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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-10-28
(45)【発行日】2022-11-08
(54)【発明の名称】半導体製造装置および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
C23C 16/44 20060101AFI20221031BHJP
H01L 21/285 20060101ALI20221031BHJP
H01L 27/11582 20170101ALI20221031BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20221031BHJP
H01L 29/788 20060101ALI20221031BHJP
H01L 29/792 20060101ALI20221031BHJP
C23C 16/14 20060101ALI20221031BHJP
【ＦＩ】
C23C16/44 J
H01L21/285 C
H01L21/285 301
H01L27/11582
H01L29/78 371
C23C16/14
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2019020713
(22)【出願日】2019-02-07
(65)【公開番号】P2020128567
(43)【公開日】2020-08-27
【審査請求日】2021-09-14
(73)【特許権者】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091982
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100105153
【弁理士】
【氏名又は名称】朝倉 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(74)【代理人】
【識別番号】100124372
【弁理士】
【氏名又は名称】山ノ井 傑
(72)【発明者】
【氏名】名取 克晃
(72)【発明者】
【氏名】豊田 啓
(72)【発明者】
【氏名】北村 政幸
(72)【発明者】
【氏名】別府 貴幸
【審査官】篠原 法子
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－０９４４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２２５４３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３０３６２０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－０３１７１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－３１１５７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－０６２５２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－０１７０７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２６０７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００８／００８７６３３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０６－１７７０８５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２３Ｃ １６／００ －１６／５６
Ｈ０１Ｌ ２１／２８ －２１／２８８
Ｈ０１Ｌ ２１／４４ －２１／４４５
Ｈ０１Ｌ ２９／４０ －２９／５１
Ｈ０１Ｌ ２１／３０２
Ｈ０１Ｌ ２１／４６１
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３６５
Ｈ０１Ｌ ２１／４６９
Ｈ０１Ｌ ２１／８６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を収容部内に収容し、モリブデンを含む第１ガスを前記収容部内に供給して、前記基板に、モリブデンを含む膜を形成し、
前記膜が形成された前記基板が前記収容部から搬出された後に、塩素を含む第２ガスと、Ｈ ２ ガスまたはＯ ２ ガス（Ｈは水素を表し、Ｏは酸素を表す）と、を含む混合ガスを前記収容部内に供給して、前記収容部内の表面に付着したモリブデンを除去する、
ことを含む半導体装置の製造方法。
【請求項2】
