JP3351802B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
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- C23C8/10—Oxidising
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】以下、従来の技術を半導体ウエハを例に
とり説明する。
とり説明する。
【０００３】従来、基体に対し、成膜（絶縁膜、導電性
膜）、エッチング、クリーニング等を行う装置間におけ
るウエハの搬送は次のように行われていた。すなわち、
例えば、成膜が終了するとウエハを成膜装置からクリー
ンルーム内に取り出し、ウエハを図６に示すようなウエ
ハキャリア１５等に入れて、次の工程を行う装置、例え
ば、エッチング装置までクリーンルーム内を移動させて
いた。
膜）、エッチング、クリーニング等を行う装置間におけ
るウエハの搬送は次のように行われていた。すなわち、
例えば、成膜が終了するとウエハを成膜装置からクリー
ンルーム内に取り出し、ウエハを図６に示すようなウエ
ハキャリア１５等に入れて、次の工程を行う装置、例え
ば、エッチング装置までクリーンルーム内を移動させて
いた。
【０００４】しかし、本発明者が調査したところ、クリ
ーンルーム内といえどもウエハを大気に曝すとウエハ表
面に自然酸化膜が形成されたり、Ｎａ，Ｆｅその他の不
純物原子がウエハ表面に付着する事が判明した。すなわ
ち、クリーンルーム内といえども必ずしもクリーンな環
境であるとはいえないことがわかった。
ーンルーム内といえどもウエハを大気に曝すとウエハ表
面に自然酸化膜が形成されたり、Ｎａ，Ｆｅその他の不
純物原子がウエハ表面に付着する事が判明した。すなわ
ち、クリーンルーム内といえども必ずしもクリーンな環
境であるとはいえないことがわかった。
【０００５】さらに、このような自然酸化膜、あるいは
不純物原子が付着している状態で、導電性薄膜の形成を
行うとコンタクト抵抗の劣化を招き、また、熱酸化膜の
形成を行うと耐圧特性の劣化を招くことが判明した。
不純物原子が付着している状態で、導電性薄膜の形成を
行うとコンタクト抵抗の劣化を招き、また、熱酸化膜の
形成を行うと耐圧特性の劣化を招くことが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、コンタクト
抵抗の劣化、耐圧特性の劣化を招くことのない薄膜形成
装置を提供することを目的とする。
抵抗の劣化、耐圧特性の劣化を招くことのない薄膜形成
装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、半導体
基体の地肌表面を露出する工程を行うための装置から、
該露出された表面に導電性薄膜の形成を行うための装置
へ該半導体基体を搬送するための第１の搬送手段、半導
体基体の地肌表面を露出する工程を行うための装置か
ら、該露出された表面に熱酸化膜の形成を行うための装
置へ該半導体基体を搬送するための第２の搬送手段、ま
たは基体上に形成された金属配線表面を露出する工程を
行うための装置から、該金属配線表面に導電性薄膜を形
成するための装置へ該基体を搬送するための第３の搬送
手段のうちの少なくとも一つの搬送手段が、水分濃度が
１０ｐｐｂ以下のガス雰囲気に保持されるように構成し
たことを特徴とする薄膜形成装置に存在する。また、本
発明の多の要旨は、ＲＩＥ装置２、ウェットクリーニン
グ装置、酸化装置４、導電性膜成膜装置をトンネル１で
連結し、トンネル１を大気とは遮断するとともに、該ト
ンネル内１に水分濃度が１０ｐｐｂ以下のガスを流入せ
しめる構造を有することを特徴とする薄膜形成装置に存
在する。
基体の地肌表面を露出する工程を行うための装置から、
該露出された表面に導電性薄膜の形成を行うための装置
へ該半導体基体を搬送するための第１の搬送手段、半導
体基体の地肌表面を露出する工程を行うための装置か
ら、該露出された表面に熱酸化膜の形成を行うための装
置へ該半導体基体を搬送するための第２の搬送手段、ま
たは基体上に形成された金属配線表面を露出する工程を
行うための装置から、該金属配線表面に導電性薄膜を形
