JPH02257619A - 連続処理方法および連続処理装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体製造工程における連続処理方法および
連続処理装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体製造工程における連続処理方法および
連続処理装置に関し、更に詳しくは、基体に対して、室
温以下での低温処理と、光処理とを、基体を大気に露出
させることなく連続して行うことを特徴とする、連続処
理方法および連続処理装置に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ等の半導体装置の製造工程において、近年低温Ｃ
ＶＤ、低温ＲＩＥ　（反応性イオンエツチング）等、半
導体基体を例えば室温以下−１９６℃程度に迄冷却して
低温処理を行う技術が注目を集めている。

この理由は、たとえば低温ＣＶＤにおいては、半導体基
体表面に反応種が液相となって凝縮し、アスペクト比の
大きな溝や接続孔環の凹部の底から順次膜の堆積が進む
ために、段差被覆特性に優れた堆積膜が形成されるから
である。

また同じく低温ＲＩＥにおいては、前記凹部の側壁では
等方性エツチング成分であるラジカルの反応が低温のた
め起こらず、一方底面すなわぢイオン照射面ではイオン
衝撃で温度が上昇するためエツチングが進行し、異方性
の大きなエツチングが可能となる。また前述のようにラ
ジカルの影響が少ないので、イオンエネルギーを小さく
することが可能で、イオンが半導体基体に与える損傷が
小さいという特徴があるからである。

ところで、このような低温処理においては、基体は例え
ば−ｉｏｏ　’ｃという室温以下の低温に冷却されるの
で、処理後に低温処理装置から取り出すと、基体表面に
大気中の水蒸気が凝縮して結露を生ずるという問題があ
った。この問題は、高品位の半導体装置を製造する上で
障害となり、製品の歩留まりを低下させるので、低温処
理の実用化に際してネックとなっていた。

そこで、例えば特開昭６３−６０５２９号公報には、低
温ＲＩＥを終えた基体を昇温室に移送し、光照射により
基体を室温より高温の、例えば５０°Ｃまで加熱した後
に大気中に取り出し、基体表面への結露を回避する方法
が記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した昇温室を別途設ける方法によれば、基体表面に
結露が生ずる惧れはない、しかし、昇温室外に基体をと
りだし、次の処理工程に入る間に基体表面に自然酸化膜
が形成されたり、更には基体表面に改めて洗浄を必要と
するようなコンタミネーションが発生する場合があった
。

また、基体の加熱のためだけに基体の移送手段や昇温室
を新たに設けることも、設備投資の効率上好ましいこと
とはいえない。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明は、基体に対して低温処理と光処理とを、基体を
大気に露出させることな（、連続的に施すことを特徴と
する連続処理方法を提供するものである。また更に本発
明は、前記連続処理方法を可能とする、低温処理装置と
光処理装置を具備したことを特徴とする連続処理装置を
提供するものである。

本発明における低温処理とは、室温以下、液体窒素温度
である一１９６°Ｃ程度に迄基体を冷却して行われる低
温ＣＶＤや低温ＲＩＥ等の処理を意味し、同じく光処理
とは、光照射により反応ガスや基体を励起したり昇温す
ることにより行われる光ＣＶＤ、光励起エツチング、レ
ーザエツチング、レーザアニールあるいは光アッシング
等の各処理を意味する。

本発明による連続処理方法においては、基体は例えば低
温処理の次に光処理を行って大気中に取り出すのが基本
型であるが、光処理→低温処理→光処理のごとく、往復
の処理をして大気中に取り出してもよく、また一つの装
置の中で複数個の処理を連続して行うことも可能である
。要は基体を最終的に装置外部の大気中へ取り出す時は
、光処理を終えた段階で取り出すようにすればよい。

また本発明における連続処理装置は、低温処理装置と光
処理装置とが例えばゲートパルプ等により連結され、再
装置間を基体が大気に露出することなく移送される機能
を有するものである。

〔作用〕

低温処理を終えた冷却されたままの基体は、連続的に光
処理することによって、効率的な急速加熱が行われると
共に光ＣＶＤや光エッチング等の処理が施され、室温以
上に昇温された状態で大気中へ取り出されるので、基体
表面への結露の惧れがない。

低温処理と光処理とは連続して施されるので、処理工程
間で基体が大気に露出することがなく、自然酸化膜の生
成やコンタミネーションの発生がなくなり、半導体装置
の品質が向上する。

