、反応性の
高い活性ラジカルにより、有機物を含め、各種の汚染物
質の除去が行える。これにより、酸化膜信頼性の向上や
接触抵抗の増大抑制が期待できる。また、水素やハロゲ
ン化水素を、汚染物質の除去用ガスとして使用している
ため、成膜前の半導体ウェーハ表面がエッチングによる
損傷を受けないという長所がある。
【００３５】実施の形態３．図４は、この発明の実施の
形態３による半導体装置の製造方法及び製造装置を説明
するための図であり、さらに詳しくは、半導体製造プロ
セスにおいて半導体ウェーハの表面洗浄を成膜直前に行
なう方法及びその装置を示す図である。図４において、
１３は成膜チャンバー１の外部に配置された加熱手段
（加熱器または赤外線ヒーター）であり、成膜チャンバ
ー１の外部から半導体ウェーハ２を加熱昇温する。その
他の構成は、図２と同様であるから、説明を省略する。
【００３６】次に、洗浄方法について説明する。半導体
ウェーハ２の成膜処理に先立ち、先ず成膜チャンバー１
を真空ポンプ８にて真空引きをした後、水素ガス供給ラ
イン４において、ＭFＣ５およびバルブ６で水素ガスの
流量を１０ｓｃｃｍに制御して、成膜チャンバー１内に
注入する。次に、成膜チャンバー１の外部から赤外線ヒ
ーター１３によって水素ガス雰囲気中の半導体ウェーハ
２を加熱昇温する。これにより、ウェーハ２表面の汚染
物質の除去を行う。雰囲気ガスは、水素のほかにハロゲ
ン化水素ガス（ＨＣｌ，ＨＢｒ，ＨＩなど）を用いるこ
とも有効である。
【００３７】高真空中において、８００〜８５０℃にＳ
ｉウェーハを加熱すると、ウェーハ上に形成された自然
酸化膜が消失し、Ｓｉ表面に表面超構造が形成されるこ
とによって、表面に吸着していた汚染物質を除去でき
る。本実施の形態では、水素ガス雰囲気中で加熱（べー
キング）を行なうので、水素ガスによるウェーハ表面の
汚染物質除去の効果に、昇温による表面洗浄の効果が加
わることにより、清浄力が強化される。本実施の形態の
ような、水素雰囲気中での加熱（べーキング）によるウ
ェーハ表面の汚染物質の除去においては、ウェーハ表面
の温度を５００〜１２００℃の範囲に、さらには８００
〜８５０℃以上に昇温することが望ましい。これによ
り、清浄力を高めることができる。
【００３８】この実施の形態によれば、実施の形態１あ
るいは２で説明したと同様の効果がある。重複を避ける
ため、その説明は省略する。また、実施の形態１あるい
は２とこの実施の形態３とを組み合わせ、水素ガスを熱
フィラメントで加熱し、あるいは水素ガス中でプラズマ
を用いて生成した水素ラジカルを、ウェーハ表面に接触
させると同時に、ウェーハを加熱昇温すれば、汚染物質
の脱離反応が活発となり、ウェーハ表面の清浄力がより
向上する。
【００３８】次に、以上の実施の形態１以降に述べた半
導体ウェーハの表面洗浄方法を含む半導体装置の製造プ
ロセスについて説明する。一般に、トランジスタを製造
するための基本的なプロセスは、次のとおりである。 （１）半導体ウェーハの活性領域の形成 ＊ 洗浄 → ＃酸化 → ＃窒化 → フォトリソグ
ラフィー → エッチング → レジスト除去 → ＊
洗浄 → ＃イオン注入 → ＃酸化 → エッチング
→ レジスト除去 （２）ゲート構造形成 ＊洗浄 → ＃酸化 → ＃電極材料堆積 → フォト
リソグラフィー →エッチング → レジスト除去 （３）ソース・ドレイン構造形成 ＊洗浄 → ＃イオン注入 （４）層間絶縁膜形成 ＊洗浄 → ＃酸化膜堆積 → エッチング → レジ
スト除去 （５）配線部形成 ＊洗浄 → ＃配線材料堆積 → フォトリソグラフィ
ー → エッチング→ レジスト除去
【００３９】以上のようなプロセスにおいて、従来で
は、＊印を付した洗浄工程と、その後に続く＃印を付し
た様々な膜の成膜工程は、それぞれ別の洗浄装置と成膜
装置で処理されていた。これに対して、この発明の実施
の形態においては、成膜直前に同一成膜チャンバー（チ
ャンバー）内で洗浄な表面を得るために、＊印を付した
洗浄工程の後に、再度成膜チャンバー内で水素ガスなど
によって実施の形態１以降に述べたようなドライ洗浄を
行なうものである。このようなドライ洗浄後に、同一成
膜チャンバー内において成膜工程を行なうので、半導体
ウェーハの搬送に伴う汚染要因を抑えることができ、特
性の優れた界面や膜を形成することげできる。
【００４０】実施の形態４．図５は、この発明の実施の
形態４による半導体装置の製造方法及び製造装置を説明
するための図であり、さらに詳しくは、半導体製造プロ
セスにおいて半導体ウェーハの表面洗浄を成膜直前に行
なう方法及びその装置を示す図である。図５において、
Aは実施の形態１〜３で説明した、成膜工程直前の表面
洗浄機能を有する成膜装置を示す。また、１４は成膜工
程前の半導体ウェーハを蓄えるロードロック室（Ｌｏａ
ｄ Ｌｏｃｋ室）である。このロードロック室１４は、
成膜装置Aと真空連続とすることができ、成膜処理時に
半導体ウェーハを大気に戻すことなく成膜装置Aに移動
させる。その他の構成は、図２と同様であるから、説明
