JP2002043277A - Method for manufacturing semiconductor device and plasma etching device to be used for it - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a less damaging and precise method/device for aftertreatment for removing unnecessary layers such as a damaged layer or a contaminated layer which remains on a surface after finishing a dry etching process and gives large influence to the device performance. SOLUTION: As a process for removing these damaged layer or the contaminated layer, an after treatment is taken after etching. In order to minimize damaging in this process, an absorption layer capable of reacting with atoms constituting the damaged layer 105 or the contaminated layer 106 is formed on the surface and this is irradiated with an ion flux having kinetic energy at the very for being capable of inducing the reaction. As a means for realizing this process, a planar antenna UHF-ECR plasma etching device 101 capable of shifting to an aftertreatment mode as it is, namely capable of shifting to a precise aftertreatment mode by various kinds of control parameters 107 in the same treatment chamber is used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法及び装置に係り、特に、半導体製造分野において、
ウェーハを加工するエッチング工程とその後処理工程に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a semiconductor device.
The present invention relates to an etching step for processing a wafer and a subsequent processing step.

【０００２】[0002]

【従来の技術】プラズマを利用するエッチングの際、ウ
ェーハの下地材料、例えば、ＳｉやＳｉＯ２の表層から
内部にかけて、デバイス特性を劣化させるダメージが残
ることがある。このダメージは、オーバーエッチング時
に上記下地材料がプラズマに曝されるため、結晶ひずみ
などが発生するために生じる。2. Description of the Related Art At the time of etching using plasma, damage that degrades device characteristics may remain from the surface layer of a base material of a wafer, for example, Si or SiO2 to the inside. This damage occurs because the base material is exposed to plasma at the time of over-etching, which causes crystal distortion and the like.

【０００３】また、深い孔底のエッチングにおいては、
エッチング終了後に反応生成物がうまく排出されず、エ
ッチング残渣が孔底にとどまり、汚染層を形成すること
がある。これらのダメージ層や汚染層を除去する工程と
して後処理（アフタープロセス）がある。In the etching of deep hole bottoms,
After the completion of the etching, the reaction product is not discharged well, and the etching residue may remain at the bottom of the hole to form a contaminant layer. There is a post-process (after-process) as a process for removing the damaged layer and the contaminated layer.

【０００４】従来、この後処理では、後処理専用の半導
体製造装置が用いられてきた。この装置は、ほぼプラズ
マエッチング装置と同等であり、真空排気系、ガス供給
系、プラズマ発生用電源、搬送系などの構成となってい
る。Conventionally, in this post-processing, a semiconductor manufacturing apparatus dedicated to the post-processing has been used. This apparatus is almost the same as a plasma etching apparatus, and has a vacuum exhaust system, a gas supply system, a power supply for plasma generation, a transfer system, and the like.

【０００５】さらに進んで、後処理が可能な処理室を、
ロードロック室を介してエッチング処理室と同一メイン
フレーム内に配置した装置もあるが、当然ながら、真空
排気系、ガス供給系、プラズマ発生用電源はそれぞれの
処理室に必要となる。[0005] Further, a processing chamber capable of performing post-processing is provided.
Although there is an apparatus arranged in the same main frame as the etching processing chamber via a load lock chamber, a vacuum exhaust system, a gas supply system, and a power supply for plasma generation are required for each processing chamber.

【０００６】一方、近年新たに提案されたエッチング装
置として、平板アンテナ型ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇ
ｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）−ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ
エッチング装置がある。特開平９−３２１０３１号公報
で開示された、この装置では、ＥＣＲ方式のため低圧動
作で低密度から高密度のプラズマを形成し、また、アン
テナバイアスによりプラズマ中のラジカル組成を制御で
きる。On the other hand, as an etching apparatus newly proposed in recent years, a flat antenna type UHF (Ultra Hig) has been proposed.
h Frequency) -ECR (Electron)
There is a Cyclotron Resonance plasma etching apparatus. In this apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-321031, an ECR system is used to form low-density to high-density plasma by low-pressure operation, and the radical composition in the plasma can be controlled by an antenna bias.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】酸化膜エッチング工程
においては、エッチング速度を高めるためにＶｐｐ（イ
オンエネルギーのｐｅａｋ-ｔｏ-ｐｅａｋ電圧）が１ｋ
Ｖを超えるような電圧のイオンで叩くことになる。その
ために、下地材料に衝撃を与えて結晶格子の乱れを誘起
し、ダメージ層が形成される場合がある。In the oxide film etching step, Vpp (peak-to-peak voltage of ion energy) is 1 k in order to increase the etching rate.
It will be hit with ions having a voltage exceeding V. Therefore, a shock may be applied to the underlying material to induce disorder of the crystal lattice, and a damaged layer may be formed.