本発明による連続処理装置は、低温処理装置と光処理装
置を具備しているので、従来例のごとく加熱の目的だけ
のために昇温室を改めて設ける必要がない。また、各装
置間の基体の輸送や、装置への基体の供給準備等のロス
タイムが削減でき、装置の実効スルーブツトが向上する
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

１箱舅土 第１図は、本発明の第１の実施例による連続処理装置の
模式的縦断゛面図である。

同図において、１は専ら低温ＣＶＤを行うための低温処
理装置であり、半導体基体２は冷却ヘッド３上に密着す
るように載置され、例えば−１９６”ｃ　−ｏ℃程度の
温度範囲内の所望の温度に冷却される構造となっている
。第１のガス導入孔７より導入される反応ガスは、例え
ば２．４５ＧＨ２のマイクロ波電源４およびマグネトロ
ン発振管５により励起されてプラズマとなり、石英管６
を経由して低温処理装置１のチャンバ内部に達する。８
は第２のガス導入孔であり、低温ＣＶＤによる堆積膜の
種類にもよるが、ここから必要に応じて第２の反応ガス
を低温処理１のチャンバ内部に導く。９は第１の排気口
であり、図示せざる真空ポンプにより低温処理装置ｌの
チャンバ内を排気して所定の圧力に保持する。

一方、１１は専ら光ＣＶＤを行うための光処理装置であ
り、半導体基体２はサセプタ１２．七に載置され、光処
理が施される。サセプタ１２は、例えば炭素や炭化ケイ
素等の材料により構成され、内部にヒータ等の加熱装置
を内蔵させることも可能である。１３はハロゲンランプ
であり、ミラー１９および例えば透明な合成石英よりな
る光照射窓１４を介して、基体２を例えば数百°Ｃ前後
の、光ＣＶＤを行うための所望の温度に昇温する。なお
、基体２の温度を検出し、制御するための熱電対や温度
コントローラ等の装置は、第１図では省略しである。

また別の光処理用の光源である、例えば低圧水銀ランプ
等のＵＶ光源１８が、光照射窓１４を介して基体２を直
接臨む位置に配置されている。ＵＶ光源１８を使用する
場合には、ミラー１９は例えば１９ａの位置に移動して
、ＵＶ光の照射の妨害とならないように構成されている
。光ＣＶＤ用の反応ガスは、第３のガス導入孔１５より
光処理装置のチャンバ内部に導かれる。同チャンバ内の
圧力は、図示せざる他の真空ポンプにより第２の排気孔
１６を介して所定の圧力に保たれる。

基体２は同じく図示せざる移送手段により、例えばゲー
トバルブ１０を通過して低温処理装置１と光処理装置１
１との間を大気に露出させることなく移送することが可
能なように構成されている。

以上のごとく構成された連続処理装置において、本実施
例では一例として半導体等の基体上に形成された例えば
多結晶アルミニウム（ｐ−ＡＩ）よりなる、段差や溝を
有する配線層の上に平坦化層間絶縁膜を形成する連続処
理方法について説明する。

第２図は本発明の第１の実施例による連続処理方法の工
程を示す断面図である。同図ａにおいて、２１はｐ−＾
ｌ配線層であり、半導体等の基体２上に単独であるいは
複数個が隣接して配置されており、段差や深い溝が形成
されている。この基体２を前記した連続処理装置の光処
理装置１１のサセプタ１２上に載置し、ハロゲンランプ
１３の光をミラー１９および光照射窓１４を介して照射
し、基体温度を光ＣＶＤを施すための温度である、例え
ば３００°Ｃに昇温する。次にミラー１９を１９ａの位
置に移し、１８５０−のバンドパスフィルタを装着した
例えば低圧水銀ランプによるＵ　Ｖ光源１８により光照
射窓１４を介して基体２を光照射する。第３のガス導入
孔１５よりソースガスとしてシラン（ＳｉＨａ）　５　
ｓｃｃｒｍおよび亜酸化窒素（ＮｚＯ）　１０１００５
ｃを導入し、光処理装置１１のチャンバ内圧力が１０Ｔ
ｏｒｒとなるように真空ポンプにより減圧排気する０以
上により酸化シリコン（ＳｉＯ□）からなる光ＣＶＤに
よる第１の絶縁膜２２を第２図すのごと＜　１００ｎｓ
＋の厚さで堆積する。

