JP4010307B2 - 表面処理方法及びその装置 - Google Patents
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Description
ところで、このように各種の処理工程を行なうにあたり、半導体ウエハを処理装置間に搬送することからウエハが大気に晒されることは避けられず、そのため、ウエハ面の大気に晒される部分に大気中の酸素や水分に起因して自然酸化膜が発生することは避けられない。この自然酸化膜は、膜質、例えば電気的特性等を劣化させることから、上記した成膜工程等の前処理として、上記自然酸化膜をウエハ面から除去する表面処理が行なわれる場合がある。
そこで、このような問題を解決するために、上記したような薬液によるウェット洗浄に替えて、エッチングガスを用いて自然酸化膜を除去する、いわゆるドライエッチング法が、特許文献1や特許文献2等に示すように提案されている。
また、上記特許文献2に示す処理方法は、H2 ガスとH2 Oとをプラズマ化し、このダウンフローにNF3 ガスを添加させて自然酸化膜を除去しようとするものであるが、この場合には、H2 O(水蒸気)を導入していることから、逆に自然酸化膜が除去される以上に新しく発生してしまうという危惧があり、事実、本発明者による検証では自然酸化膜の除去は十分ではなかった。
そして、ここで活性ガス化されたNF3 ガス等が載置台上に載置された被処理体の表面と接触し、これらの活性ガス種が被処理体の表面の自然酸化膜と反応して保護膜を形成することになる。このようにして、自然酸化膜と反応させて保護膜を形成したならば、各種のガスの供給を断つと共にプラズマの形成を停止し、処理容器内の残留ガスを排除する。
この場合、プラズマ形成部は、マイクロ波発生源と導波管とにより構成して、マイクロ波によりプラズマを発生させてもよいし、或いはRF波を発生する高周波発生源と誘導コイルとにより構成して、RF波によりプラズマを発生させるようにしてもよい。
また、処理容器内には、載置台の上方に傘状の覆い部材を設け、活性ガス種のダウンフローが効率的に被処理体の表面に流れ込むようにしてもよい。
N2 ガスとH2 ガスをプラズマにより活性化し、この活性ガス種によりNF3 ガスを活性化して、これらと被処理体表面の自然酸化膜とを反応させて保護膜を形成し、その後、加熱によりこの保護膜を昇華させるようにしたので、薬液を用いることなく被処理体表面上の自然酸化膜を容易に除去乃至クリーニングすることができる。
また、NH3 ガスは用いていないので、NF3 ガスの他は、除害設備を設ける必要がなく、設備コストを削減することができる。
図1は本発明の表面処理装置を示す構成図、図2はNF3 ガス供給部を示す平面図である。
図示するようにこの表面処理装置12は、N2 ガスとH2 ガスの混合ガスをプラズマにより活性化するプラズマ形成管14と、被処理体である半導体ウエハWに対して自然酸化膜を除去するための所定の表面処理を行なう処理容器16を主に有している。
また、載置台20の下方の処理容器底部には、載置台20の径と略同等の照射口26が形成されており、この照射口26には、下方に凸状に断面円弧状に成形された石英製の透過窓28がOリング管のシール部材30を介して気密に設けられている。
また、処理容器16の側壁には、搬出入口38が設けられており、ここにはウエハWの搬出入時に開閉されるゲートバルブ40が設けられる。
そして、この流出口64の直下には、NF3 ガスを供給するためのNF3 ガス供給部68が設けられる。具体的には、このNF3 ガス供給部68は、図2にも示すように石英製のリング状のシャワーヘッド70を有し、このシャワーヘッド70には多数のガス孔72が形成されている。このシャワーヘッド70には、連通管74を接続してこれを容器側壁より外部へ取り出し、これにガス通路76を接続している。このガス通路76は、例えばマスフローコントローラのような流量制御器78を介してNF3 ガスを充填するNF3 ガス源80に接続されている。
まず、被処理体である半導体ウエハWを、開放されたゲートバルブ40を介して処理容器16内に導入し、これを載置台20上に載置する。このウエハWには、例えば前段階でコンタクトホール2(図6(A))等が形成されており、その底部の表面に自然酸化膜が発生している。図3(A)は、シリコンウエハWの表面のコンタクトホールの底部等に付着発生した自然酸化膜10を示す拡大図である。
この加熱により、上記保護膜82は、図3(C)に示すようにSi、N、H、F、Oの混じった分子84となって昇華して行く。これにより、ウエハWの自然酸化膜10が除去されてウエハ表面にSi面が現れることになる。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が1mTorr以下、プロセス時間は2分程度である。