【０００８】また、エッチングガスとしてフルオロカー
ボン系のガスを使用するため、フッ素の結晶内への進入
による表面の劣化やフルオロカーボン系デポ物（堆積
物）による汚染層が残留する場合がある。Further, since a fluorocarbon-based gas is used as an etching gas, the surface may be deteriorated due to the entry of fluorine into the crystal, or a contaminated layer may be left due to a fluorocarbon-based deposit (deposit).

【０００９】これらの、ダメージ層、汚染層の膜厚は原
子数層分以下といった極めて薄い場合が多く、量産に使
われるエッチング条件のようなエッチング速度が毎分１
μｍに達するような高速なプロセスでは、これらを制御
性よく除去することは不可能である。すなわち除去しよ
うとすると再びそのプロセスが原因となって、ダメージ
層や汚染層を形成してしまう。In many cases, the thicknesses of the damaged layer and the contaminated layer are extremely thin, such as several atomic layers or less, and an etching rate such as an etching condition used for mass production is 1 minute.
In a high-speed process that reaches μm, it is impossible to remove them with good controllability. That is, if the removal is attempted, the process again causes a damaged layer or a contaminated layer to be formed.

【００１０】また、先述したように、本後処理工程をエ
ッチング工程とは別装置で行うとすると、重複する構成
部分を含む装置への設備投資ならびに後処理終了までに
費やす時間等のトータルコストを上昇させる原因とな
る。Further, as described above, if this post-processing step is performed by an apparatus different from the etching step, the total cost such as capital investment for an apparatus including overlapping components and the time spent until completion of the post-processing is reduced. May cause a rise.

【００１１】そこで、本発明の目的は、エッチング工程
で生じる、エッチング後の表層のダメージ層や汚染層を
後処理で除去する後処理方法を提供することにあり、ま
た、本後処理においては、ごく薄いダメージ層あるいは
汚染層を除去するため、その工程自身でダメージや汚染
を発生しない、制御性の高い後処理方法を提供すること
にある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a post-processing method for removing a damaged layer or a contaminated layer on a surface layer after etching, which is generated in an etching step, by post-processing. An object of the present invention is to provide a highly controllable post-processing method that does not cause damage or contamination in the process itself in order to remove a very thin damaged layer or contaminated layer.

【００１２】さらにまた、本発明の目的は、後処理用の
設備投資を低減し、なおかつ、スループットの向上が図
れる半導体装置の製造方法を提供することにある。Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can reduce capital investment for post-processing and improve throughput.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第１の手段として、本発明は、例えば、平板アンテナ
型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて、エ
ッチング工程終了後に、同一処理室内で後処理を行うよ
う構成する。Means for Solving the Problems As a first means for solving the above-mentioned problems, the present invention employs, for example, a flat antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus, after the etching step is completed, in the same processing chamber. It is configured to perform post-processing.

【００１４】第２の手段として、ダメージ層、あるいは
吸着層と下地との選択性を有するガスを用いて後処理を
行う。使用する後処理用ガスとして、主ガスにＣＦ₄、
ＣＨＦ₃等のフルオロカーボン系ガス、希釈ガスとしてH
ｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希釈ガス、添加ガスとしてＯ
₂、Ｎ₂等を使用する。As a second means, post-processing is performed using a gas having selectivity between the damaged layer or the adsorbed layer and the base. As the post-processing gas used, CF ₄ ,
Fluorocarbon-based gas such as CHF _{3 and} H as a diluent gas
e, diluent gas such as Ar, Kr, Xe, etc.
Using the _2, N ₂ or the like.

【００１５】第３の手段として、プラズマ中で上記ガス
より解離等により生成したラジカル種のフラックスを、
圧力、流量で制御する。好適には、エッチング条件より
も低圧、低流量の方向であり、０個／ｃｍ²／秒〜１０
¹⁶個／ｃｍ²／秒の範囲内にする。As a third means, the flux of radical species generated by dissociation or the like from the above gas in plasma is
Control with pressure and flow. Preferably, the direction is a lower pressure and a lower flow rate than the etching conditions, and 0 / cm ² / sec to 10
Make it within the range of ¹⁶ pieces / cm ² / sec.

【００１６】第４の手段として、ＵＨＦパワー、ギャッ
プ、磁場の強弱によりプラズマの密度を制御する。好適
には、チャージアップダメージを発生させないためにエ
ッチング条件よりもプラズマ密度を低くする条件であ
り、ＵＨＦパワーは下げる方向、ギャップは広げる方
向、磁場はＥＣＲ放電を弱める方向に適宜選択できる。As a fourth means, the density of the plasma is controlled by the strength of the UHF power, the gap, and the magnetic field. Preferably, the plasma density is lower than the etching condition so as not to cause charge-up damage. The UHF power may be reduced, the gap may be increased, and the magnetic field may be appropriately selected in a direction to weaken the ECR discharge.