前記第２ガスの蒸気圧は、１５０℃で１０ｔｏｒｒ以上である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項3】
前記第２ガスは、Ｃｌ２ガスまたはＨＣｌガス（Ｃｌは塩素を表し、Ｈは水素を表す）を含む、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項4】
前記混合ガス中の前記Ｏ２ガスの割合は、５０％以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記混合ガス中の前記Ｈ２ガスの割合は、１％以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記収容部内に前記第２ガスが供給される際に、前記収容部を構成する部材、前記収容部内の空間、前記収容部内の部品、および前記収容部からガスを排出する配管の少なくともいずれかを５０℃以上に加熱することをさらに含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項7】
前記基板上に複数の第１層と複数の第２層とを交互に形成し、前記第１層を除去して前記第２層間に複数のホールを形成する、
ことを含み、
前記膜は、前記複数のホール内に形成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項8】
基板を収容する収容部と、モリブデンを含む第１ガスを前記収容部内に供給して、前記基板に、モリブデンを含む膜を形成する第１ガス供給部と、
前記膜が形成された前記基板が前記収容部から搬出された後に、塩素を含む第２ガスと、Ｈ ２ ガスまたはＯ ２ ガス（Ｈは水素を表し、Ｏは酸素を表す）と、を含む混合ガスを前記収容部内に供給して、前記収容部内の表面に付着したモリブデンを除去する第２ガス供給部と、
を備える半導体製造装置。
【請求項9】
前記収容部を構成する部材、前記収容部内の空間、前記収容部内の部品、および前記収容部からガスを排出する配管の少なくともいずれかを加熱する加熱器と、前記収容部内に前記第２ガスが供給される際に、前記部材、前記空間、前記部品、および前記配管の少なくともいずれかを５０℃以上に加熱するよう前記加熱器を制御する制御部と、
をさらに備える請求項８に記載の半導体製造装置。
【請求項10】
前記第２ガス供給部は、前記第２ガスの流量を制御する流量制御器を備える、請求項８または９に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
モリブデンを用いて基板上に金属層を形成する場合に、半導体製造装置の内壁や半導体製造装置内の部品などにモリブデンが付着することが問題となる。このようなモリブデンは、基板上にパーティクルが付着する原因となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【文献】Noboru Yoshikawa and Atsushi Kikuchi, “Chemical Vapour Deposition Rate of Mo Film in Horizontal Tubular Reactor”, Materials Transactions, JIM, Vol.38, No.4(1997), pp.292-298
【文献】Korolev et al., “REDUCTION OF MOLYBDENUM HEXAFLUORIDE ON THE INTERNAL SURFACE OF TUBES”, Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Metally; ISSN 0568-0503; no.6; p.16-22
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
モリブデンの付着による問題を抑制することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一の実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、基板を収容部内に収容することを含む。さらに、前記方法は、モリブデンを含む第１ガスを前記収容部内に供給して、前記基板に、モリブデンを含む膜を形成することを含む。さらに、前記方法は、前記膜が形成された前記基板が前記収容部から搬出された後に、塩素を含む第２ガスを前記収容部内に供給して、前記収容部内の表面に付着したモリブデンを除去することを含む。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】第１実施形態の半導体製造装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図2】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(1/10)である。