を省略する。
【００４１】このように、実施の形態１〜３で示したよ
うな、成膜工程直前の表面洗浄機能付の成膜装置におい
て、ウェーハ導入用のロードロック室（Ｌｏａｄ Ｌｏ
ｃｋ室）１４を設置することにより、成膜チャンバー１
内を真空排気する際に生じるパーティクルの増加を抑
え、プロセス時間の短縮を図ることができる。
【００４２】図６は、この発明の実施の形態４による、
他の半導体装置の製造方法及び製造装置を説明するため
の図である。図６において、１５は搬送室、１６は搬送
アームを示す。この例では、複数の成膜装置Aと１つの
ロードロック室（Ｌｏａｄ Ｌｏｃｋ室）１４とが、搬
送室１５を介して連続真空状態に保てるように接続され
ている。半導体ウェーハ２は、搬送アーム１６によりロ
ードロック室（Ｌｏａｄ Ｌｏｃｋ室）１４から、大気
に戻されることなく１つの成膜装置Aに移され、実施の
形態１〜３で説明したような洗浄処理及び成膜処理が行
われる。その後、さらに他の成膜装置Aで、他の成膜処
理を行うために、搬送アーム１６で搬送される。
【００４３】このように、ロードロック室１４及び搬送
室１５を介して、実施の形態１〜３で説明したような、
成膜工程直前の表面洗浄機能付の成膜装置を複数接続し
たクラスターシステムを用いると、ウェーハ２を搬送ア
ーム１６で各成膜装置間Aの間を搬送し、大気に曝すこ
となく、連続処理が行える。
【００４４】このクラスターシステムを用いると、例え
ばＭＯＳトランジスタを製造する場合、ゲート絶縁膜で
あるＳｉＯ２、電極材料であるポリシリコン，Ｔｉ，Ｔ
ｉＮ，ＷＳｉなどの成膜工程を、汚染物質が散乱してい
る大気に曝すことなく処理できる。このため、成膜工程
直前の表面洗浄機能を加えたことの効果がより期待で
き、パーティクルや有機汚染、金属汚染に起因するデバ
イス特性の劣化が抑えられる。
【００４５】以上説明したように、この実施の形態によ
れば、ウェーハ導入用のロードロック室を設置したこと
により、成膜装置において、チャンバー内に真空排気す
る際に生じるパーティクルの増加を抑え、且つプロセス
時間の短縮が行える。
【００４６】また、ロードロック室及び搬送室を設置
し、成膜工程直前の表面洗浄機能を有する成膜装置を複
数接続したので、大気に曝すことなく搬送室を介して半
導体ウェーハを搬送し、連続処理を行なうことができ
る。
【００４７】また、このように汚染物質除去と成膜を同
一チャンバーで行い、さらに次の工程への搬送を大気に
曝すことなく行えるので、搬送に伴う発塵の影響がでな
い。また、このように、汚染物質除去と成膜を同一チャ
ンバーで行うことができるので、スループットが向上す
る。その他、実施の形態１〜３で説明した効果は、この
実施の形態でも得られるが、重複を避けるためその説明
は省略する。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、水素ガスあるいはハロゲン化水素ガスを熱フィラメ
ントにより加熱し、生成した水素ラジカルをウェーハ表
面に接触させることで、ウェーハ表面の汚染物質の除去
を行うようにしたので、反応性の高い活性ラジカルによ
り、有機物を含め、各種の汚染物質を効果的に除去する
ことができる。これにより、酸化膜信頼性の向上や接触
抵抗の増大抑制が期待できる。また、水素やハロゲン化
水素を、汚染物質の除去用ガスとして使用しているた
め、成膜前の半導体ウェーハ表面がエッチングによる損
傷を受けないという長所がある。また、シリコンなどの
元素半導体基板を洗浄化し、成膜を行う、元素半導体デ
バイスの製造に用いて特に好適な洗浄方法が得られる。
【００４９】また、この発明によれば、水素ガスやハロ
ゲン化水素ガスをプラズマにより励起して水素ラジカル
を生成し、生成した水素ラジカルをウェーハ表面に接触
させることで、ウェーハ表面の汚染物質の除去を行うよ
うにしたので、反応性の高い活性ラジカルにより、有機
物を含め、各種の汚染物質を効果的に除去することがで
きる。これにより、成膜の信頼性の向上を図ることがで
きる。また、水素やハロゲン化水素を、汚染物質の除去
用ガスとして使用しているため、成膜前の半導体ウェー
ハ表面がエッチングによる損傷を受けないという長所が
ある。また、半導体ウェーハが帯電することがなく、半
導体ウェーハが損傷しないという長所がある。また、シ
リコンなどの元素半導体基板を洗浄化し、成膜を行う、
元素半導体デバイスの製造に用いて特に好適な洗浄方法
が得られる。
【００５０】また、この発明によれば、水素ガス雰囲気
中で加熱（べーキング）を行なうので、水素ガスによる
ウェーハ表面の汚染物質除去の効果に、昇温による表面
洗浄の効果が加わることにより、清浄力が強化される。
【００５１】また、この発明によれば、汚染物質除去と
成膜を同一チャンバーで行うようにしたので、成膜工程
前洗浄の後に半導体ウェーハを成膜装置へ搬送する必要
がない。したがって、洗浄工程から成膜工程にかけて、
従来あったような汚染要因を排除することができ、結果
として特性の優れた膜や界面を形成することができる。