【００１７】第５の手段として、下部電極に印加するＲ
Ｆバイアスにより照射するイオンの電圧を制御する。こ
れは、ダメージを発生させないためにエッチング条件よ
りもイオンエネルギーを下げる方向であり、ＲＦパワー
を低下させる方向である。As a fifth means, R applied to the lower electrode
The voltage of the irradiated ions is controlled by the F bias. This is a direction in which the ion energy is lower than the etching conditions so as not to cause damage, and a direction in which the RF power is lowered.

【００１８】第６の手段として、下部電極に設置した試
料温度を温調により制御する。なるべくダメージが入ら
ず、また、汚染除去が容易な温度範囲、好適には、−５
０℃〜３００℃の範囲内である。As a sixth means, the temperature of the sample placed on the lower electrode is controlled by temperature control. A temperature range in which damage is not caused as much as possible and the decontamination is easy, preferably -5
It is in the range of 0 ° C to 300 ° C.

【００１９】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の一実施例について、図
１、図２、図３および図４により説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3 and 4. FIG.

【００２０】図１に示すように、本発明では、例えば、
平板アンテナ型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置
１０１を用いて、マスク１０２で孔パターン１０３が形
成された酸化膜１０４をエッチングする場合、高速エッ
チングを優先させる場合には、ダメージ層１０５や汚染
層１０６が孔底に形成される場合がある。これらの層を
除去するために、一旦排気した後、そのまま後処理工程
に移行するのが、本発明の概要である。平板アンテナ型
ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置１０１は、各種
制御パラメータ１０７でエッチング工程および後処理工
程を制御する。As shown in FIG. 1, in the present invention, for example,
When etching the oxide film 104 on which the hole pattern 103 is formed with the mask 102 by using the flat-plate antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus 101, and giving priority to high-speed etching, the damage layer 105 and the contamination layer 106 May form on the bottom. In order to remove these layers, the outline of the present invention is to temporarily evacuate and then proceed to a post-treatment step. The flat antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus 101 controls an etching step and a post-processing step using various control parameters 107.

【００２１】例えば、平板アンテナ型ＵＨＦ−ＥＣＲプ
ラズマエッチング装置１０１は、図２に示すような構成
になっている。エッチング処理室２０１は、真空排気系
により真空に保たれている。シャワープレートを配置し
た上部電極２０２は円板構造となっており、ここにＵＨ
Ｆ電源系２０３から供給される４５０ＭＨｚのＵＨＦ波
とアンテナ表面上での活性種変換を行わせるためにＲＦ
電源系２０４から供給される１３．５６ＭＨｚのＲＦを
重畳して印加する。酸化膜エッチングではＦ（フッ素）
ラジカルを制御するために、Ｓｉ製シャワープレートが
よく利用される。For example, a flat antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus 101 has a configuration as shown in FIG. The etching chamber 201 is kept in a vacuum by a vacuum exhaust system. The upper electrode 202 on which the shower plate is arranged has a disc structure,
In order to convert the UHF wave of 450 MHz supplied from the F power supply system 203 and the active species on the antenna surface, the RF
13.56 MHz RF supplied from the power supply system 204 is superimposed and applied. F (fluorine) in oxide film etching
To control radicals, a shower plate made of Si is often used.

【００２２】下部電極２０５には、電源２０６を含む静
電力を利用したチャッキング機構がある。この下部電極
２０５上には、デバイスを加工するウェーハ２０７が設
置されている。このウェーハには、エッチング反応を促
進させるために、ＲＦ電源系２０８から供給される８０
０ｋＨｚのＲＦが印加されている。The lower electrode 205 has a chucking mechanism using an electrostatic force including a power supply 206. A wafer 207 for processing a device is provided on the lower electrode 205. The wafer is supplied with 80 from the RF power supply system 208 to promote the etching reaction.
RF of 0 kHz is applied.

【００２３】温調機構２０９により、ウェーハの温度は
エッチング中に所望の設定温度の範囲内に温調される。
平板アンテナ間のギャップは駆動機構２１０により適宜
変更でき、プラズマ２１３の体積を変化させエッチング
ガスから解離するラジカルの組成を変化させることがで
きる。好適には４０ｍｍから１１０ｍｍのセミギャップ
がよく利用される。The temperature of the wafer is controlled by a temperature control mechanism 209 to a desired set temperature range during the etching.
The gap between the planar antennas can be changed as appropriate by the drive mechanism 210, and the volume of the plasma 213 can be changed to change the composition of radicals dissociated from the etching gas. Preferably, a semi-gap of 40 mm to 110 mm is often used.

【００２４】また、装置のまわりにはヨーク２１１とコ
イル２１２が配置され、ＥＣＲを形成するための磁場を
発生できる。圧力調節機構、ガス供給機構、排気機構、
ウェーハ搬送機構は、図中には記載されていないが適宜
利用できる構成となっている。Further, a yoke 211 and a coil 212 are arranged around the device, and can generate a magnetic field for forming ECR. Pressure regulation mechanism, gas supply mechanism, exhaust mechanism,
Although not shown in the drawing, the wafer transfer mechanism has a configuration that can be used as appropriate.