【図3】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(2/10)である。
【図4】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(3/10)である。
【図5】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(4/10)である。
【図6】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(5/10)である。
【図7】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(6/10)である。
【図8】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(7/10)である。
【図9】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(8/10)である。
【図10】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(9/10)である。
【図11】第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図(10/10)である。
【図12】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するためのグラフである。
【図13】第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための別のグラフである。
【図14】第２実施形態の半導体製造装置の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
【0008】
【0009】
図１の半導体製造装置は、ＣＶＤチャンバ１１と、ウェハステージ１２と、シャワーヘッド１３と、ガス導入配管１４と、複数のガス供給源１５と、複数のＭＦＣ（Mass Flow Controller）１６と、ＲＦ（Radio Frequency）電源１７と、ガス排出配管１８と、制御部１９とを備えている。ＣＶＤチャンバ１１は、収容部の例である。
【0010】
ＣＶＤチャンバ１１、ウェハステージ１２、およびシャワーヘッド１３はそれぞれ、加熱器１１ａ、１２ａ、１３ａを含んでいる。複数のガス供給源１５は、成膜ガス用のガス供給源１５ａ、１５ｂと、清掃ガス用のガス供給源１５ｃ、１５ｄとを含んでいる。複数のＭＦＣ１６は、成膜ガス用のＭＦＣ１６ａ、１６ｂと、清掃ガス用のＭＦＣ１６ｃ、１６ｄとを含んでいる。これらのガス供給源１５とＭＦＣ１６のうち、ガス供給源１５ａとＭＦＣ１６ａは第１ガス供給部の例であり、ガス供給源１５ｃとＭＦＣ１６ｃは第２ガス供給部の例である。
【0011】
ＣＶＤチャンバ１１は、ウェハ（基板）Ｗを収容する。ウェハステージ１２は、ＣＶＤチャンバ１１内のウェハＷを支持し回転させる。加熱器１１ａは、ＣＶＤチャンバ１１の内壁や、ＣＶＤチャンバ１１内の空間を加熱するために使用される。ＣＶＤチャンバ１１の内壁は、収容部を構成する部材の例である。加熱器１１ａはさらに、ガス排出配管１８を加熱するよう機能してもよい。加熱器１２ａは、ウェハステージ１２そのものや、ウェハステージ１２上のウェハＷを加熱するために使用される。ウェハステージ１２は、収容部内の部品の例である。
【0012】
図１は、ウェハＷの表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウェハＷの表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、－Ｚ方向を下方向として取り扱う。－Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向とは一致していなくてもよい。
【0013】
シャワーヘッド１３は、ＣＶＤチャンバ１１内に設けられており、ガス導入配管１４からのガスをＣＶＤチャンバ１１内に供給する。ウェハステージ１２とシャワーヘッド１３は、ＣＶＤチャンバ１１内のガスに電圧を印加するための下部電極と上部電極としても機能する。加熱器１３ａは、シャワーヘッド１３を加熱するために使用される。シャワーヘッド１３は、収容部内の部品の例である。
【0014】
ガス供給源１５ａ、１５ｂは、ＣＶＤチャンバ１１内にガス導入配管１４を介して成膜ガスを供給する。具体的には、ガス供給源１５ａは、モリブデンを含む第１ガス、例えばＭｏＦ６ガス、ＭｏＣｌ５ガス、またはＭｏ（ＣＯ）６ガスを供給する（Ｍｏ、Ｆ、Ｃｌ、Ｃ、Ｏはそれぞれモリブデン、塩素、フッ素、炭素、酸素を表す）。また、ガス供給源１５ｂは、その他のガス、例えばＨ２ガスを供給する（Ｈは水素を表す）。ガス供給源１５ａ、１５ｂの各々は例えば、ガスタンクと、ガスタンクに関連する機器により構成されている。
