JP4124543B2

JP4124543B2 - Surface treatment method and apparatus

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Publication number: JP4124543B2
Application number: JP32062799A
Authority: JP
Inventors: 林保男小; 谷光太郎宮; 川薫前
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1999-11-11
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: JP2000208498A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理体、例えば半導体ウエハ、の表面に形成された酸化膜、付着した汚染物等、特に自然酸化膜や付着した酸化物を除去する表面処理方法及びそれに用いる表面処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体集積回路（以下、半導体素子という）の製造工程においては、被処理体である半導体ウエハ等の基板に対して、所定の成膜処理とパターンエッチング処理等を繰り返し実施し、該基板上に多数の半導体素子を形成する。
【０００３】
このように被処理体に対して、所定の処理を実施する際には、被処理体（例、半導体ウエハ（以下“ウエハ”という））は各処理装置間で搬送されることが必要である。このことから、ウエハを大気に曝すことを避けることは、現実的に困難であった。ウエハが大気に曝されると、ウエハの表面は大気中の酸素や水分と反応し、その結果、その表面上にはいわゆる自然酸化膜が発生し易かった。また、各種処理中に、大気、処理気体あるいは処理液等に起因して、ウエハの表面上には、いわゆる化学酸化物（Chemical Oxide）等の汚染物が付着するおそれがあった。
【０００４】
このような自然酸化膜及び汚染物は、半導体素子の特性、例えば電気的特性、を劣化させる原因となる。この原因を避けるために、ウエハに対する成膜処理等の前処理として、ウエハ表面上の自然酸化膜等を除去するための表面処理が行なわれる。
【０００５】
従来、自然酸化膜等を除去するための前記表面処理としては、ウエハを薬液中に浸漬し、ウエハの表面の自然酸化膜等を除去する、いわゆるウェット洗浄が一般的に採用されてきた。半導体素子の高集積化が進むにつれて、素子サイズ、例えばその線幅、コンタクトホール径あるいはビアホール径、は微細となる。例えば、コンタクトホールのアスペクト比が大となるとともに、その径は０．２〜０．３μｍ程度、あるいはそれ以下（例えば、０．１２μｍ）になりつつある。この微細な素子構造のために、上記ウェット洗浄においては、薬液がこのような微細なコンタクトホール内に十分に浸み込まない、あるいはコンタクトホール中に入った薬液がその表面張力のためにそこから排出されない、という事態が生じていた。このためコンタクトホールの底部に形成されていた自然酸化膜が十分に除去されることができない、ウォータマークを生じる、などの重大な問題点が生じていた。
【０００６】
さらに、複数層からなる積層構造を有する被処理体がウェット洗浄される場合、そのコンタクトホール壁面を構成する各層のエッチングレートが異なることから、ホール壁面に凹凸になる等の問題点も生じていた。
【０００７】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）には、ウエハＷ上の積層構造に形成された、ドレインやソースに電気的にコンタクトするためのコンタクトホール３０２が示されている。図１０（ａ）に示されたホール径Ｄは、０．２〜０．３μｍ程度である。このホール３０２の壁面は、図１０（ａ）に示されるように、複数の成膜工程により形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）よりなる多層構造、例えば３層構造、である。この３層構造において、例えば、第１層目のＳｉＯ₂膜３０４は熱酸化により形成された膜であり、第２層目のＳｉＯ₂膜３０６はスピンコート法により形成されたリンドープドガラスであり、第３層目のＳｉＯ₂膜３０８はシリカガラスにより形成された膜である。図１０（ａ）に示されるように、自然酸化膜３１０がコンタクトホール３０２の底部に発生している。
【０００８】
このような多層構造の成膜層における、各層の、ウェット洗浄のための薬液に対するエッチング速度は、それぞれ異なる。自然酸化膜３１０を除去するために、ウェット洗浄を実施した後、図１０（ｂ）に示されるように、ホール３０２の側壁には、前述したエッチング速度の差に起因した凹凸３０９が発生し、あるいは薬液が各層間の境界部分に浸入し易いことから、この境界部分が過度にエッチングされる（切込み部分参照）、といった問題点を、従来のウェット洗浄は有していた。