【００２５】たとえば、このエッチング装置を用いて、
酸化膜からなるアスペクト比の高い深孔をエッチングす
る場合、用いるガス系としては、Ａｒ／Ｃ₅Ｆ₈／Ｏ₂あ
る。一例として、エッチング条件は、Ａｒ／Ｃ₅Ｆ₈／Ｏ
₂＝８００／１５／２０ｍｌ／ｍｉｎ、圧力＝２Ｐａ、
ＵＨＦパワー＝１０００Ｗ、アンテナバイアス＝４００
Ｗ、下部電極ＲＦパワー＝１８００Ｗ、Ｖｐｐ＝１．５
ｋＶ、ギャップ＝５０ｍｍ、下部電極温度３０℃であ
る。このとき酸化膜は、６００ｎｍ／ｍｉｎ以上のエッ
チング速度であった。For example, using this etching apparatus,
When etching high deep hole aspect ratio of an oxide film, as the gas system to be used, there _{Ar / C 5 F 8 / O} 2. As an example, the etching conditions are Ar / C ₅ F ₈ / O
₂ = 800/15/20 ml / min, pressure = 2 Pa,
UHF power = 1000W, antenna bias = 400
W, lower electrode RF power = 1800 W, Vpp = 1.5
kV, gap = 50 mm, lower electrode temperature 30 ° C. At this time, the oxide film had an etching rate of 600 nm / min or more.

【００２６】このエッチングにおいて、スループットを
向上させるためにエッチング速度を向上させる必要があ
る場合、Ｖｐｐを高く設定する必要がある。この場合に
は、必然的にダメージが入ることは避けられない。ま
た、ラジカルフラックスも多く、放電停止後の残留化学
種によってデポ層（汚染層）が孔底でも形成され埋め込
み工程等に悪影響を与える。In this etching, when it is necessary to increase the etching rate in order to improve the throughput, it is necessary to set Vpp high. In this case, it is inevitable that damage will occur. In addition, a large amount of radical flux causes a depo layer (contamination layer) to be formed even at the bottom of the hole due to residual chemical species after the discharge is stopped, which adversely affects the embedding process and the like.

【００２７】ここで、後処理の条件の一例について説明
する。まず、使用するガス種としては、変質層と下地材
料に選択性があることが望ましい。例えば、汚染層の場
合には、カーボンがその組成の大部分を占めているた
め、酸素添加が効果的である。また、ダメージ層に関し
ても、乱れた結晶格子に効率的に作用して反応する化学
種を生成するガス系が望ましい。下地がＳｉあるいはＳ
ｉ₃Ｎ₄の場合には、ＣＨＦ₃、ＣＦ₄を用いることができ
る。Here, an example of post-processing conditions will be described. First, it is desirable that the gas type used has selectivity between the altered layer and the underlying material. For example, in the case of a contaminated layer, oxygen is effective because carbon occupies most of its composition. Also, regarding the damaged layer, a gas system that generates a chemical species that reacts efficiently by reacting with the disordered crystal lattice is desirable. Base is Si or S
In the case of i ₃ N ₄ , CHF ₃ and CF ₄ can be used.

【００２８】解離生成する反応性ラジカルのフラックス
が多すぎる場合には、エッチング時と同様、汚染層形成
の原因となるため、低フラックスが望ましい。具体的な
フラックスの制御は、トータルのガス流量と圧力および
プラズマ中でのガスの解離度（プラズマ密度と滞在時間
で決まる。）によって決める。ガス流量は少なく、圧力
は低めが望ましい。If the flux of the reactive radicals generated by dissociation is too large, it causes the formation of a contaminated layer as in the case of etching, so that a low flux is desirable. Specific control of the flux is determined by the total gas flow rate and pressure, and the degree of gas dissociation in plasma (determined by plasma density and residence time). It is desirable that the gas flow rate is low and the pressure is low.

【００２９】次に、プラズマ密度は、平板アンテナ型Ｕ
ＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置の場合にはいくつ
かのパラメータで制御することができる。より直接的に
は投入するＵＨＦパワー制御により、また、プラズマ密
度や多重解離の度合いに係わるプラズマ体積の制御に関
係するギャップ制御、およびＥＣＲ領域の空間分布等を
コイルによって磁場配位で制御できる。Next, the plasma density is determined by the flat antenna type U
In the case of the HF-ECR plasma etching apparatus, it can be controlled by several parameters. More directly, the UHF power control applied, the gap control related to the control of the plasma volume related to the plasma density and the degree of multiple dissociation, and the spatial distribution of the ECR region can be controlled by the magnetic field configuration using the coil.