【0015】
ガス供給源１５ａ、１５ｂがＣＶＤチャンバ１１内にＭｏＦ６ガスとＨ２ガスとを供給すると、ＭｏＦ６ガスとＨ２ガスとが反応して、ウェハＷ上に金属層としてＭｏ膜が形成される。この際、Ｍｏ膜が、ＣＶＤチャンバ１１の内壁の表面や、ＣＶＤチャンバ１１内の部品（例えばウェハステージ１２やシャワーヘッド１３）の表面にも付着してしまう。さらには、これらのガスの残留物や反応生成物をＣＶＤチャンバ１１からガス排出配管１８に排出すると、Ｍｏ膜がガス排出配管１８の表面にも付着してしまう。
【0016】
ガス供給源１５ｃ、１５ｄは、ＣＶＤチャンバ１１内にガス導入配管１４を介して清掃ガスを供給する。具体的には、ガス供給源１５ｃは、塩素を含む第２ガス、例えばＣｌ２ガスを供給する。第２ガスの蒸気圧は、１５０℃で１０ｔｏｒｒ以上であることが望ましい。第２ガスは、ＨＣｌガスとしてもよい。また、ガス供給源１５ｄは、その他のガス、例えばＨ２ガスおよびＯ２ガスの少なくともいずれかを供給する。ガス供給源１５ｃ、１５ｄの各々は例えば、ガスタンクと、ガスタンクに関連する機器により構成されている。なお、ガス供給源１５ｂとガス供給源１５ｄは、Ｈ２ガス源として別々のガス源を備えていてもよいし、Ｈ２ガス源として同じガス源を備えていてもよい。
【0017】
ガス供給源１５ｃ、１５ｄは、Ｍｏ膜が形成されたウェハＷがＣＶＤチャンバ１１から搬出された後に、Ｃｌ２ガスと、Ｈ２ガスおよびＯ２ガスの少なくともいずれかとを含む混合ガスをＣＶＤチャンバ１１内に供給する。その結果、ＣＶＤチャンバ１１の内壁等に付着したＭｏ膜がＣｌ２ガスと反応してモリブデン塩化物となり、ＣＶＤチャンバ１１の内壁等からＭｏ膜が除去される。このようにして、本実施形態の半導体製造装置の清掃が行われる。なお、これらのガスの残留物や反応生成物をＣＶＤチャンバ１１からガス排出配管１８に排出する際に、ガス排出配管１８の表面からもＭｏ膜が除去される。
【0018】
なお、Ｃｌ２ガスに添加されたＨ２ガスは、Ｍｏ膜とＣｌ２ガスとの反応を促進させることができる。上記の混合ガス中のＨ２ガスの割合（分圧比）は、１％以下とすることが望ましい。また、Ｃｌ２ガスに添加されたＯ２ガスは、この反応の反応生成物の蒸気圧を上げることができる。上記の混合ガス中のＯ２ガスの割合（分圧比）は、５０％以下とすることが望ましい。これらのＨ２ガスおよびＯ２ガスの詳細については後述する。
【0019】
ＭＦＣ１６ａ～１６ｄはそれぞれ、ガス供給源１５ａ～１５ｄからのガスの流量を制御する。これにより、これらのガスの流量や、これらのガスのＣＶＤチャンバ１１内での圧力を制御することが可能となる。ＭＦＣ１６ａ～１６ｄはそれぞれ、ガス供給源１５ａ～１５ｄからのガスの種類に適した構成とすることが望ましい。例えば、ＭＦＣ１６ｃはガス供給源１５ｃからＣｌ２ガスを受け取るため、ＭＦＣ１６ｃやその付近の配管は、Ｃｌ２ガスに耐性のある素材で構成することが望ましい。
【0020】
ＲＦ電源１７は、下部電極（ウェハステージ１２）と上部電極（シャワーヘッド１３）との間に高周波電力を印加する。これにより、ＣＶＤチャンバ１１内のガスに電圧が印加される。例えば、半導体製造装置の清掃時に上記の混合ガスに電圧が印加されると、Ｍｏ膜とＣｌ２ガスとの反応が促進される。
【0021】
ガス排出配管１８は、ＣＶＤチャンバ１１からガスを排出するために使用される。上述のように、ガス排出配管１８は例えば、ウェハＷ上にＭｏ膜を形成した後や、半導体製造装置を清掃した後に使用される。
【0022】
制御部１９は、半導体製造装置の種々の動作を制御する。制御部１９の例は、プロセッサ、電気回路、ＰＣ（Personal Computer）などである。制御部１９は例えば、ＣＶＤチャンバ１１へのウェハＷの搬入、ＣＶＤチャンバ１１からのウェハＷの搬出、ウェハステージ１２の昇降や回転、ガス供給源１５からのガス供給、ＭＦＣ１６の動作、ＲＦ電源１７の動作などを制御する。
【0023】
制御部１９はさらに、半導体製造装置の清掃時に加熱器１１ａ、１２ａ、１３ａの動作を制御する。具体的には、制御部１９は、ＣＶＤチャンバ１１の内壁や、ＣＶＤチャンバ１１内の空間や、ウェハステージ１２、シャワーヘッド１３、およびガス排出配管１８を５０℃以上に加熱するよう加熱器１１ａ、１２ａ、１３ａを制御する。これにより、モリブデン塩化物が再びＣＶＤチャンバ１１の内壁等に付着することを抑制することが可能となる。これらの加熱の詳細については後述する。
【0024】
【0025】