【０００９】
そこで、従来のウェット洗浄におけるこのような問題点を解決するために、エッチングガスを用いて被処理体上の自然酸化膜を除去する方法、いわゆるドライ洗浄（エッチング）法が提案されている（例えば、特開平５−２７５３９２号公報、特開平６−３３８４７８号公報、特開平９−１０６９７７号公報参照）。
【００１０】
図１１には、上記した特開平５−２７５３９２号公報に示されたような従来のＳｉＯ₂膜をドライエッチングする方法が示されている。このドライエッチング方法を使用して、被処理体上の自然酸化膜を除去するドライ洗浄方法が説明される。図１１のドライエッチング装置において、開閉弁４５０は閉じられて、Ａｒガス源４５４からのＡｒガスは遮断されたままとされる。開閉弁４３６，４３８が開けられ、ＮＦ₃ガス源４４４とＨ₂ガス源４４６とから、流量制御器（ＭＦＣ）４４０，４４２による流量調整を介して、ＮＦ₃ガスとＨ₂ガスが配管４３２へ送り込まれる。配管４３２において、両ガスは、例えばＮＦ₃／Ｈ₂混合比１：２、全圧２６．６Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ）の混合ガスとなる。マグネトロンから周波数２．４５ＧＨｚ、パワー５０Ｗのマイクロ波が、マイクロ波動波管４４８を介して供給され、混合ガスは配管４３２内でプラズマ化される。このプラズマ化において生成されたフッ素活性種Ｆ^*、水素活性種Ｈ^*、窒素活性種Ｎ^*は、この配管４３２内をチャンバ４１０に向けて移動し、チャンバ４１０内のバッファ室４３０に入り、その多孔板４２８を通ってダウンストリーム状にサセプタ４１２上に載置されたウエハＷ上に供給される。このウエハＷは、冷却媒体供給装置４１８からサセプタ４１２に供給される常温以下に冷却された冷却媒体により冷却される。プラズマにより活性化された活性種Ｆ^*、Ｈ^*、Ｎ^*は、冷却されたウエハＷ上に降り、ウエハＷ表面上の自然酸化膜に吸着されてＳｉＯ₂と反応する。この反応による生成物は、気化してチャンバ４１０の底部に設けられた排気口４６０から真空ポンプ４６６に吸引されて系外へ排気される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のプラズマによって生成されたフッ素活性種Ｆ^*、水素活性種Ｈ^*、窒素活性種Ｎ^*により、冷却されたウエハ表面の自然酸化膜を除去する方法（特開平５−２７５３９２号公報）では、ＮＦ₃がプラズマ化されることによって、分解され、その結果、Ｆ^*、Ｎ^*が形成されるため、ＮＦ₃の活性ガスが効率よく形成されることができない。また、Ｈ₂ガスは、単独状態ではプラズマ状態を維持することが難しい特性をもつため、必ずしも自然酸化膜の除去に十分なエッチングレートを得ることが難しい。
【００１２】
また、他のドライ洗浄による自然酸化膜の除去方法（特開平６−３３８４７８号、特開平９−１０６９７７号公報）は、いずれもＨ₂ガスを単独で使用するため、十分に自然酸化膜を除去するために必要なエッチングレートを確保するのが困難であった。
【００１３】
本発明の表面処理方法とその装置は、このような従来の自然酸化膜等の酸化膜除去方法の問題点を解決することを目的とする。本発明においては、１０〜２０オングストローム程度の膜厚の酸化膜を被処理体の表面から除去するために、Ｈ₂ガスとＮ₂ガスをプラズマガスとし、このプラズマ化したこれらの混合ガスの活性種のフロー中にＮＦ₃ガス（反応ガス）が添加される。被処理体を常温以下に冷却され、被処理体上の酸化膜は該反応ガスと反応し、反応膜が形成される。その後、被処理体は所定温度以上に加熱され、被処理体の表面に形成された反応膜は除去される。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、処理容器内に、その表面上に酸化膜を有する被処理体を搬入する工程と、該処理容器内を真空排気する工程と、ＮとＨを含むガスをプラズマ発生部に導入し、及び該ガスをプラズマ化して活性化することにより、それぞれの活性ガス種を形成する工程と、該活性ガス種を被処理体に向けてフローさせ、及びフローしている該活性ガス種にＮＦ₃ガスを添加することにより、ＮＦ₃ガスの活性化されたガスを形成する工程と、該被処理体を所定の温度以下に冷却する工程と、該ＮＦ₃ガスの活性化されたガスを該被処理体の表面上の該酸化物と反応させることにより、該酸化物を変質させる工程と、からなることを特徴とする表面処理方法が提供される。
【００１５】
この表面処理方法において、該ＮとＨを含むガスは、Ｎ₂ガスとＨ₂ガスとの混合ガスであり、該酸化物を変質させる工程に続いて、該Ｎ₂ガス、Ｈ₂ガス及び該ＮＦ₃ガスの該処理容器への供給を停止し、及び該被処理体を所定の温度に加熱することにより、該反応膜を昇華させる工程と、真空排気を停止し、及び酸化膜を除去した該被処理体を該処理容器から搬出する工程と、を、さらに具備する。
【００１６】
また、この表面処理方法において、該被処理体を冷却する所定の温度は、常温以下にする。