【００３０】後処理におけるフラックスは、先述したよ
うにエッチング条件より低フラックスが好適である。従
って、後処理ではＵＨＦパワーは下げる方向、ギャップ
は広げる方向、ＥＣＲ領域は狭くする方向に制御するの
が望ましい。As described above, the flux in the post-treatment is preferably lower than the etching conditions. Therefore, in the post-processing, it is desirable to control the UHF power in a lowering direction, the gap in a wider direction, and the ECR region in a smaller direction.

【００３１】次に、好適な表面吸着量について、図３を
用いて説明する。実線３０１に示したように、反応のし
きいエネルギーよりも高い値でイオンエネルギーが一定
の場合、吸着量が少ない場合にはダメージ層除去の速度
は吸着量とともに増加する。Next, a preferred amount of surface adsorption will be described with reference to FIG. As shown by the solid line 301, when the ion energy is constant at a value higher than the threshold energy of the reaction, and when the amount of adsorption is small, the speed of removing the damaged layer increases with the amount of adsorption.

【００３２】しかし、イオンの飛程に見合う厚さ以上に
吸着量が増えるとダメージ層までイオンから放出される
エネルギーが効率よく分配されなくなり、除去速度は急
激に遅くなり、表面では吸着層が汚染層となって残って
しまう。However, if the amount of adsorption increases beyond the thickness corresponding to the range of the ions, the energy released from the ions is not efficiently distributed to the damaged layer, the removal speed is rapidly reduced, and the adsorbed layer is contaminated on the surface. It remains as a layer.

【００３３】従って、除去速度をある程度確保しなが
ら、汚染を極力抑えるために、好適な吸着量があること
がわかる。好適には、０個／ｃｍ²／秒〜１０¹⁶個／ｃ
ｍ²／秒の範囲内で、反応性付着係数にも依存すること
を考慮して、イオン入射までの時間内に反応量に見合う
ラジカル吸着層が形成できるのが望ましい。Therefore, it can be seen that there is a suitable amount of adsorption to minimize contamination while securing a certain removal rate. Preferably, 0 / cm < ² > / sec to 10 < ¹⁶ > / c
Within the range of m ² / sec, it is desirable to be able to form a radical adsorption layer commensurate with the reaction amount within the time up to ion incidence, taking into account that it also depends on the reactive adhesion coefficient.

【００３４】次に、イオンエネルギーは、後処理でダメ
ージを誘起しないためにエッチング条件よりも下げる方
向が望ましい。好適には０ｅＶ〜１０００ｅＶの範囲内
に制御するのが望ましい。Next, the ion energy is desirably lower than the etching conditions so as not to cause damage in the post-processing. Preferably, it is desirable to control within the range of 0 eV to 1000 eV.

【００３５】図４の実線４０１に示したように、もちろ
ん、ダメージ除去反応にイオンエネルギーの反応しきい
値がある場合には、それ以上のエネルギーを与えること
は言うまでもない。しかし、あまりイオンエネルギーが
低くても、ダメージ層あるいは汚染層除去の速度が落ち
てしまうので、適宜下部電極のＲＦパワーを調整する。As shown by the solid line 401 in FIG. 4, when the damage removal reaction has a reaction threshold of ion energy, it goes without saying that more energy is applied. However, even if the ion energy is too low, the speed of removing the damaged layer or the contaminated layer is reduced. Therefore, the RF power of the lower electrode is appropriately adjusted.

【００３６】さらに、ＵＨＦパワー、ギャップ、磁場の
パラメーターを変えて、イオン電流密度を調整して、０
ｍＡ／ｃｍ²〜１ｍＡ／ｃｍ²とすることにより、実用的
な速度で後処理を行うことができる。Further, the ion current density was adjusted by changing the parameters of the UHF power,
With ^{mA / cm 2 ~1mA / cm 2} , it is possible to perform the post-processing at a practical rate.

【００３７】また、下部電極温度制御に関しては、−５
０℃〜３００℃の範囲内で制御することができる。汚染
層除去においては、適宜好適な温度で後処理を行う。概
して、ウェーハ温度が高いほど表面吸着が抑えられるた
め、高温での後処理は汚染が少ない。As for the lower electrode temperature control, -5
It can be controlled within the range of 0 ° C to 300 ° C. In the removal of the contaminated layer, post-treatment is appropriately performed at a suitable temperature. In general, higher temperatures result in less surface adsorption, so post-processing at higher temperatures results in less contamination.

【００３８】また、ダメージ層除去においても反応の活
性化エネルギーを与えるために高温化することは有効で
ある。ただし、レジストマスク等変性しやすい材料を用
いた場合には、上限の温度があることは自明である。ま
た、後処理とアッシングを同時に兼ねるプロセスを構築
してもよい。アンテナバイアスパワーに関しては、表面
にデポを形成しない程度のバイアスを印加しておけば、
適宜選択してよい。In removing the damaged layer, it is effective to raise the temperature in order to provide activation energy for the reaction. However, it is obvious that there is an upper limit temperature when a material which is easily modified such as a resist mask is used. Further, a process that simultaneously performs post-processing and ashing may be constructed. Regarding antenna bias power, if a bias that does not form a depot on the surface is applied,
It may be appropriately selected.