まず、基板１００内に、選択トランジスタに接続される拡散層１０１を形成し、基板１００上に層間絶縁膜１０２を形成し、層間絶縁膜１０２上に複数の犠牲層１０３と複数の絶縁層１０４とを交互に積層する（図２）。基板１００は、例えばＳｉ（シリコン）基板等の半導体基板であり、上述のウェハＷに相当する。層間絶縁膜１０２は、例えばＳｉＯ２膜である。犠牲層１０３は例えば、ＣＶＤにより形成されたＳｉＮ膜であり、３０ｎｍの膜厚を有する（Ｎは窒素を表す）。犠牲層１０３の層数は、例えば２４層である。絶縁層１０４は例えば、ＣＶＤにより形成されたＳｉＯ２膜であり、３０ｎｍの膜厚を有する。絶縁層１０４の層数は、例えば２４層である。犠牲層１０３および絶縁層１０４は、メモリセルを形成するために使用される。犠牲層１０３および絶縁層１０４はそれぞれ、第１層および第２層の例である。
【0026】
次に、犠牲層１０３および絶縁層１０４内にメモリホール１０５を形成する（図３）。メモリホール１０５は例えば、８０ｎｍの直径を有し、リソグラフィにより形成される。
【0027】
次に、メモリホール１０５内の犠牲層１０３および絶縁層１０４の表面に、ブロック絶縁膜１０６、電荷蓄積層１０７、トンネル絶縁膜１０８、チャネル半導体層１０９、および側壁絶縁膜１１０を順に形成する（図４）。ブロック絶縁膜１０６は例えば、１５ｎｍの膜厚を有するＡｌ２Ｏ３膜（アルミニウム酸化膜）であり、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）およびＯ３を用いて形成される。電荷蓄積層１０７は例えば、５ｎｍの膜厚を有するＳｉＮ膜であり、３ＤＭＡＳ（Tris(dimethylamido)silane）およびＮＨ３を用いて形成される。トンネル絶縁膜１０８は例えば、８ｎｍの膜厚を有するＳｉＯ２膜であり、３ＤＭＡＳおよびＯ３を用いて形成される。ブロック絶縁膜１０６、電荷蓄積層１０７、およびトンネル絶縁膜１０８は、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）により形成される。チャネル半導体層１０９は例えば、５ｎｍの膜厚を有するポリシリコン層である。側壁絶縁膜１１０は例えば、５ｎｍの膜厚を有するＳｉＯ２膜である。
【0028】
次に、側壁絶縁膜１１０をマスクとするＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、側壁絶縁膜１１０、チャネル半導体層１０９、トンネル絶縁膜１０８、電荷蓄積層１０７、ブロック絶縁膜１０６、および層間絶縁膜１０２を貫通するコンタクトホール１１１を形成する（図５）。その結果、コンタクトホール１１１内に拡散層１０１が露出する。
【0029】
次に、選択的ＲＩＥにより側壁絶縁膜１１０を除去した後、メモリホール１０５およびコンタクトホール１１１内のチャネル半導体層１０９、トンネル絶縁膜１０８、電荷蓄積層１０７、ブロック絶縁膜１０６、層間絶縁膜１０２、および拡散層１０１の表面に、さらなる半導体層１１２を形成する（図６）。半導体層１１２は例えば、５ｎｍの膜厚を有するポリシリコン層であり、コンタクトホール１１１を完全に埋め込むように形成される。コンタクトホール１１１内の半導体層１１２は、コンタクトプラグとして機能し、メモリホール１０５内の半導体層１１２は、チャネル半導体層１０９と共にチャネルとして機能する。
【0030】
次に、メモリホール１０５内の半導体層１１２の表面に、コア絶縁膜１１３を形成する（図７）。コア絶縁膜１１３は例えば、ＳｉＯ２膜であり、メモリホール１０５を完全に埋め込むように形成される。
【0031】
次に、リソグラフィおよびＲＩＥにより、犠牲層１０３および絶縁層１０４内にスリット１１４を形成する（図８）。
【0032】
次に、１５０℃に加熱したリン酸を用いたウェットエッチングにより、スリット１１４から犠牲層１０３を除去する（図９）。その結果、絶縁層１０４間に複数のホール１１５が形成される。
【0033】
次に、スリット１１４およびホール１１５内のブロック絶縁膜１０６、絶縁層１０４、および層間絶縁膜１０２の表面に、バリアメタル層１１６と電極材層１１７とを順に形成する（図１０）。バリアメタル層１１６は例えば、Ｔｉ（チタン）またはＴａ（タンタル）を含む金属層である。電極材層１１７は例えば、Ｍｏ膜であり、図１のＣＶＤチャンバ１１内でガス供給源１５ａ、１５ｂからのＭｏＦ６ガスとＨ２ガスとを用いて形成される。電極材層１１７は例えば、４５０℃で、３０ｎｍの膜厚を有するように形成される。
【0034】
次に、スリット１１４内の余剰のバリアメタル層１１６および電極材層１１７を除去した後、スリット１１４内に絶縁膜１１８を形成する（図１１）。絶縁膜１１８は例えば、ＳｉＯ２膜であり、スリット１１４を完全に埋め込むように形成される。このようにして、ＭＯＮＯＳ構造（電極材層１１７およびバリアメタル層１１６、ブロック絶縁膜１０６、電荷蓄積層１０７、トンネル絶縁膜１０８、チャネル半導体層１０９および半導体層１１２）の複数のメモリセルが形成される。
【0035】
その後、基板１００上に種々の配線層や層間絶縁膜が形成される。このようにして、本実施形態の半導体装置が製造される。
【0036】
