JP2002261081A - 半導体ウエハのエッチング装置及び方法 - Google Patents

半導体ウエハのエッチング装置及び方法

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亮 清水
Kunitoshi Nanba
邦年 難波
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】エッチング終了後に半導体ウエハ表面に吸着残
留したH2O、CH3OH、若しくはCH3COOH及び副生成物を効
果的に除去しCVD装置の汚染を防止することで、再現性
の高い安定したプロセスを可能にするバッチ式エッチン
グ装置及び方法を提供する。 【解決手段】半導体ウエハをエッチング処理する装置
は、反応チャンバ１と、反応チャンバを真空排気するた
めの排気手段５と、反応チャンバ内で少なくとも１枚の
半導体ウエハを支持するためのウエハ支持ボート手段２
と、反応チャンバ内に反応ガスを導入するためのガス導
入手段３と、反応チャンバに結合されたマイクロ波を生
成するためのマイクロ波生成手段１１であって、マイク
ロ波はエッチング終了後に半導体ウエハ上に吸着残留す
る物質を脱離除去するよう反応チャンバの大気側から照
射されるところの手段と、から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハのバ
ッチ式エッチング装置及び方法に関し、特に、エッチン
グ処理後に汚染源となる半導体ウエハ表面上に吸着した
残留物を完全に除去するエッチング装置及び方法に関す
る。
【０００２】
【従来技術】成膜プロセス前の半導体ウエハ処理には古
くからRCA洗浄と呼ばれるウエットクリーニングが用い
られている。これは、重金属除去、ハイドロカーボン除
去、パーティクル除去といった工程を経て、最終的に希
フッ酸によりシリコン自然酸化膜及びケミカルオキサイ
ドを除去するというものである。
【０００３】近年デバイスの高集積化に伴い、パーティ
クル及びコンタミネーションの減少、薬液使用量及び廃
液の減少の要求からウエットエッチングに替わって気相
エッチングが検討されている。特に、コンタクトホール
埋め込み及びゲート電極成膜等の前処理としてシリコン
自然酸化膜を除去する気相HFエッチングプロセスが注目
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のバッチ式ウエッ
トエッチング装置では、ウエットエッチング処理後に成
膜装置へ半導体ウエハを移載するとき半導体ウエハが一
旦大気に晒されるため自然酸化膜が再成長してしまい、
コンタクト抵抗の増加若しくは選択成長プロセスでの成
膜不良といった問題が生じる。また、一部気相HFを使用
したエッチング装置もあるがこれは大気圧下でのエッチ
ングであるため真空ロードロックタイプのCVD装置との
インテグレーションが不可能であり、シリコン酸化膜が
再成長するという問題が生じる。さらに、プラズマを用
いたエッチング装置も提案されているが（特開昭62-766
32、特開平2-143418）枚葉式装置でしか対応できないな
ど用途が限定されてしまう。
【０００５】そこで減圧下において気相HFを用いたバッ
チ式エッチング装置が提案された。減圧下でシリコン酸
化膜をエッチングするにはHFを解離させるためにH2O、C
H3OH、及びCH3COOHから選択される一種類のガスを半導
体ウエハの表面に吸着させる必要がある。HFガスは半導
体ウエハ表面で解離し下記の反応でシリコン酸化膜をエ
ッチングする。
【０００６】SiO2+４HF→SiF4+2H2O 減圧下で気相HFを用いたエッチング装置はN2パージボッ
クス及び真空ロードロックタイプのCVD装置とのインテ
グレーションが容易である。また自然酸化膜が再成長す
るといった問題も生じない。しかし、以下のような問題
がある。
【０００７】エッチング終了後反応チャンバを真空引き
した状態で、半導体ウエハの表面上にはH2O、CH3OH若し
くはCH3COOH及び反応副生成物が残留している。これら
はエッチング終了後に反応チャンバ内をサイクルパージ
する（N2フロー及び真空引きを繰り返す）ことによりあ