【００３９】以上の考え方に基づき、一例として次の条
件で後処理を行った。Ａｒ／ＣＨＦ₃／Ｏ₂＝８００／７
／１５ｍｌ／ｍｉｎ、圧力１．５Ｐａ、ＵＨＦパワー＝
４００Ｗ、アンテナバイアス＝２００Ｗ、下部電極ＲＦ
パワー＝１００Ｗ、Ｖｐｐ＝４００Ｖ、ギャップ＝１０
０ｍｍ、下部電極温度４０℃である。この条件で、厚さ
２０ｎｍの汚染層および厚さ１０ｎｍのダメージ層は４
０秒の照射で完全に消失した。Based on the above concept, post-processing was performed as an example under the following conditions. Ar / CHF ₃ / O ₂ = 800/7
/ 15ml / min, pressure 1.5Pa, UHF power =
400W, antenna bias = 200W, lower electrode RF
Power = 100 W, Vpp = 400 V, gap = 10
0 mm and the lower electrode temperature was 40 ° C. Under these conditions, a 20 nm thick contaminated layer and a 10 nm thick damaged layer
It disappeared completely by irradiation for 0 seconds.

【００４０】主ガスとしては、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆等のフル
オロカーボン系ガスを使用してもよい。希釈ガスとして
は、Ａｒに限らずＨｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等の希ガスを用いて
もよい。また、添加ガスとして窒素ガスを混入してもよ
い。エッチング工程から後処理工程に移るまでの時間
は、上記条件で２分以上を要した。これは、電極温度の
制御に時間がかかったためであり、エッチング工程と同
一の下部電極温度を使用すれば、真空排気による処理室
雰囲気の改善のみを考慮すればよく、３０秒以内に後処
理工程に移行できた。As the main gas, a fluorocarbon-based gas such as CF ₄ or C ₂ F ₆ may be used. The diluent gas is not limited to Ar but may be a rare gas such as He, Kr, or Xe. Further, a nitrogen gas may be mixed as an additional gas. The time from the etching step to the post-processing step required 2 minutes or more under the above conditions. This is because it took time to control the electrode temperature. If the same lower electrode temperature as that of the etching step was used, only the improvement of the atmosphere in the processing chamber by evacuation was considered, and the post-processing step was completed within 30 seconds. Could be migrated to.

【００４１】本発明にあるように、この後処理工程で平
板アンテナ型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置を
用いる利点は、エッチング用の高密度プラズマと後処理
用の低密度プラズマの両方を複数のパラメータで精度よ
く制御できる点にある。As described in the present invention, the advantage of using the flat antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus in this post-processing step is that both high-density plasma for etching and low-density plasma for post-processing can be performed with a plurality of parameters. The point is that it can be controlled accurately.

【００４２】また、エッチング時の高密度プラズマ２１
３領域は、ＥＣＲ領域を含む平板アンテナと下部電極で
囲まれた局所的な部分に限定されるため、処理室内壁面
へのデポが抑えられており、速やかな後処理への移行が
可能となり、同一処理室内でのエッチング工程と後処理
工程を再現性よく繰り返すことができる利点もある。The high-density plasma 21 at the time of etching
Since the three regions are limited to a local portion surrounded by the flat plate antenna including the ECR region and the lower electrode, the deposition on the wall surface of the processing chamber is suppressed, and the transition to the post-processing can be quickly performed. There is also an advantage that the etching step and the post-processing step in the same processing chamber can be repeated with good reproducibility.

【００４３】次に、本発明の別な実施の形態について説
明する。エッチング工程自身である程度の低損傷性、低
汚染性が確保できれば、そのような変性層は原子層オー
ダーになり、究極的には原子層後処理に至る。Next, another embodiment of the present invention will be described. If the etching process itself can maintain a certain level of low damageability and low contamination, such a modified layer is on the order of the atomic layer, and ultimately leads to atomic layer post-treatment.

【００４４】原子層レベルの後処理においては、図５に
示すような後処理機構が必要である。まず、ダメージ層
と反応する化学種を含む吸着層５０１を表面に形成す
る。この吸着層の厚さについては、薄すぎると供給律速
となると同時に直接的にイオン５０２が表面に衝突する
ため、また、厚過ぎるとイオンのエネルギーが吸着層内
のみで消費され、ダメージ層除去に効率的に分配されな
いため、いずれも原子層後処理を実現することは困難で
あり、吸着量には適正値がある。このような吸着層にプ
ラズマからイオンが入射し、ホットスポットを形成させ
るが、ダメージ層と吸着層の反応を誘起できるしきい値
以上のエネルギーをイオンに与える必要がある。In the post-processing at the atomic layer level, a post-processing mechanism as shown in FIG. 5 is required. First, an adsorption layer 501 containing a chemical species that reacts with the damaged layer is formed on the surface. If the thickness of the adsorption layer is too small, the supply is rate-determining and the ions 502 directly collide with the surface. If the thickness is too large, the energy of the ions is consumed only in the adsorption layer, so that the removal of the damaged layer is difficult. Since it is not efficiently distributed, it is difficult to realize the atomic layer post-treatment in any case, and the adsorption amount has an appropriate value. Although ions are incident from the plasma on such an adsorbing layer to form a hot spot, it is necessary to give the ions more energy than a threshold value capable of inducing a reaction between the damaged layer and the adsorbing layer.