なお、Ｈ２ガスを用いて電極材層１１７を形成する際には、Ｈ２ガスと同時にＣ２Ｈ２ガスまたはＳｉＨ４ガスを供給してもよい。また、電極材層１１７を形成する際には、ＭｏＦ６ガスの代わりにＭｏＣｌ５ガスまたはＭｏ（ＣＯ）６ガスを供給してもよい。
【0037】
以下、本実施形態の電極材層１１７の詳細を説明する。
【0038】
３次元半導体メモリの集積度を向上させるためには、例えば電極材層１１７を薄膜化する必要がある。しかしながら、電極材層１１７を薄膜化すると、電極材層１１７の抵抗が高くなることが問題となる。
【0039】
そこで、本実施形態では、電極材層１１７をＭｏ膜としている。これにより、電極材層１１７を薄膜化しても電極材層１１７の抵抗を低く抑えることが可能となる。しかしながら、電極材層１１７をＭｏ膜とすると、電極材層１１７を形成する際にＣＶＤチャンバ１１の内壁等にＭｏ膜が付着しやすい。この付着したＭｏ膜がその後に剥がれると、基板１００上にパーティクルが付着する原因となる。
【0040】
そこで、本実施形態では、基板１００上に電極材層１１７を形成して基板１００をＣＶＤチャンバ１１から取り出した後に、半導体製造装置の清掃を上述の方法で行う。以下、半導体製造装置の清掃の詳細を説明する。
【0041】
本実施形態の半導体製造装置を清掃する際には、ガス供給源１５ｃからＣＶＤチャンバ１１にＣｌ２ガスが供給される。本実施形態では、付着したＭｏ膜とＣｌ２ガスとの反応を促進するために、ＲＦ電源１７がシャワーヘッド１３に１００～１０００Ｗの高周波電力を印加する。その結果、ＣＶＤチャンバ１１内では、付着したＭｏ膜がＣｌ２ガスと反応してモリブデン塩化物のガスとなる。
【0042】
本実施形態では、モリブデン塩化物がＣＶＤチャンバ１１の内壁等に再付着することを防止するために、半導体製造装置の清掃中において、ＣＶＤチャンバ１１の内壁や、ＣＶＤチャンバ１１内の空間や、ウェハステージ１２、シャワーヘッド１３、およびガス排出配管１８を５０℃以上に加熱する。これにより、モリブデン塩化物の蒸気圧が上がり、ＣＶＤチャンバ１１の内壁等に再付着しにくくなる。
【0043】
例えば、ＣＶＤチャンバ１１の内壁や、ＣＶＤチャンバ１１内の空間は、加熱器１１ａにより５０℃～１００℃に加熱される。また、ウェハステージ１２は、加熱器１２ａにより３００℃～５００℃に加熱され、シャワーヘッド１３は、加熱器１３ａにより５０℃～１００℃に加熱され、ガス排出配管１８は、加熱器１１ａにより５０℃～１００℃に加熱される。加熱器１１ａ、１２ａ、１３ａの動作は、制御部１９により制御される。なお、基板１００上に電極材層１１７を形成する際の基板１００の温度は、加熱器１２ａにより例えば約６００℃に設定される。
【0044】
本実施形態では、付着したＭｏ膜を除去するためにＣｌ２ガス（第２ガス）が使用される。Ｃｌ２ガスなどの、塩素を含むガスには、一般に蒸気圧が高いという利点がある。これにより、Ｍｏ膜を除去しやすいという利点や、除去されたＭｏがＣＶＤチャンバ１１の内壁等に付着しにくいという利点を享受することが可能となる。本実施形態では、塩素を含むガスとして１５０℃で１０ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を有するガスを使用することが望ましい。本実施形態では、Ｃｌ２ガスの流量は５０ｓｃｃｍに調整され、ＣＶＤチャンバ１１内のＣｌ２ガスの圧力は１ｔｏｒｒに調整される。なお、本実施形態の第２ガスは塩素を含んでいるが、本実施形態の第１ガスは、ＭｏＣｌ５ガスのように塩素を含んでいてもよいし、ＭｏＦ６ガスやＭｏ（ＣＯ）６ガスのように塩素を含んでいなくてもよい。
【0045】
本実施形態の半導体製造装置を清掃する際には、Ｃｌ２ガスとＨ２ガスとを含む混合ガスをＣＶＤチャンバ１１に供給してもよい。これにより、Ｍｏ膜とＣｌ２ガスとの反応を促進させることが可能となる。ただし、Ｈ２ガスが多すぎると、Ｈ２ガスとＭｏ膜とが反応することや、Ｈ２ガスとＯ２ガスとが反応することが問題となり得るため、上記の混合ガス中のＨ２ガスの割合は１％以下とすることが望ましい。
【0046】
また、本実施形態の半導体製造装置を清掃する際には、Ｃｌ２ガスとＯ２ガスとを含む混合ガスをＣＶＤチャンバ１１に供給してもよい。これにより、Ｍｏ膜とＣｌ２ガスとの反応の反応生成物の蒸気圧を上げることが可能となる。ただし、Ｈ２ガスが多すぎると、モリブデン酸化物が生成されることが問題となり得るため、上記の混合ガス中のＯ２ガスの割合は５０％以下とすることが望ましい。
【0047】
なお、本実施形態の半導体製造装置の清掃は、１枚のウェハＷを処理するごとに行ってもよいし、複数枚のウェハＷを処理するごとに行ってもよい。
【0048】
図１２は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するためのグラフである。
【0049】
図１２は、ＭｏＣｌ５の蒸気圧曲線を示している。ＭｏＣｌ５の蒸気圧は、５０℃付近で約５ｔｏｒｒとなり、８０℃付近で約１０ｔｏｒｒとなることが分かる。