また、NF3 ガスを供給するシャワーヘッド70は、プラズマ形成管14の下端の流出口64の所に設けたが、これに限定されず、導波管60を設けた位置よりもダウンフローの下流側ならばどこに位置させてもよい。その理由は、プラズマ内にNF3 ガスが存在すると、これが過度に活性化されて石英製のプラズマ形成管14を激しくエッチングするからである。
また、ここではシリコン表面上の自然酸化膜の除去を例にとって説明したが、これに限定されず、金属シリサイド上に発生した自然酸化膜、例えばWSix、TiSix、CoSix、AlSix、NiSix上に発生した自然酸化膜を除去する際にも本発明を適用できるのは勿論である。
更に、マイクロ波及びRF波の周波数は、ここで説明したものに限定されず、他の周波数のものを用いてもよいのは勿論である。
12 表面処理装置
14 プラズマ形成管
16 処理容器
20 載置台
32 加熱手段
36 加熱ランプ
44 プラズマガス導入部
52 N2 ガス源
54 H2 ガス源
56 プラズマ形成部
58 マイクロ波発生源
60 エベンソン型の導波管
66 覆い部材
68 NF3 ガス供給部
70 シャワーヘッド
80 NF3 ガス源
82 保護膜
86 高周波発生源
88 誘導コイル
W 半導体ウエハ(被処理体)
Claims (20)
- プラズマ形成部を有するプラズマ形成管と、
該プラズマ形成管内にN 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスを供給するプラズマガス導入部と、
前記プラズマ形成管に接続されて、内部に被処理体を載置する載置台を設けた処理容器と、
前記載置台上の被処理体に向かってフローするガスの流れに関して前記プラズマ形成部より下流であって前記載置台の上方に設けられたガス孔を有し、このガス孔からNF 3 ガスを流出させることにより、前記N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスが前記プラズマ形成管内でプラズマ化されることにより形成され前記載置台上の被処理体に向かって流れる活性ガス種のダウンフロー中にNF 3 ガスを添加するNF 3 ガス供給部と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
を備えたことを特徴とする表面処理装置。 - 前記プラズマ形成管は石英により形成されていることを特徴とする請求項1記載の表面処理装置。
- 前記プラズマ形成部は、RF波を発生する高周波発生源と、このRF波を前記プラズマ形成管内へ導入する誘導コイルとよりなることを特徴とする請求項1又は2記載の表面処理装置。
- 被処理体を載置する載置台を設けた処理容器と、
前記処理容器に接続され、N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスの活性種を前記処理容器に供給するプラズマ形成管と、
前記プラズマ形成管に接続され、前記N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスを導入するプラズマガス導入部と、
前記プラズマガス形成管に設けられ、前記プラズマガス導入部より導入された前記N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスをプラズマ化して、該N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスの活性種を生成するプラズマ形成部と、
前記載置台の上方に設けられ前記プラズマ形成管より前記処理容器内へ供給されるN 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスの活性種の流れの方向に沿ってNF 3 ガスを供給するNF 3 ガス供給部と、
前記被処理体を加熱する加熱手段と、
を備えたことを特徴とする表面処理装置。 - 前記NF 3 ガス供給部は、前記プラズマ形成管の下流側に設けられることを特徴とする請求項4記載の表面処理装置。
- 前記NF 3 ガス供給部は、前記プラズマ形成管の下端の流出口に設けられることを特徴とする請求項4又は5記載の表面処理装置。
- 前記NF 3 ガス供給部は、ノズル、格子状、シャワーヘッド状の内の一つの形状で形成されることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の表面処理装置。
- 前記プラズマ形成部は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、発生したマイクロ波を前記プラズマ形成管内へ導入する導波管とよりなることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載の表面処理装置。
- 前記プラズマ形成部は、RF波を発生する高周波発生源と、該高周波発生源に整合回路を介して接続され、このRF波を前記プラズマ形成管内へ導入する誘導コイルとよりなることを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載の表面処理装置。