成するための装置へ該基体を搬送するための第３の搬送
手段のうちの少なくとも一つの搬送手段が、水分濃度が
１０ｐｐｂ以下のガス雰囲気に保持されるように構成し
たことを特徴とする薄膜形成装置に存在する。また、本
発明の多の要旨は、ＲＩＥ装置２、ウェットクリーニン
グ装置、酸化装置４、導電性膜成膜装置をトンネル１で
連結し、トンネル１を大気とは遮断するとともに、該ト
ンネル内１に水分濃度が１０ｐｐｂ以下のガスを流入せ
しめる構造を有することを特徴とする薄膜形成装置に存
在する。
【０００８】
【作用】本発明の作用を詳細な構成とともに以下に説明
する。
する。
【０００９】ここで、基体表面を露出する工程とは、例
えば、基体表面全体に絶縁膜が形成された状態から、例
えば、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により
絶縁膜の一部を除去してコンタクトホールを形成し、基
体表面のクリーンな地肌を露出させるような工程であ
る。
えば、基体表面全体に絶縁膜が形成された状態から、例
えば、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）により
絶縁膜の一部を除去してコンタクトホールを形成し、基
体表面のクリーンな地肌を露出させるような工程であ
る。
【００１０】また、基体上に形成された金属配線表面を
露出する工程とは、基体上に形成された金属表面全体に
絶縁膜が形成された状態から、例えば、リアクティブイ
オンエッチングにより絶縁膜の一部を除去してスルーホ
ールを形成し、基体表面に形成された金属配線表面のク
リーンな地肌を露出させるような工程である。
露出する工程とは、基体上に形成された金属表面全体に
絶縁膜が形成された状態から、例えば、リアクティブイ
オンエッチングにより絶縁膜の一部を除去してスルーホ
ールを形成し、基体表面に形成された金属配線表面のク
リーンな地肌を露出させるような工程である。
【００１１】本発明者は、このように露出させた表面
に、導電性薄膜を形成する場合及び熱酸化膜を形成する
場合には、その露出表面を大気に曝してはならないこと
を見い出したのである。すなわち、導電性薄膜を形成す
る場合及び熱酸化膜を形成する場合に、この露出表面を
大気に曝すとコンタクト抵抗の劣化、絶縁耐圧の劣化を
招くことを見い出したことは前述した通りである。
に、導電性薄膜を形成する場合及び熱酸化膜を形成する
場合には、その露出表面を大気に曝してはならないこと
を見い出したのである。すなわち、導電性薄膜を形成す
る場合及び熱酸化膜を形成する場合に、この露出表面を
大気に曝すとコンタクト抵抗の劣化、絶縁耐圧の劣化を
招くことを見い出したことは前述した通りである。
【００１２】そのために本発明では、搬送手段内を水分
濃度が１０ｐｐｂ以下のガス雰囲気に保持されるように
構成している。
濃度が１０ｐｐｂ以下のガス雰囲気に保持されるように
構成している。
【００１３】かかるガスとしては不活性ガス（Ｎ2ガス
も不活性ガスに含む）または水分濃度が１０ｐｐｂ以下
の空気が用い入られる。水分濃度が１０ｐｐｂ以下の空
気とすることが好ましい。すなわち、不活性ガスの場合
人が搬送手段内に誤って首を入れた場合酸欠状態に陥っ
てしまう。然るに、空気の場合はかかる事態を回避する
ことができる。このように空気を用いることが可能であ
ることも発明者がはじめて知見したものである。すなわ
ち、空気のような酸素を含有するガス中においては、基
体表面あるいは基体上に形成された金属配線表面は自然
酸化され易いと考えられていた。しかるに、本発明者は
鋭意研究を行ったところ、たとえ、酸素が存在していた
も水分濃度が１０ｐｐｂ以下に保持されていれば自然酸
化は生じないことを知見したものである。従って、大気
の空気を、水分濃度を１０ｐｐｂ以下に純化して用いる
こともできる。不活性ガスの場合であっても水分濃度は
１０ｐｐｂ以下とする。
も不活性ガスに含む）または水分濃度が１０ｐｐｂ以下
の空気が用い入られる。水分濃度が１０ｐｐｂ以下の空
気とすることが好ましい。すなわち、不活性ガスの場合
人が搬送手段内に誤って首を入れた場合酸欠状態に陥っ
てしまう。然るに、空気の場合はかかる事態を回避する
ことができる。このように空気を用いることが可能であ