次に、基体２は大気に露出することなくゲートパルプｌ
Ｏを経由して、低温処理装置１に移送し、冷却ヘッド３
上に載置する。基体温度を一５０゛Ｃに冷却した後、第
１のガス導入孔７より酸素（０□）ガス２００ｓｅｃｍ
を導入し、マイクロ波電源４およびマグネトロン発振管
５により２．４５ＧＨ２のマイクロ波を印加してプラズ
マ化し活性酸素（０）を生成させ、石英管６を経由して
低温処理装置１のチャンバ内へ導入する。

一方、第２のガス導入孔８からは、例えばテトラメチル
シラン（ＴＭＳ）　１０１０５ｅを導入し、チャンバ内
圧力がＩ　Ｔｏｒｒとなるように、第１の排気孔より真
空ポンプにより減圧排気する。ＴＭＳは活性酸素により
チャンバ内で基体２上に液相となって凝縮する。気相中
の活性酸素は凝縮しだ液相中に溶解して酸化反応を進行
させ、最終的には固相の酸化シリコンとなって第２図Ｃ
のごとく低温ＣＶＤによる平坦化層間絶縁膜２３を形成
する。この低温ＣＶＤによる平坦化層間絶縁膜２３の平
坦部における膜厚は、例えば８００ｎａ＋であり、デボ
ジシゴンレートは同じく平坦部で４００ｎｍ／分であっ
た。

次に低温ＣＶＤを終えた基体２をもう一度ゲートバルブ
１０を経由して大気に露出させることなく光処理装置に
移送し、サセプタ１２上に載置する。

なお、当然のことながら基体２」二に水蒸気が結露した
り、コンタミネーシチンが生ずることはなかった。この
基体２をハロゲンランプ１３により、ミラーおよび光照
射窓１４を介して、光ＣＶＤを施すための温度である例
えば３００°Ｃに昇温する。次にミラー１９を１９ａの
位置に移し、１８５ｎａ＋のバンドパスフィルタを装着
した例えば低圧水銀ランプによるＵＶ光源１８により、
光照射窓１４を介して基体２を光照射する。第３のガス
導入孔１５よりソースガスとして５ｉＨａ　５　ｓｅｃ
ｍとＮｚＯ１０１００５ｅを導入し、光処理装置１１の
チャンバ内圧力が１０Ｔｏｒｒとなるように、第２の排
気孔１６を経由して真空ポンプにより減圧排気する。こ
れにより第２図ｄのごとく、酸化シリコンからなる光Ｃ
ＶＤによる第２の絶縁膜２４を１００ｎ＋ｍの厚さに堆
積する。

以上により、段差や溝を有するｐ−ＡＩ配線層上への信
軌性の高い平坦化眉間絶縁膜が低温処理と光処理とを連
続的に施すことにより形成された。

なお、本実施例による連続処理方法において、最初に光
ＣＶＤによる第１の絶縁膜２２を１１００ｎの厚さに形
成したのは、引き続く低温処理においてプラズマによる
基体２の損傷の懸念を取り除くためである。また同じく
最後に光ＣＶＤによる第２の絶縁膜２４をＮｏｏｎｓの
厚さに形成したのは、段差被覆特性に優れるものの膜質
がやや不安定な低温ＣＶＤによる堆積膜を、より高品位
の膜質を有すると考えられる光ＣＶＤによる堆積膜によ
り被覆して、信顛性をさらに高めるためである。

ス】１１４ 第３図は本発明の第２の実施例による連続処理装置の模
式的縦断面図である。同図においては、第１図に示した
ものと同様の、あるいは類似の機能を持つ部分には、同
じ名称と番号を付しである。

第３図において、１は専ら低温ＲＩＥを行うための低温
処理装置であり、半導体基体２は冷却ヘッド３上に密着
載置され、例えば−１９６℃〜０℃程度の温度範囲内の
所望の温度に冷却される。第２のガス導入孔８より導入
されるエツチングガスは、例えば１３．５６ＭＨ２のＲ
Ｆ電源１７によりプラズマ化される。低温処理装置１の
チャンバ内圧力は、図示せざる真空ポンプにより、第１
の排気孔９を介して減圧排気され所定の圧力に保たれる
。