【００４５】しかし、エネルギーが高すぎると、今度は
ダメージ層を除くどころか、下地材料まで除去された
り、新たにダメージを誘起したりする。従って、イオン
エネルギーにもある程度の低いエネルギーが要求され、
しきい値以上、過剰エッチングを誘起するエネルギー以
下の好適値がある。よって、適正範囲は吸着層厚さとイ
オンエネルギーの大きさの兼ね合いで決まることがわか
る。However, if the energy is too high, the underlying material is removed or damage is newly induced, instead of removing the damaged layer. Therefore, a certain low energy is required for the ion energy,
There is a preferable value which is equal to or higher than the threshold value and equal to or lower than the energy which induces excessive etching. Therefore, it is understood that the appropriate range is determined by the balance between the thickness of the adsorption layer and the magnitude of the ion energy.

【００４６】吸着膜厚が厚い場合には、ダメージ層に到
達する高いエネルギーを与えればダメージ層を除くこと
ができる。しかし、このような高エネルギー過程では適
正な条件でダメージ除去反応を高精度に制御することは
難しい。吸着層が薄い場合には、イオンエネルギーは反
応しきい値以上ではあるができるだけ低くすればよい
が、除去速度は遅くなる。When the thickness of the adsorbed film is large, the damaged layer can be removed by applying high energy to the damaged layer. However, in such a high energy process, it is difficult to control the damage removal reaction with high accuracy under appropriate conditions. When the adsorbing layer is thin, the ion energy is higher than the reaction threshold value, but may be as low as possible, but the removal rate becomes slow.

【００４７】しかし、その分反応の制御性は向上し、原
子層エッチングは容易となる。従って、ダメージ層を除
去できる適正吸着膜厚は、反応確率、イオンの飛程、し
きい値を考慮すると、数〜数１０原子層、イオンエネル
ギーは、反応しきい値以上、ダメージを形成し始めるエ
ネルギー以下であり、概ね０ｅＶ〜１０００ｅＶの範囲
内でできるだけ低くすることが有効であることがわか
る。However, the controllability of the reaction is improved accordingly, and the atomic layer etching becomes easy. Therefore, the appropriate adsorbed film thickness capable of removing the damaged layer is several to several tens of atomic layers in consideration of the reaction probability, the ion range, and the threshold value, and the ion energy starts to form damage at the reaction threshold value or more. It is understood that it is effective to make the energy as low as possible within the range of about 0 eV to 1000 eV.

【００４８】以上のプロセスにより原子層レベルのダメ
ージ層をとり除くことができた。なお、先述の実施例で
示したような比較的厚いダメージ層、汚染層を除去する
際も同様な考え方をした。すなわち、原子層を取り除く
場合よりも吸着層の厚さは厚く、イオンエネルギーも高
めの方向に好適値はシフトする。By the above process, the damage layer at the atomic layer level could be removed. It should be noted that the same concept was used when removing the relatively thick damaged layer and the contaminated layer as shown in the above-described embodiment. That is, the thickness of the adsorption layer is thicker than that in the case where the atomic layer is removed, and the ion energy shifts in a preferable value in a higher direction.

【００４９】図６は、上述した本発明を適用して好適な
半導体装置製造プロセスでの加工例として、図６（ａ）
に示すようなセルフアラインコンタクト加工や、（ｂ）
に示すようなコンタクトホール加工がある。いずれの場
合も、底面におけるエッチング後の堆積層やダメージ層
を、本発明における後処理方法で除去することができ
る。FIG. 6A shows an example of processing in a semiconductor device manufacturing process suitable for applying the present invention described above.
(B) self-aligned contact processing as shown in
There is a contact hole processing as shown in FIG. In any case, the deposited layer or the damaged layer on the bottom surface after the etching can be removed by the post-treatment method of the present invention.

【００５０】[0050]

【発明の効果】本発明により、エッチング後の表面に形
成されるダメージ層や汚染層を除去することが可能とな
る。また、平板アンテナ型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッ
チング装置のようなプラズマエッチング装置を用いるこ
とにより、エッチング工程に引き続き、同一処理室内で
後処理工程に移行することができるようになる。According to the present invention, a damaged layer and a contaminated layer formed on the surface after etching can be removed. Further, by using a plasma etching apparatus such as a flat antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus, it is possible to shift to a post-processing step in the same processing chamber after the etching step.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の一実施例を説明する模式図。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図２】平板アンテナ型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチ
ング装置の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a plate antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus.