ることも発明者がはじめて知見したものである。すなわ
ち、空気のような酸素を含有するガス中においては、基
体表面あるいは基体上に形成された金属配線表面は自然
酸化され易いと考えられていた。しかるに、本発明者は
鋭意研究を行ったところ、たとえ、酸素が存在していた
も水分濃度が１０ｐｐｂ以下に保持されていれば自然酸
化は生じないことを知見したものである。従って、大気
の空気を、水分濃度を１０ｐｐｂ以下に純化して用いる
こともできる。不活性ガスの場合であっても水分濃度は
１０ｐｐｂ以下とする。
【００１４】本発明における搬送手段としては、例えば
図１に示すような、ＲＩＥ装置２、ウェットクリーニン
グ装置、酸化装置４、導電成膜成膜装置をトンネル１で
連結し、トンネル１を大気とは遮断するとともに、該ト
ンネル内１に水分濃度が１０ｐｐｂ以下のガスを流入せ
しめる構造のものを用いることができる。もちろん装置
２〜５の外に他の装置を連絡してもよい。
図１に示すような、ＲＩＥ装置２、ウェットクリーニン
グ装置、酸化装置４、導電成膜成膜装置をトンネル１で
連結し、トンネル１を大気とは遮断するとともに、該ト
ンネル内１に水分濃度が１０ｐｐｂ以下のガスを流入せ
しめる構造のものを用いることができる。もちろん装置
２〜５の外に他の装置を連絡してもよい。
【００１５】なお、このトンネル１内に基体の下面にあ
たるようにガスを噴出させて、このガスにより基体を浮
上させたまま搬送せしめる構造とすることが好ましい。
たるようにガスを噴出させて、このガスにより基体を浮
上させたまま搬送せしめる構造とすることが好ましい。
【００１６】一方、図２に示すように、内部に不活性ガ
スないし水分濃度が１０ｐｐｂ以下の空気が充填された
ボックス６構造のものでもよい。
スないし水分濃度が１０ｐｐｂ以下の空気が充填された
ボックス６構造のものでもよい。
【００１７】本発明は、露出表面が例えば、ＭＯＳトラ
ンジスタあるいはバイボーラトランジスタのＮ+領域の
場合特に顕著な効果を発揮する。すなわち、本発明者の
知見によれば、Ｎ+領域を室温でクリーンルーム内の大
気中に曝すと瞬時にして０．５ｎｍ厚もの自然酸化膜が
形成されてしまう。しかるに本発明装置を用いた場合に
はかかる自然酸化膜の形成を避けることが可能となる。
ンジスタあるいはバイボーラトランジスタのＮ+領域の
場合特に顕著な効果を発揮する。すなわち、本発明者の
知見によれば、Ｎ+領域を室温でクリーンルーム内の大
気中に曝すと瞬時にして０．５ｎｍ厚もの自然酸化膜が
形成されてしまう。しかるに本発明装置を用いた場合に
はかかる自然酸化膜の形成を避けることが可能となる。
【００１８】なお、本発明における導電性薄膜として
は、例えば、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
合金、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｔａ、Ｎ+ポリシリコン、Ｐ+ポリシ
リコン等が例示される。
は、例えば、Ａｌ，Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ
合金、Ｔｉ，Ｍｏ，Ｔａ、Ｎ+ポリシリコン、Ｐ+ポリシ
リコン等が例示される。
【００１９】
【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。
【００２０】（実施例１）図１に示す装置を用いて図２
に示す手順で成膜を行った。
に示す手順で成膜を行った。
【００２１】Ｐ−Ｓｉウエハの一部領域にＡｓイオンの
注入を行った（図３（ａ））後、アニールを行いＮ+領
域を形成した（図３（ｂ））。次いで、ウエハをＣＶＤ
装置に搬入し、全体にＳｉＯ2膜を形成した（図３
（ｃ））。次いで、レジストの形成、フォトリソグラフ
によるレジストのパターリング工程を経てＲＩＥにより
コンタクトホールを形成した（図３（ｄ），（ｅ））。
注入を行った（図３（ａ））後、アニールを行いＮ+領
域を形成した（図３（ｂ））。次いで、ウエハをＣＶＤ
装置に搬入し、全体にＳｉＯ2膜を形成した（図３
（ｃ））。次いで、レジストの形成、フォトリソグラフ
によるレジストのパターリング工程を経てＲＩＥにより
コンタクトホールを形成した（図３（ｄ），（ｅ））。