る程度除去可能であるが完全ではなく、CVD装置内に持
ち込まれて汚染源となる。またこのサイクルパージは長
時間を要し生産性を低下させる。
【０００８】この残留吸着物は加熱することにより容易
に脱離除去が可能であるが、H2O、CH3OH、若しくはCH3C
OOHから成る吸着層は半導体ウエハの温度が高いと形成
されず、その結果HFが解離できないためシリコン酸化膜
はエッチングされなくなってしまう。したがって、加熱
はエッチング終了後に行う必要がある。しかし、エッチ
ング終了後に反応チャンバ外壁から加熱した場合、反応
チャンバの熱容量が大きいため昇温には時間がかかる。
また次のロットをエッチング処理するのに反応チャンバ
を室温に戻すのにも長時間を要し、生産性が著しく低下
してしまう。
【０００９】したがって、本願発明の目的は、半導体シ
リコン基板若しくはアモルファスシリコン上の自然酸化
膜及びケミカルオキサイドを気相HFエッチングし、N2パ
ージボックス若しくは真空ロードロックを備えたCVD装
置とインテグレーションが容易なバッチ式エッチング装
置及び方法を与えることである。
【００１０】また、本願発明の他の目的は、エッチング
終了後に半導体ウエハ表面に吸着残留したH2O、CH3OH、
若しくはCH3COOH及び副生成物を効果的に除去しCVD装置
の汚染を防止することで、再現性の高い安定したプロセ
スを可能にするバッチ式エッチング装置及び方法を与え
ることである。
【００１１】さらに、本願発明の他の目的は、汚染源で
ある吸着残留したH2O、CH3OH、若しくはCH3COOH及び副
生成物を短時間で除去することにより生産性の高いバッ
チ式エッチング装置及び方法を与えることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る装置は以下の手段から成る。
【００１３】本発明に係る半導体ウエハをエッチング処
理する装置は、反応チャンバと、反応チャンバを真空排
気するための排気手段と、反応チャンバ内で少なくとも
１枚の半導体ウエハを支持するためのウエハ支持ボート
手段と、反応チャンバ内に反応ガスを導入するためのガ
ス導入手段と、反応チャンバに結合されたマイクロ波を
生成するためのマイクロ波生成手段であって、マイクロ
波はエッチング終了後に半導体ウエハ上に吸着残留する
物質を脱離除去するよう反応チャンバの大気側から照射
されるところの手段と、から成る。
【００１４】好適には、反応チャンバ及びウエハ支持ボ
ート手段はHFに耐食性がありかつマイクロ波を透過する
物質から成る。
【００１５】具体的には、反応チャンバ及びウエハ支持
ボート手段はAl2O3又はポリプロピレンから成る。
【００１６】好適には、マイクロ波の周波数は2.45GHz
である。
【００１７】具体的には、反応ガスは、H2O、CH3OH、CH
3COOHのうち少なくとも１種類のガスとHFガスとから成
る。
【００１８】一方、反応チャンバと、反応チャンバを真
空排気するための排気手段と、反応チャンバ内で少なく
とも１枚の半導体ウエハを支持するためのウエハ支持ボ
ート手段と、反応チャンバ内に反応ガスを導入するため
のガス導入手段と、反応チャンバに結合されたマイクロ
波を生成するためのマイクロ波生成手段とから成るバッ
チ式エッチング装置を使って、半導体ウエハをエッチン
グ処理する方法は、反応チャンバを排気手段によって真
空排気する工程と、ガス導入手段によって所定の圧力に
なるまで反応ガスを導入する工程と、複数の半導体ウエ
ハを所定の時間エッチング処理する工程と、エッチング
処理の後に反応チャンバを真空排気する工程と、マイク
ロ波生成手段によって複数の半導体ウエハに対し所定の
時間マイクロ波を照射する工程と、から成る。
【００１９】
【発明の実施の態様】以下、図面を参照しながら本願発
明を説明する。図１は本願発明に従うエッチング装置の
好適実施例の断面略示図である。
【００２０】反応チャンバ1はHFガスに耐食性がありか
つマイクロ波を透過する物質から成り、好適にはAl2O3
又はポリプロピレンから成る。反応チャンバ1内へは以
下に説明する移動機構によって半導体ウエハ4を50枚収