- 前記載置台の上方には、前記プラズマ形成管の流出口と連通された傘状の覆い部材が設けられていることを特徴とする請求項4乃至9のいずれかに記載の表面処理装置。
- 表面に形成された酸化物を有する被処理体を処理容器内で処理する表面処理方法であって、
(a)前記処理容器内にN 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスをプラズマ化し、該N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスの活性ガス種を形成して供給する工程と、
(b)前記処理容器内に供給された前記N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスの活性ガス種の流れ方向に沿って、前記被処理体の上方からNF 3 ガスを添加して前記活性ガス種によりNF 3 ガスを活性化する工程と、
(c)前記N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガス及びNF 3 ガスの活性ガス種と前記被処理体に形成する酸化物とを反応させることにより保護膜を形成する工程と、
(d)前記被処理体を所定の温度に加熱して前記保護膜が加熱されることにより前記保護膜を分子として昇華させて除去する工程と、
を備えたことを特徴とする表面処理方法。 - 表面に形成された酸化物を有する被処理体を処理容器内で処理する表面処理方法であって、
(a)前記処理容器内にN 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスをプラズマ手段によりプラズマ化し、該N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスの活性ガス種を形成して供給する工程と、
(b)前記処理容器内に供給された前記N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスの活性ガス種の流れ方向に沿って、前記被処理体の上方からNF 3 ガスを添加して前記活性ガス種によりNF 3 ガスを活性化する工程と、
(c)前記N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガス及びNF 3 ガスの活性ガス種と前記被処理体に形成する酸化物との反応により、前記活性ガス種を含む保護膜を形成する工程と、
(d)前記被処理体を所定の温度に加熱して前記保護膜が加熱されることにより前記保護膜を分子として昇華させて除去する工程と、を備え、
前記(a)〜(c)の各工程は、前記被処理体を加熱しないで行われることを特徴とする表面処理方法。 - 前記(c)工程の終了後、N 2 ガスとH 2 ガスの混合ガス、NF 3 ガスのそれぞれのガス供給及びプラズマを停止し、前記処理容器内を真空引きして残留ガスを排除する工程を有することを特徴とする請求項12記載の表面処理方法。
- 前記活性ガス種を含む保護膜は、Si,N,H,F,Oを含むことを特徴とする請求項11乃至13のいずれかに記載の表面処理方法。
- 前記プラズマは、マイクロ波または高周波で発生されるプラズマであることを特徴とする請求項11乃至14のいずれかに記載の表面処理方法。
- 前記(d)工程において、前記被処理体の温度は、100℃以上であることを特徴とする請求項11乃至15のいずれかに記載の表面処理方法。
- 前記(d)工程において、前記処理容器内の圧力は、100mTorr以下であることを特徴とする請求項11乃至16のいずれかに記載の表面処理方法。
- 前記(a)〜(c)の各工程は、加熱されていない状態で行われることを特徴とする請求項11乃至17のいずれかに記載の表面処理方法。
- 被処理体の表面に形成された酸化膜を除去する表面処理方法において、
プラズマ形成領域においてN 2 ガスとH 2 ガスの混合ガスをプラズマ化することにより活性化して活性ガス種を形成する工程と、
前記被処理体に向かってフローするガスの流れに関して前記プラズマ形成領域より下流の領域において前記被処理体に向かって流れる前記活性ガス種のダウンフロー中にNF 3 ガスを添加してNF 3 ガスを活性化する工程と、
形成されたNF 3 ガスの活性ガス種を被処理体の表面に晒してこれを前記酸化膜と反応させて生成物を形成する工程と、
前記被処理体を所定の温度に加熱することにより前記生成物を除去する工程、とを備えたことを特徴とする表面処理方法。 - 生成物を除去する工程の前記所定の温度は100℃以上であり、且つ圧力は100mTorr以下であることを特徴とする請求項19記載の表面処理方法。
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