【００２２】次いで、図４に示すような、ウエットクリ
ーニング装置３内にウエア８を導入し、エッチング液７
に浸漬し、レジストの剥離を行った。次いで、ウエハ８
をＮ2ブロー室１０に導入し、Ｎ2ブローしながらランプ
９により加熱し、水分を除去した。次いで、真空引き
後、再度Ｎ2ガスを導入した。
ーニング装置３内にウエア８を導入し、エッチング液７
に浸漬し、レジストの剥離を行った。次いで、ウエハ８
をＮ2ブロー室１０に導入し、Ｎ2ブローしながらランプ
９により加熱し、水分を除去した。次いで、真空引き
後、再度Ｎ2ガスを導入した。
【００２３】以上により、クリーンな地肌表面を有する
Ｎ+領域の露出工程を終了した。
Ｎ+領域の露出工程を終了した。
【００２４】このウエハを、水分濃度が１０ｐｐｂ以下
に保持された空気を絶えず流入せしめてるトンネル１内
を介して導電性膜成膜装置５に導入しＡｌの成膜を行っ
た（実施例）。
に保持された空気を絶えず流入せしめてるトンネル１内
を介して導電性膜成膜装置５に導入しＡｌの成膜を行っ
た（実施例）。
【００２５】一方、比較のために、クリーンな地肌表面
を有するＮ+領域の露出工程を終了した後、ウエハをク
リーンルーム内に一旦出してから導電性膜成膜室にウエ
ハを導入し、Ａｌの成膜を行った（比較例）。
を有するＮ+領域の露出工程を終了した後、ウエハをク
リーンルーム内に一旦出してから導電性膜成膜室にウエ
ハを導入し、Ａｌの成膜を行った（比較例）。
【００２６】両者のコンタクト抵抗を比較したところ、
実施例のコンタクト抵抗は、比較例のコンタクト抵抗の
約４分の１であった。
実施例のコンタクト抵抗は、比較例のコンタクト抵抗の
約４分の１であった。
【００２７】（実施例２）表面膜を形成する前の半導体
ウエハをＲＩＥ装置２に導入し、その表面に数ｅＶ〜数
十ｅＶのイオンを照射することによりウエハ表面に付着
している不純物および自然酸化膜を除去し、半導体基体
の地肌表面を露出させた。次いで、Ｎ2ガスが絶えず流
入しているトンネル１を介して、ウエハを酸化装置４内
に搬送し、酸化装置４内で熱酸化を行うことによりウエ
ハ表面にＳｉＯ2膜を形成した。次いで、ＣＶＤ法によ
り、ＳｉＯ2膜をゲート絶縁膜とするＭＯＳトランジス
タをこのウエハ上に作製成した（実施例）。
ウエハをＲＩＥ装置２に導入し、その表面に数ｅＶ〜数
十ｅＶのイオンを照射することによりウエハ表面に付着
している不純物および自然酸化膜を除去し、半導体基体
の地肌表面を露出させた。次いで、Ｎ2ガスが絶えず流
入しているトンネル１を介して、ウエハを酸化装置４内
に搬送し、酸化装置４内で熱酸化を行うことによりウエ
ハ表面にＳｉＯ2膜を形成した。次いで、ＣＶＤ法によ
り、ＳｉＯ2膜をゲート絶縁膜とするＭＯＳトランジス
タをこのウエハ上に作製成した（実施例）。
【００２８】一方、比較のため、ＲＩＥ装置２から一旦
クリーンルーム内にウエハを取り出し、その後、ウエハ
を酸化装置４に導入し、前記実施例と同様にＭＯＳトラ
ンジスタを作製した。
クリーンルーム内にウエハを取り出し、その後、ウエハ
を酸化装置４に導入し、前記実施例と同様にＭＯＳトラ
ンジスタを作製した。
【００２９】ウエハ上に作製された多数のＭＯＳトラン
ジスタの絶縁破壊頻度を両ウエハについて行ったとこ
ろ、実施例の場合は、絶縁破壊を起こした数は、比較例
の場合の約半数であった。
ジスタの絶縁破壊頻度を両ウエハについて行ったとこ
ろ、実施例の場合は、絶縁破壊を起こした数は、比較例
の場合の約半数であった。
【００３０】（実施例３）本例では、図５に示す多層配
線構造の素子を作製した。
線構造の素子を作製した。
【００３１】なお、スルーホール１６の形成は、実施例
１と同様にウエットクリーニング装置３内において行
い、図５（ａ）の状態の基体を、水分濃度が１０ｐｐｂ
以下の空気が絶えず流入しているトンネル１を介して、
図１に示す導電性膜成膜装置５に導入し、Ａｌの成膜を
行っい図５（ｂ）に示す素子を作製した（実施例）。
１と同様にウエットクリーニング装置３内において行
い、図５（ａ）の状態の基体を、水分濃度が１０ｐｐｂ
以下の空気が絶えず流入しているトンネル１を介して、
図１に示す導電性膜成膜装置５に導入し、Ａｌの成膜を
行っい図５（ｂ）に示す素子を作製した（実施例）。