一方、ゲートバルブ１０および光処理装置１１の構成は
実施例１に準じている。

以上のごとく構成された連続処理装置において、本実施
例では一例としてＬ　Ｄ　Ｄ　（１，ｉｇｈｔｌｙ　Ｄ
ｏｐｅｄＤｒａｉｎ）構造におけるポリサイドゲート電
極を形成し、次に同電極のサイドウオールのスペーサ用
絶縁膜を形成する連続処理方法について述べる。

第４図は本発明の第２の実施例による連続処理方法の工
程を示す断面である。第４図ａにおいて、基体２上には
例えば通常の減圧ＣＶＤ方で形成したリン（Ｐ）添加に
よるｎ３−ポリシリコン３１およびタングステンシリサ
イド（ＷＳｉｚ）３２がこの順に各々１１００ｎの厚さ
に形成されており、さらにこの上にポジ形フォトレジス
ト（ＰＲ）　３３による電極パターンが残されている。

この基体２を低温処理袋Ｚｘの冷却ヘッド３上に密着す
るように載置し、１２０℃に冷却する。

第２のガス導入孔８からは、エツチングガスとして六フ
ッ化イオウｃｓｐａ）を５０ｓｃｅ＋ｎ導入し、真空ポ
ンプにより第１の排気孔９を経由して減圧排気し、低温
処理装置１のチャンバ内圧力を６．７Ｐａに保つ。同時
に旺電源１７より１３．５６Ｍ）ｌｚの高周波を印加し
てエツチングガスをプラズマ化する。印加高周波電力は
、例えば０．１Ｗ／ｃｍ２の面密度とする。以上の処理
条件により、ｎｏ−ポリシリコン３１およびタングステ
ンシリサイド３２とを異方性低温ＲＩ已により電極パタ
ーン通りに残す。なお、形成された電極のエツチングプ
ロファイルは、テーバ化したりアンダカットが入ること
がなく、低温ＲＩＥの特徴を生かした矩形の形状であっ
た。

低温ＲＩＥを終えた基体２は、基体を大気に露出させる
ことなくゲートバルブ１０を介して、予め減圧しておい
た光処理装置１１に移送し、サセプタ１２上に載置する
。当然のことながら、基体」二には大気中の水蒸気が結
露することはなかった。この基体２をハロゲンランプ１
３により、ミラーおよび光照射窓１４を介して、光アッ
シングを施すための温度である２００°Ｃに昇温する。

次にミラー１９を１９８の位置に移し、１８５ｎｍのバ
ンドパスフィルタを装着した例えば低圧水銀ランプによ
るＵＶ光源１８により、光照射窓１４を介して基体２を
光照射する。

酸素（０□）ガスを第３のガス導入孔１５より導入し、
真空ポンプにより第２の排気孔１６を経由して排気して
光処理装置１１のチャンバ内圧力を１０’Ｐａにコント
ロールする。この光照射により、ポジ型フォトレジスト
３３は光アッシングされて除去され、ｎ４−ポリシリコ
ン３１およびタングステンシリサイド３２によるポリサ
イドゲート電極が第４図Ｃのごとく露出する。

次に同じ光処理装置内で、光ＣＶＤにより例えば酸化シ
リコン（ＳｉＯ□）からなる絶縁膜３４を第４図ｄのよ
うに形成する。この形成条件としては、光処理用光源を
再びハロゲンランプ１３に切り替え、ミラー１９と光照
射窓１４を介して基体２を照射し、基体温度を３００℃
に昇温する。次にミラー１９を１９ａの位置に再び移し
、１８５ｒｖのバンドパスフィルタを装着した例えば低
圧水銀ランプによるＵＶ光源１８により、光照射窓１４
を介して基体２を光照射する。第３のガス導入孔１５よ
りソースガスとして５ｉＨａ　５５ｃｃ−とＮｚ０１０
１００５ｅとを導入し、光処理装置ｌｌのチャンバ内圧
力が１０Ｔｏｒｒとなるように真空ポンプにより第２の
排気孔１６を経由して減圧排気する。以上により５ｉＯ
１による絶縁膜３４を３００ｎｎｉの厚さで形成する。