また、この発明によれば、汚染物質除去と成膜を同一チ
ャンバーで行うことができるので、スループットが向上
する。
【００５２】また、この発明によれば、成膜チャンバー
と接続され連続真空状態で半導体ウェーハを移動させる
ことができる半導体ウェーハ導入用のロード・ロック室
を備えたので、成膜チャンバー内を真空排気する際に生
じるパーティクルの増加を抑え、プロセス時間の短縮を
図ることができる。
【００５３】また、この発明によれば、成膜チャンバー
と接続され連続真空状態とすることができる半導体ウェ
ーハ導入用のロード・ロック室と、複数の成膜チャンバ
ーと接続され連続真空状態とすることができる半導体ウ
ェーハ搬送用の搬送室とを備え、半導体ウェーハを連続
真空状態で搬送して各成膜チャンバーで成膜処理を行え
るようにしたので、ウェーハを大気に曝すことなく、連
続処理が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体製造方法
及び製造装置を説明するための全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による半導体製造方法
及び製造装置を説明するための加熱手段を示す図であ
る。
【図３】この発明の実施の形態２による半導体製造方法
及び製造装置を説明するための全体構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による半導体製造方法
及び製造装置を説明するための全体構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による半導体製造方法
及び製造装置を説明するための全体構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による半導体製造方法
及び製造装置の他の例を説明するための全体構成図であ
る。
【図７】従来の半導体製造方法及び製造装置を説明する
ための図である。
【符号の説明】
１ 成膜チャンバー、 ２ 半導体ウェーハ、 ３ 原
料ガス供給ライン、４水素ガス供給ライン、 ５ 流量
調整手段、 ６ バルブ、 ７ 熱フィラメント、 ９
触媒金属材料、 １０ プラズマ発生用電極、 １１
電圧印可手段（高周波電源）、 １２ プラズマガス
供給ライン、 １３ 加熱器（赤外線ヒーター）、 １
４ ロードロック室（Ｌｏａｄ Ｌｏｃｋ室）、 １５
搬送室、 １６ 搬送アーム、 Ａ 成膜装置。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウェーハの処理プロセスにおい
    て、成膜装置の成膜チャンバー内において半導体ウェー
    ハに導電膜あるいは絶縁膜を形成する成膜ステップと、
    前記成膜ステップの直前に前記成膜チャンバー内におい
    て前記半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去する汚染物
    質除去ステップとを含むようにしたことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記汚染物質除去ステップとして、前記
    成膜チャンバーに流量調整手段を介して水素ガス又はハ
    ロゲン化水素ガスを導入するとともに、前記導入した水
    素ガス又はハロゲン化水素ガスを前記成膜チャンバー内
    において加熱して水素ラジカルを生成することにより前
    記半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去するようにした
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項３】 前記導入した水素ガス又はハロゲン化水
    素ガスを前記成膜チャンバー内において熱フィラメント
    により加熱することを特徴とする請求項２に記載の半導
    体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記汚染物質除去ステップとして、前記
    成膜チャンバーに流量調整手段を介して水素ガス又はハ
    ロゲン化水素ガスを導入するとともに、前記成膜チャン
    バー内において前記半導体ウェーハを覆うようにプラズ
    マを発生させて水素ラジカルを生成することにより前記
    半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去するようにしたこ
    とを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 前記成膜チャンバー内において前記半導
    体ウェーハを覆うように異なる２周波のプラズマを発生
    させることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の
    製造方法。
  6. 【請求項６】 前記汚染物質除去ステップとして、前記