【0050】
上述のように、モリブデン塩化物のガスは、ＣＶＤチャンバ１１の内壁等に再付着する可能性がある。このような再付着を効果的に防止するためには、モリブデン塩化物のガスの蒸気圧を２～３ｔｏｒｒよりも高くすることが望ましく、例えば、５ｔｏｒｒ以上にすることが望ましい。
【0051】
ここで、モリブデン塩化物がＭｏＣｌ５の場合には、モリブデン塩化物の温度を５０℃以上にすれば、モリブデン塩化物の蒸気圧が５ｔｏｒｒ以上となる。そして、他のモリブデン塩化物も、ＭｏＣｌ５と近い蒸気圧を有する。よって、本実施形態の清掃中には、ＣＶＤチャンバ１１の内壁等の温度を５０℃以上に設定する。
【0052】
図１３は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための別のグラフである。
【0053】
【0054】
上述のように、本実施形態の半導体製造装置を清掃する際には、Ｃｌ２ガスとＯ２ガスとを含む混合ガスをＣＶＤチャンバ１１に供給してもよい。この際、Ｏ２の供給量が少ないとＭｏＯ２Ｃｌ２等が生成され、Ｏ２の供給量が多いとＭｏＯ２等が生成されると考えられる。前者の場合には、ＭｏＯ２Ｃｌ２の蒸気圧が高いことから、Ｍｏの再付着は起こりにくい。一方、後者の場合には、ＭｏＯ２の蒸気圧が低いことから、Ｍｏの再付着が起こりやすい。そのため、上記の混合ガス中のＯ２ガスの割合は、高すぎないことが望ましく、例えば５０％以下とすることが望ましい。
【0055】
以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、ウェハＷ上にＭｏ膜を形成し、その後に半導体製造装置内を、塩素を含むガスを用いて清掃する。これにより、半導体装置の金属層を低抵抗のＭｏ膜としつつ、ウェハＷ上にＭｏ膜に起因するパーティクルが付着することを抑制することが可能となる。
【0056】
ここで、本実施形態の清掃のメリットをより詳細に説明する。
【0057】
本実施形態では、基板１００上に複数の絶縁層１０４と交互に積層される複数の電極材層１１７を、Ｍｏ膜とする。これにより、半導体装置の集積度を向上させるために電極材層１１７を薄膜化しても、電極材層１１７の抵抗を低く抑えることが可能となる。しかしながら、半導体製造装置に付着したＭｏ膜を放置すると、基板１００上にパーティクルが付着して半導体装置の歩留まりを低下させてしまう。
【0058】
そこで、本実施形態では、半導体製造装置に付着したＭｏ膜を除去する清掃を行う。この際、Ｍｏ膜と反応して生成されるガス（反応生成ガス）は、Ｍｏの再付着を抑制するために、高い蒸気圧を有することが望ましい。
【0059】
また、この反応生成ガスは、Ｍｏ膜の除去後も一部がＣＶＤチャンバ１１内に残る。そのため、次の基板１００上にＭｏ膜を形成する際に、反応生成ガスに起因する不純物がこの基板１００に付着する可能性がある。そのため、反応生成ガスは、その後に基板１００に付着しても基板１００への悪影響が小さい元素で構成されていることが望ましい。
【0060】
そこで、本実施形態では、Ｍｏ膜の除去に、Ｃｌ２ガスやＨＣｌガスのような塩素含有ガスを使用する。塩素は、ＭｏＣｌ５のような蒸気圧の高い反応生成ガスを形成するためＭｏの再付着を抑制することができるし、６００℃以下では一般にメモリセルを大きく劣化させることはないため上記の不純物の悪影響も回避できる。
【0061】
また、モリブデンと塩素との化合物は一般に、室温では十分な蒸気圧を有しないが、５０℃以上では気体として十分に蒸発する。よって、Ｍｏ膜の除去に塩素含有ガスを使用する場合には、半導体製造装置を５０℃以上に加熱することにより、付着したＭｏ膜を効果的に除去することや、Ｍｏの再付着を効果的に防止することが可能となる。これらの効果は、塩素含有ガスにＯ２ガスやＨ２ガスを添加することでさらに高めることができる。
【0062】
以上のように、本実施形態によれば、半導体製造装置にモリブデンが付着することによる問題を効果的に抑制することが可能となる。
【0063】
【0064】
図１４の半導体製造装置は、ＣＶＤ炉２１と、ウェハ支持冶具２２と、ガス導入配管２３と、複数のガス供給源２４と、複数のＭＦＣ２５と、ガス排出配管２６と、制御部２７とを備えている。ＣＶＤ炉２１は、収容部の例である。
【0065】
ＣＶＤ炉２１は、加熱器２１ａを含んでいる。複数のガス供給源２４は、成膜ガス用のガス供給源２４ａ、２４ｂと、清掃ガス用のガス供給源２４ｃ、２４ｄとを含み、複数のＭＦＣ２５は、成膜ガス用のＭＦＣ２５ａ、２５ｂと、清掃ガス用のＭＦＣ２５ｃ、２５ｄとを含んでいる。これらのガス供給源２４とＭＦＣ２５のうち、ガス供給源２４ａとＭＦＣ２５ａは第１ガス供給部の例であり、ガス供給源２４ｃとＭＦＣ２５ｃは第２ガス供給部の例である。
【0066】