この絶縁膜３４を、後の工程でエッチバックすることに
より、ＬＤＤ構造におけるポリサイドゲート電極のサイ
ドウオールのスペーサが形成されるのである。

以上、本発明の実施例について２種類の連続処理装置と
連続処理方法について詳述したが、本発明の趣旨とする
ところは、半導体装置等の製造工程において、低温ＣＶ
Ｄや低温ＲＩＥ等の低温処理と、光ＣＶＤや光励起エツ
チング、レーザエツチング、レーザアニール、さらには
光アッシング等の光処理とを連続的に、じかも基体を大
気に露出することなく施すことにある。従って、工程の
目的に応じて各処理装置の構成が若干ずつ異なってくる
ことは当然であり、例えば低温処理では反応ガスをプラ
ズマとする方法は、実施例に記したマイクロ波やＲＦに
よる他に、他の種類の電磁波を用いることも可能である
。プラズマは、低温処理装置のチャンバ内で発生させて
もよいし、チャンバ外部のプラズマ発生手段により発生
させてチャンバ内へ送入してもよい。

また、光処理装置における光源は、本実施例に述べたハ
ロゲンランプや低圧水銀ランプの他に、重水素ランプ、
エキシマレーザ、さらには炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレー
ザ等が目的に応じて適宜選択して用いられる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば、半導体装置等の
製造工程における従来の低温処理の実用化の妨げとなっ
ていた、基体表面への結露の問題やこれに起因する製品
の歩留まりの悪化が回避される。また結露を避けるため
だけに基体加熱用の昇温室を別途設けていた従来技術の
非効率な一面も解決される。

低温処理および光処理の各要素処理工程を個別に行って
いた場合における基体表面の自然酸化膜やコンタミネー
ションの生成の問題もなくなる。

本発明による連続処理装置は、低温処理装置と、急速な
昇温が特徴の一つである光処理装置を連続化することに
より、従来の低温処理装置の欠点を補完することが可能
となり、装置の実効スループットが向上するなど、半導
体装置等の製造工程に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による連続処理装置の模
式的縦断面図であり、第２図は本発明の第１の実施例に
よる連続処理方法の工程を示す断面図、第３図は本発明
の第２の実施例による連続処理装置の模式的縦断面図、
そして第４図は本発明の第２の実施例による連続処理方
法の工程を示す断面図である。 Ｉ・−・・−・−一−−−−低温処理装置２−−−−−
−−−−・・・・−基体 ３−・−−−−−一・−一一−−−冷却ヘッド４−・−
−−−一−−−−−−・−・マイクロ波電源５−・・−
・−・−・−マグネトロン発振器６−−−−−−・−・
・−・−石英管 ７−一−−−・−・−−−一−−・第１のガス導入孔８
・−一−−−−−−−−−−−−第２のガス導入孔１０
−・−−−−一・−・−・−ゲートバルブ１ｔ−−−−
−−−・・−一一一−−光処理装置１２−一一一一　　
サセプタ １３−・・−・−・−・ハロゲンランプ１４−−−−−
−一光照射窓 １５−・−・−−−−−−一第３のガス導入孔１７−−
−−−−−−−−−−−−−ＲＦ電源１８−・−・−・
・・−・−・ＵＶ光源１９−　・−・−一〜−−−・・
ミラー２１−・・−−−〜−−−−・−ｐ−ＡＩ配線層
２２−・−−ｍ−−・−−−−−・−光ＣＶＤによる第
１の絶縁膜２３−・・−一−−−−−・−低温ＣＶＤに
よる平坦化層間絶縁膜２４・・・・・−・−・−・・−
光ＣＶＤによる第２の絶縁膜３１−・−−−−−−−−
−−−ｎ　”−ポリシリコン３２−・−・−−−一一一
一タングステンシリサイド３３−・・・−−−−−−・
−ポジ型フォトレジスト３４−−−−−・−一−−−・
−絶縁膜第１図 第２回 本発明の第２の実施例にぼろ 連続処理茨！の模式、ｙ縦百面図 第３図 連践理方法の工程と示−を断面図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基体に対して低温処理と光処理とを、基体を大気に
   露出させることなく、連続的に行うことを特徴とする連
   続処理方法。 ２、低温処理装置と光処理装置とを具備したことを特徴
   とする、請求項１記載の連続処理方法を施すための連続
   処理装置。