納したウエハ支持ボート2がロードされる。ウエハ支持
ボートに収納される半導体ウエハの枚数は50枚に限定さ
れない。該ウエハ支持ボート2は好適にはAl2O3又はポリ
プロピレンから成る。反応チャンバ1を真空排気するた
めの真空ポンプ（図示せず）が排気口5を介して反応チ
ャンバ1に結合されている。また反応チャンバ1には反応
ガスを導入するための質量流量制御装置(8,9)が接続さ
れている。ガスソース(12,13)から供給される反応ガス
はそれぞれの質量流量制御装置(8,9)を通じて流量制御
され、ガス導入口3を介して反応チャンバ1内に導入され
る。反応ガスはガスソース12から供給されるH2Oガス、C
H3OHガス、若しくはCH3COOHガス及びガスソース13から
供給されるHFガスから成る。半導体ウエハ表面上に吸着
されるガスはHFを解離させることが目的であるので上記
以外C2H5OHガス等でも良いが、エッチング中に生成され
るH2Oを吸着層に取り込まず、エッチング速度を一定に
保つためにはCH3COOHが好適である。さらに反応チャン
バ1には圧力計7が接続されており、それは反応チャンバ
内の圧力値を測定し、その値を質量流量制御装置(8,9)
に伝達する。質量流量制御装置(8,9)はその値を受信し
反応チャンバ1内部が所望の圧力になるよう反応ガスの
流量を制御する。
【００２１】移動機構はボールネジ14、移動体15及び駆
動モータ18等から成る。ボールネジ14及び移動体15は大
気から密封するためにボートエレベータチャンバ（以
下、BECという）16内部に配置される。BEC16は内部を真
空排気するための排気口6を有し、該排気口6は上記真空
ポンプ（図示せず）に結合されている。ウエハ支持ボー
ト2の底面にはシールフランジ19が設けられている。ま
た好適にはシールフランジ19と移動体15の間にバネ等の
弾性体が与えられる。駆動モータ18によって、ボールネ
ジ14が回転し移動体15が上昇すると、やがてシールフラ
ンジ19が反応チャンバ1のシール面と当接する。さらに
上昇を続けるとバネ30の弾性力によって反応チャンバ1
のシールは完全となる。BEC16には半導体ウエハをウエ
ハ支持ボート2へ搬入及び搬出するための開口部20が設
けられ、BEC16はゲートバルブ21を介して真空ロードロ
ック室17と連結されている。真空ロードロック室17には
半導体ウエハをウエハ支持ボート2内に搬入し及び搬出
するための搬送機構が設けられている。
【００２２】さらに反応チャンバ1の大気側には導波管1
0を介してマグネトロン11が接続されている。該マグネ
トロン11は好適には2.45GHzのマイクロ波を生成し、導
波管10を通じて反応チャンバ内のウエハ支持ボート2に
積載された半導体ウエハ4を照射する。2.45GHzのマイク
ロ波を照射することにより、半導体ウエハ4表面に吸着
残留したH2O、CH3OH、若しくはCH3COOH及び副生成物の
みを分極振動させ脱離除去することができる。マイクロ
波の周波数は2.45GHzに限定されるものではなく他の周
波数を使用することもできる。好適には反応チャンバ1
全体はマイクロ波を閉じこめるためのアルミニウム製ア
プリケータ22で覆われる。
【００２３】次に、本発明に係るバッチ式エッチング装
置を使ってエッチング処理する方法を説明する。まず、
ウエハ支持ボート2が反応チャンバ1内にロードされた状
態で反応チャンバ1を真空ポンプ（図示せず）によって
真空排気する。次に、CH3COOHガスをガスソース12から
質量流量制御装置8を通じてガス導入口3より反応チャン
バ1が500Paになるまで導入する。導入されたCH3COOHガ
スは半導体ウエハ表面上にHFを解離するための吸着層を
形成する。続いて、HFガスをガスソース13から質量流量
制御装置9を通じてガス導入口3より反応チャンバ1が100
0Paになるまで導入する。この際、反応チャンバ1全体は
室温に維持される。HFガスは、反応チャンバ1内に導入
されると半導体ウエハ4上に吸着しているCH3COOH層に取
り込まれ解離しシリコン酸化膜をエッチングする。エッ
チングはプロセス条件に対応して所定の時間実行され
る。エッチングが終了した後反応チャンバ1を真空排気