【００３２】一方、比較のため、ウエットクリーニング
装置３から一旦クリーンルーム内に基体を取り出し、そ
の後、導電性膜成膜装置５に導入し、Ａｌの成膜を行っ
た（比較例）。
装置３から一旦クリーンルーム内に基体を取り出し、そ
の後、導電性膜成膜装置５に導入し、Ａｌの成膜を行っ
た（比較例）。
【００３３】両者のコンタクト抵抗を比較したところ、
実施例のコンタクト抵抗は、比較例のコンタクト抵抗の
約４分の１であった。
実施例のコンタクト抵抗は、比較例のコンタクト抵抗の
約４分の１であった。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、 コンタクト抵抗、耐
圧特性に優れた素子を作製することが可能な薄膜形成装
置を提供することができる。
圧特性に優れた素子を作製することが可能な薄膜形成装
置を提供することができる。
【図１】 本発明の搬送手段例を示す概念図である。
【図２】 本発明の他の搬送手段例を示す概念図であ
る。
る。
【図３】 本発明の実施例における薄膜形成工程を示す
工程図である。
工程図である。
【図４】 図１のウエットクリーニング装置の拡大図で
ある。
ある。
【図５】 本発明の実施例における薄膜形成工程を示す
工程図である。
工程図である。
【図６】 従来の搬送手段を示す斜視図である。
１ トンネル（搬送手段） ２ ＲＩＥ装置 ３ ウエットクリーニング装置 ４ 酸化装置 ５ 導電性膜成膜装置 ６ ボックス（搬送手段） ７ エッチング液 ８ ウエハ（基体） ９ ランプ １０ Ｎ2ブロー室 １５ ウエハキャリア １６ スルーホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/68 B65G 49/00 H01L 21/28 H01L 21/02
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基体の地肌表面を露出する工程を
行うための装置から、該露出された表面に導電性薄膜の
形成を行うための装置へ該半導体基体を搬送するための
第１の搬送手段、半導体基体の地肌表面を露出する工程
を行うための装置から、該露出された表面に熱酸化膜の
形成を行うための装置へ該半導体基体を搬送するための
第２の搬送手段、または基体上に形成された金属配線表
面を露出する工程を行うための装置から、該金属配線表
面に導電性薄膜を形成するための装置へ該基体を搬送す
るための第３の搬送手段のうちの少なくとも一つの搬送
手段が、水分濃度が１０ｐｐｂ以下のガス雰囲気に保持
されるように構成したことを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項２】 ＲＩＥ装置２、ウェットクリーニング装
置、酸化装置４、導電性膜成膜装置をトンネル１で連結
し、トンネル１を大気とは遮断するとともに、該トンネ
ル内１に水分濃度が１０ｐｐｂ以下のガスを流入せしめ
る構造を有することを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項３】 前記ガスは空気であることを特徴とする
請求項１又は２記載の薄膜形成装置。 - 【請求項４】 前記ガスは不活性ガスであることを特徴
とする請求項１又は２記載の薄膜形成装置。 - 【請求項５】 前記搬送手段の少なくとも一つの搬送手
段は、基体にガス噴射することにより該基体を浮上させ
て基体の搬送を行い得るように構成されたことを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薄膜形成装
置。 - 【請求項６】 前記半導体基体の地肌表面を露出する工
程は、絶縁膜ないしレジスト膜で覆われた半導体基体表
面に形成されたＮ+領域の表面を露出する工程であるこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
薄膜形成装置。 - 【請求項７】 前記Ｎ+領域は、ＭＯＳトランジスタの
ソース・ドレイン領域叉は、バイポーラトランジスタの
エミッタ領域であることを特徴とする請求項６記載の薄
膜形成装置。
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