    成膜チャンバーに流量調整手段を介して水素ガス又はハ
    ロゲン化水素ガスを導入するとともに、前記半導体ウェ
    ーハを前記成膜チャンバー外部から加熱することにより
    前記半導体ウェーハ表面の汚染物質を除去するようにし
    たことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造
    方法。
  7. 【請求項７】 前記半導体ウェーハを前記成膜チャンバ
    ー外部から５００〜１２００℃の範囲に加熱することを
    特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記汚染物質除去ステップとして、前記
    成膜チャンバーに流量調整手段を介して水素ガス又はハ
    ロゲン化水素ガスを導入するとともに、前記半導体ウェ
    ーハを前記成膜チャンバー外部から加熱し、同時に前記
    成膜チャンバー内において前記半導体ウェーハを覆うよ
    うにプラズマを発生させることにより前記半導体ウェー
    ハ表面の汚染物質を除去するようにしたことを特徴とす
    る請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項９】 半導体ウェーハの成膜処理をする成膜装
    置の成膜チャンバーと、前記成膜チャンバーに流量調整
    手段を介して水素ガス又はハロゲン化水素ガスを導入す
    るガス導入手段と、前記成膜チャンバー内において前記
    導入された水素ガス又はハロゲン化水素ガスを加熱して
    水素ラジカルを生成させ前記半導体ウェーハ表面の汚染
    物質を除去するガス加熱手段とを備えたことを特徴とす
    る半導体製造装置。
  10. 【請求項１０】 前記ガス加熱手段として熱フィラメン
    トを備えたことを特徴とする請求項９に記載の半導体製
    造装置。
  11. 【請求項１１】 前記熱フィラメントとして水素ラジカ
    ル生成反応の触媒となる金属材料を用いたことを特徴と
    する請求項１０に記載の半導体製造装置。
  12. 【請求項１２】 前記熱フィラメントの近傍に水素ラジ
    カル生成反応の触媒となる金属材料を配設したことを特
    徴とする請求項１１に記載の半導体製造装置。
  13. 【請求項１３】 半導体ウェーハの成膜処理をする成膜
    装置の成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に前記
    半導体ウェーハの載置位置を挟んで対向して配置された
    一対のプラズマ発生用電極とこの一対のプラズマ発生用
    電極に高周波電圧を印可する電圧印可手段とによりプラ
    ズマを発生して水素ラジカルを生成させ前記半導体ウェ
    ーハ表面の汚染物質を除去するプラズマ発生手段とを備
    えたことを特徴とする半導体製造装置。
  14. 【請求項１４】 前記電圧印可手段として異なる２周波
    の高周波電圧を印可できる電源を備えたことを特徴とす
    る請求項１３に記載の半導体製造装置。
  15. 【請求項１５】 半導体ウェーハの成膜処理をする成膜
    装置の成膜チャンバーと、前記成膜チャンバーに流量調
    整手段を介して水素ガス又はハロゲン化水素ガスを導入
    するガス導入手段と、前記成膜チャンバー内に載置され
    た前記半導体ウェーハを前記成膜チャンバー外部から加
    熱することにより前記半導体ウェーハ表面の汚染物質を
    除去するウェーハ加熱手段とを備えたことを特徴とする
    半導体製造装置。
  16. 【請求項１６】 さらに、前記成膜チャンバー内に前記
    半導体ウェーハの載置位置を挟んで対向して配置された
    一対のプラズマ発生用電極とこの一対のプラズマ発生用
    電極に高周波電圧を印可する電圧印可手段とによりプラ
    ズマを発生して水素ラジカルを生成させ前記半導体ウェ
    ーハ表面の汚染物質を除去するプラズマ発生手段とを備
    えたことを特徴とする請求項１５に記載の半導体製造装
    置。
  17. 【請求項１７】 前記成膜装置に、前記成膜チャンバー
    と接続され連続真空状態で前記半導体ウェーハを移動さ
    せることができる半導体ウェーハ導入用のロード・ロッ
    ク室を備えたことを特徴とする請求項９〜１６のいずれ
    かに記載の半導体製造装置。
  18. 【請求項１８】 請求項９〜１７のいずれかに記載の複
    数の半導体製造装置と、前記複数の半導体製造装置の各
    成膜チャンバーと接続され連続真空状態とすることがで
    きる搬送室とを備え、前記半導体ウェーハを連続真空状
    態で搬送して前記各成膜チャンバーで成膜処理を行える
    ようにしたことを特徴とする半導体製造システム。
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