し残留ガスを排気する。その後、マグネトロン11に600W
のパワーを印加し、2.45GHzのマイクロ波を生成する。
マグネトロン11に印加するパワーは600Wに限定されず、
それ以外のパワーを印加することもできる。生成された
マイクロ波は導波管10を介して反応チャンバ1に２分間
照射される。マイクロ波の照射時間は２分間に限定され
ない。マイクロ波はポリプロピレン製の反応チャンバ1
及びウエハ支持ボートを透過し半導体ウエハに照射され
る。半導体ウエハに吸着残留していたH2O、CH3COOH及び
副生成物は分極振動して脱離し、真空ポンプによって排
気口5から真空排気される。この際N2パージを少なくと
も１回実行するのが好適である。
【００２４】
【実施例】以下、本願の実施例と比較例に対しHSG形成
処理を行った実験結果について説明する。実験条件は以
下の通りである。 比較例： ・エッチング CH3COOHガス：500Pa HFガス：500Pa エッチング時間：90秒 エッチング量：7nm マイクロ波照射：オフ ・パージ N2サイクルパージ：５サイクル パージ時間：２５分 トータル時間：３５分 ・HSG形成 温度：560℃ 処理ガス：40％SiH4 流量：60sccm シーディング時間：２５分 アニール時間：３０分 実施例： ・エッチング CH3COOHガス：500Pa HFガス：500Pa エッチング時間：90秒 エッチング量：7nm マイクロ波照射：オン2.45GHz ・パージ N2サイクルパージ：１サイクル パージ時間：５分 トータル時間：１５分 ・HSG形成 温度：560℃ 処理ガス：40％SiH4 流量：60sccm シーディング時間：２５分 アニール時間：３０分 以上の条件でHSG膜形成処理後の容量の増加率を測定し
た結果を以下に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】この結果から明らかなように、比較例では
実施例に比べボートの位置による容量増加率のばらつき
及び半導体ウエハ上でのばらつきが大きい。また容量増
加率そのものも実施例に比べると小さい。これは比較例
ではエッチング終了後自然酸化膜が再成長し、サイクル
パージにより吸着残留物が十分に除去されず、汚染源が
CVD装置に持ち込まれたためであると推測できる。
【００２７】これに対して実施例は比較例に比べボート
位置による容量増加率のばらつき及び半導体ウエハ上で
のばらつきが小さい。また容量増加率そのものも比較例
に比べると２０％程大きい。これは実施例ではエッチン
グ終了後に自然酸化膜が再成長せず、マイクロ波によっ
て半導体ウエハ上のH2O、CH3COOH及び副生成物が完全に
除去されたためであると推測できる。また、実施例と比
較例とでエッチング工程に要するトータル時間を比較す
ると、実施例の方が４０％も短縮されることが判る。
【００２８】
【効果】本発明に従うエッチング装置及び方法によれ
ば、半導体シリコン基板若しくはアモルファスシリコン
上の自然酸化膜及びケミカルオキサイドを気相HFエッチ
ングすることができ、N2パージボックス若しくは真空ロ
ードロック室を備えたCVD装置とのインテグレーション
が容易になった。
【００２９】また、本発明に従うエッチング装置及び方
法によれば、エッチング終了後に半導体ウエハ表面に吸
着残留したH2O、CH3OH、若しくはCH3COOH及び副生成物
が効果的に除去されCVD装置の汚染が防止されること
で、再現性の高い安定したプロセスが可能となった。
【００３０】さらに、本発明に従うエッチング装置及び
方法によれば、汚染源である吸着残留したH2O、CH3OH、
若しくはCH3COOH及び副生成物を短時間で除去すること
ができ生産性を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好適実施例の略示断面図であ
る。
【符号の説明】
1 反応チャンバ 2 ウエハ支持ボート 3 ガス導入口 4 半導体ウエハ 5 排気口 6 排気口 7 圧力計 8 質量流量制御装置 9 質量流量制御装置 10 導波管 11 マグネトロン 12 ガスソース 13 ガスソース 14 ボールネジ 15 移動体 16 ボートエレベータチャンバ 17 真空ロードロック室 18 駆動モータ 19 シールフランジ 20 開口部 21 ゲートバルブ 22 アプリケータ 30 弾性体