ＣＶＤ炉２１は、複数枚のウェハ（基板）Ｗを収容する。ウェハ支持冶具２２は、ＣＶＤ炉２１内のこれらのウェハＷを支持し回転させる。加熱器２１ａは、ＣＶＤ炉２１の内壁や、ＣＶＤ炉２１内の空間や、これらのウェハＷを加熱するために使用される。ＣＶＤ炉２１の内壁は、収容部を構成する部材の例である。加熱器２１ａはさらに、ガス排出配管２６を加熱するよう機能してもよい。
【0067】
ガス導入配管２３、ガス供給源２４、ＭＦＣ２５、ガス排出配管２６、および制御部２７の構成や機能はそれぞれ、図１のガス導入配管１４、ガス供給源１５、ＭＦＣ１６、ガス排出配管１８、および制御部１９の構成や機能と同様である。制御部２７は例えば、ＣＶＤ炉２１へのウェハＷの搬入、ＣＶＤ炉２１からのウェハＷの搬出、ウェハ支持冶具２２の回転、ガス供給源２４からのガス供給、ＭＦＣ２５の動作などを制御する。
【0068】
制御部２７はさらに、半導体製造装置の清掃時に加熱器２１ａの動作を制御する。具体的には、制御部２７は、ＣＶＤ炉２１内の空間を３００℃～５００℃に加熱するよう加熱器２１ａを制御する。これにより、モリブデン塩化物が再びＣＶＤ炉２１の内壁等に付着することを抑制することが可能となる。
【0069】
ガス供給源２４ａ～２４ｄから供給されるガスの種類は、図１のガス供給源１５ａ～１５ｄから供給されるガスの種類と同様である。ガス供給源２４ｃは、例えばＣｌ２ガスまたはＨＣｌガスを供給する。ガス供給源２４ｄは、例えばＨ２ガスおよびＯ２ガスの少なくともいずれかを供給する。ガス供給源２４ａ～２４ｄからのガスはそれぞれ、ＭＦＣ２５ａ～２５ｄを介してＣＶＤ炉２１に供給される。本実施形態の清掃時には例えば、ＨＣｌガスの流量が２００ｓｃｃｍに調整され、ＣＶＤ炉２１内のＨＣｌガスの圧力が２０ｔｏｒｒに調整される。図２～図１１に示す半導体装置の製造方法は、本実施形態の半導体製造装置を用いて実施してもよい。
【0070】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、半導体製造装置にモリブデンが付着することによる問題を効果的に抑制することが可能となる。
【0071】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【0072】
１１：ＣＶＤチャンバ、１１ａ：加熱器、１２：ウェハステージ、
１２ａ：加熱器、１３：シャワーヘッド、１３ａ：加熱器、１４：ガス導入配管、
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ：ガス供給源、
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ：ＭＦＣ、
１７：ＲＦ電源、１８：ガス排出配管、１９：制御部、
２１：ＣＶＤ炉、２１ａ：加熱器、２２：ウェハ支持冶具、２３：ガス導入配管、
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ：ガス供給源、
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ：ＭＦＣ、
２６：ガス排出配管、２７：制御部、
１００：基板、１０１：拡散層、１０２：層間絶縁膜、１０３：犠牲層、
１０４：絶縁層、１０５：メモリホール、１０６：ブロック絶縁膜、
１０７：電荷蓄積層、１０８：トンネル絶縁膜、１０９：チャネル半導体層、
１１０：側壁絶縁膜、１１１：コンタクトホール、１１２：半導体層、
１１３：コア絶縁膜、１１４：スリット、１１５：ホール、
１１６：バリアメタル層、１１７：電極材層、１１８：絶縁膜
１２ａ：加熱器、１３：シャワーヘッド、１３ａ：加熱器、１４：ガス導入配管、
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ：ガス供給源、
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ：ＭＦＣ、
１７：ＲＦ電源、１８：ガス排出配管、１９：制御部、
２１：ＣＶＤ炉、２１ａ：加熱器、２２：ウェハ支持冶具、２３：ガス導入配管、
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ：ガス供給源、
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ：ＭＦＣ、
２６：ガス排出配管、２７：制御部、
１００：基板、１０１：拡散層、１０２：層間絶縁膜、１０３：犠牲層、
１０４：絶縁層、１０５：メモリホール、１０６：ブロック絶縁膜、
１０７：電荷蓄積層、１０８：トンネル絶縁膜、１０９：チャネル半導体層、
１１０：側壁絶縁膜、１１１：コンタクトホール、１１２：半導体層、
１１３：コア絶縁膜、１１４：スリット、１１５：ホール、
１１６：バリアメタル層、１１７：電極材層、１１８：絶縁膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】