【図３】吸着層形成のフラックス量の好適範囲を示す概
念図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a preferable range of a flux amount for forming an adsorption layer.

【図４】照射イオンエネルギーの好適範囲を示す概念
図。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a preferable range of irradiation ion energy.

【図５】本発明の他の実施例を示す原子層レベルの後処
理に関する模式図。FIG. 5 is a schematic view showing a post-processing at an atomic layer level according to another embodiment of the present invention.

【図６】本発明を適用して好適な加工例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a preferred processing example to which the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０１：平板アンテナ型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチ
ング装置、１０２：マスク、１０３：孔パターン、１０
４：酸化膜、１０５：ダメージ層、１０６：汚染層、１
０７：制御パラメータ、２０１：処理室、２０２：上部
電極、２０３：ＵＨＦ電源系、２０４：ＲＦ電源系、２
０５：下部電極、２０６：電源、２０７：ウェーハ、２
０８：ＲＦ電源系、２０９：温調機構、２１０：駆動機
構、２１１：ヨーク、２１２：コイル、２１３：プラズ
マ、３０１：吸着量とダメージ層除去速度との関係を示
す実線、４０１：イオンエネルギーとダメージ層除去速
度との関係を示す実線、５０１：吸着層、５０２：イオ
ン、６０１：レジストマスク、６０２：シリコン酸化
膜、６０３：窒化シリコン、６０４：シリコン基板、６
０５：ポリシリコン、６０６：メモリセル。101: flat antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus, 102: mask, 103: hole pattern, 10
4: oxide film, 105: damaged layer, 106: contaminated layer, 1
07: control parameter, 201: processing chamber, 202: upper electrode, 203: UHF power supply system, 204: RF power supply system, 2
05: lower electrode, 206: power supply, 207: wafer, 2
08: RF power supply system, 209: temperature control mechanism, 210: drive mechanism, 211: yoke, 212: coil, 213: plasma, 301: solid line showing the relationship between the amount of adsorption and the damage layer removal speed, 401: ion energy Solid line indicating the relationship with the damage layer removal rate, 501: adsorption layer, 502: ion, 601: resist mask, 602: silicon oxide film, 603: silicon nitride, 604: silicon substrate, 6
05: polysilicon, 606: memory cell.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻本 和典 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田地 新一 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5F004 AA07 AA14 BA14 BB11 BB18 BD07 DA00 DA01 DA02 DA16 DA22 DA23 DA25 DA26 DB00 DB01 EA38 FA08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazunori Tsujimoto 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory of Hitachi, Ltd. F-term in the Central Research Laboratory of the Works (Reference) 5F004 AA07 AA14 BA14 BB11 BB18 BD07 DA00 DA01 DA02 DA16 DA22 DA23 DA25 DA26 DB00 DB01 EA38 FA08

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】プラズマエッチング装置内にあって、上部
電極と下部電極の間に形成される単一の処理室内で、ウ
エハにエッチングを施すエッチング工程と、エッチング
された該ウエハの後処理工程とを行うよう構成したこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。An etching step for etching a wafer in a single processing chamber formed between an upper electrode and a lower electrode in a plasma etching apparatus, and a post-processing step for the etched wafer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: 【請求項２】前記プラズマエッチング装置は、平板アン
テナ型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein said plasma etching apparatus is a flat antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus. 【請求項３】前記後処理工程における前記ウェーハの温
度制御において、前記ウエハを搭載する前記下部電極で
の温調範囲を−５０℃〜３００℃の範囲内にあるよう構
成したことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製
造方法。3. The temperature control of the wafer in the post-processing step, wherein a temperature control range of the lower electrode on which the wafer is mounted is within a range of -50 ° C. to 300 ° C. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2. 【請求項４】上部電極と下部電極の間にあって、ウエハ
にガスプラズマによるエッチング処理を施す処理室を備
えたプラズマエッチング装置において、同一の前記処理
室内で、前記エッチング処理終了後、引き続いて、エッ
チング後のウエハに後処理を施せるよう構成したことを
特徴とするプラズマエッチング装置。4. A plasma etching apparatus having a processing chamber for etching a wafer by gas plasma between an upper electrode and a lower electrode, wherein after the etching processing is completed in the same processing chamber, etching is continued. A plasma etching apparatus characterized in that a post-processing is performed on a subsequent wafer. 【請求項５】前記プラズマエッチング装置は、平板アン
テナ型ＵＨＦ−ＥＣＲプラズマエッチング装置であるこ
とを特徴とする請求項４記載のプラズマエッチング装
置。5. The plasma etching apparatus according to claim 4, wherein said plasma etching apparatus is a flat antenna type UHF-ECR plasma etching apparatus.