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体ウエハをエッチング処理する装置で
    あって、 反応チャンバと、 前記反応チャンバを真空排気するための排気手段と、 前記反応チャンバ内で少なくとも１枚の前記半導体ウエ
    ハを支持するためのウエハ支持ボート手段と、 前記反応チャンバ内に反応ガスを導入するためのガス導
    入手段と、 前記反応チャンバに結合されたマイクロ波を生成するた
    めのマイクロ波生成手段であって、前記マイクロ波はエ
    ッチング終了後に前記半導体ウエハ上に吸着残留する物
    質を脱離除去するよう前記反応チャンバの大気側から照
    射されるところの手段と、から成る装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の装置であって、前記反応
    チャンバ及びウエハ支持ボート手段はHFに耐食性があり
    かつマイクロ波を透過する物質から成る、ところの装
    置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の装置であって、前記反応
    チャンバ及びウエハ支持ボート手段はAl2O3又はポリプ
    ロピレンから成る、ところの装置。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の装置であって、前記マイ
    クロ波の周波数は2.45GHzである、ところの装置。
  5. 【請求項５】請求項１に記載の装置であって、前記反応
    ガスは、H2O、CH3OH、CH 3COOHのうち少なくとも１種類
    のガスとHFガスから成る、ところの装置。
  6. 【請求項６】反応チャンバと、前記反応チャンバを真空
    排気するための排気手段と、前記反応チャンバ内で少な
    くとも１枚の前記半導体ウエハを支持するためのウエハ
    支持ボート手段と、前記反応チャンバ内に反応ガスを導
    入するためのガス導入手段と、前記反応チャンバに結合
    されたマイクロ波を生成するためのマイクロ波生成手段
    とから成るバッチ式エッチング装置を使って、半導体ウ
    エハをエッチング処理する方法であって、 前記反応チャンバを前記排気手段によって真空排気する
    工程と、 前記ガス導入手段によって所定の圧力になるまで反応ガ
    スを導入する工程と、 複数の半導体ウエハを所定の時間エッチング処理する工
    程と、 前記エッチング処理の後に反応チャンバを真空排気する
    工程と、 前記マイクロ波生成手段によって複数の半導体ウエハに
    対し所定の時間マイクロ波を照射する工程と、から成る
    方法。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の方法であって、前記反応
    チャンバ及びウエハ支持ボート手段はHFに耐食性があり
    かつマイクロ波を透過する物質から成る、ところの方
    法。
  8. 【請求項８】請求項６に記載の方法であって、前記反応
    チャンバ及びウエハ支持ボート手段はAl2O3又はポリプ
    ロピレンから成る、ところの方法。
  9. 【請求項９】請求項６に記載の方法であって、前記マイ
    クロ波の周波数は2.45GHzである、ところの方法。
  10. 【請求項１０】請求項６に記載の方法であって、前記反
    応ガスは、H2O、CH3OH、CH3COOHのうち少なくとも１種
    類のガスとHFガスから成る、ところの方法。
  11. 【請求項１１】請求項６に記載の方法であって、さら
    に、前記マイクロ波を照射する工程の後にN2ガスによっ
    て反応チャンバ内をパージする工程を含む、ところの方
    法。
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