【００１７】
また、この表面処理方法において、該被処理体を冷却する所定の温度は、２０゜Ｃ乃至−２０゜Ｃの範囲とする。
【００１８】
また、この表面処理方法において、該被処理体を冷却する所定の温度は、１０゜Ｃ乃至−２０゜Ｃの範囲とする。
【００１９】
また、この表面処理方法において、該反応膜を昇華させる所定の加熱温度は、１００゜Ｃ以上の温度とする。
【００２０】
また、本発明では、プラズマ形成用ガスをプラズマ化するプラズマ発生部と、該プラズマ発生部に接続され、その内部に被処理体を載置する載置台を設けた処理容器と、該載置台に載置された被処理体を所定の温度に冷却する手段と、該処理容器内で該被処理体を加熱位置に上昇させる昇降手段と、該被処理体を該加熱位置で所定の温度に加熱する加熱手段と、を有する表面処理装置が提供される。
【００２１】
また、この表面処理装置は、被処理体の表面に形成された自然酸化膜を除去するための装置である。
【００２２】
また、この表面処理装置は、該プラズマ発生部にプラズマ形成用ガスとしてのＮ₂ガスとＨ₂ガスを供給するプラズマ形成用ガス導入部と、該プラズマ発生部で活性化され、被処理体に向けてフローしているＮ₂ガスとＨ₂ガスの活性ガス種に、ＮＦ₃ガスを添加するＮＦ₃ガス供給部と、をさらに具備し、ここにおいて、該ＮＦ₃ガスの添加により、ＮＦ₃ガスの活性化されたガスが形成され、該ＮＦ₃ガスの活性化されたガスを該被処理体上の表面層と反応させ、該表面層を変質させる。
【００２３】
また、この表面処理装置において、該載置台に載置された被処理体を冷却する所定の温度は、常温以下である。
【００２４】
また、この表面処理装置において、該載置台に載置された被処理体を冷却する所定の温度は、２０゜Ｃ乃至−２０゜Ｃの範囲である。
【００２５】
また、この表面処理装置において、該載置台に載置された被処理体を冷却する所定の温度は、１０゜Ｃ乃至−２０゜Ｃの範囲である。
【００２６】
また、この表面処理装置において、該被処理体を該加熱位置で加熱する所定の温度は、１００゜Ｃ以上の温度である。
【００２７】
また、この表面処理装置において、該ＮＦ₃ガス供給部は、該処理容器の内壁に設けられた多数のガス噴出口孔を備える。
【００２８】
また、この表面処理装置において、該ＮＦ₃ガス供給部は、該処理容器内に設けられた多数のガス噴出孔をもつ、例えばリング状又は格子状のシャワーヘッドを備える。
【００２９】
また、この表面処理装置において、該ＮＦ₃ガス供給部は、前記プラズマ発生部の端から被処理体の方向に少なくとも２０ｃｍ離れた位置で前記ＮＦ₃ガスを該活性ガス種に添加する。
【００３０】
また、この表面処理装置において、該加熱手段は、該被処理体の上方に設けられた熱放射手段である。
【００３１】
また、この表面処理装置において、該加熱手段は、該被処理体の上方に設けられた加熱ランプである。
【００３２】
さらに、本発明では、該表面処理装置に、搬送チャンバを介して、１個あるいは複数個の金属配線形成チャンバ、加熱チャンバ、及びロードロックチャンバを、被処理体が非反応性雰囲気中で搬送されるように、設けたクラスタ装置が提供される。
【００３３】
このクラスタ装置において、搬送チャンバを介して、１個あるいは複数個の金属配線形成チャンバ、加熱チャンバ、冷却チャンバ及びロードロックチャンバを、被処理体が非反応性雰囲気中で搬送されるように設ける。
【００３４】
また、このクラスタ装置において、該金属配線形成チャンバは、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ｗ、ＷＮ、Ｃｕ、Ｔａ、ＴａＮ、ＳｉＮの内の少なくとも一つの膜を形成するためのチャンバである。
【００３５】
また、このクラスタ装置において、該金属配線形成チャンバは、少なくとも１００℃以上の温度に該被処理体を加熱する手段を具備している。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の表面処理方法及び表面処理装置の実施の形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
まず、表面処理（酸化物除去）装置の実施の形態を説明する。
【００３８】
図１は、本発明の表面処理装置の概念構成図である。該表面処理装置は、被処理体（例、半導体ウエハ）（以下、「ウエハＷ」という）の表面に発生した、膜厚が１０〜２０オングストローム以下の汚染物（例、自然酸化膜、あるいは意図することなく自然にその表面に付着あるいは形成された化学酸化物、以下、「自然酸化膜」という）の除去に用いられることができる。図１に示される表面処理装置１は、Ｎ₂ガスとＨ₂ガスとの混合ガスをプラズマ化し、該ガスを活性化するプラズマ形成管３０と、ウエハＷの表面に発生した自然酸化膜を除去するため処理容器１０と、ＮＦ₃ガス源からＮＦ₃ガス（反応ガス）を処理容器１０内に供給する反応ガス供給管２６と、を備えている。
【００３９】
処理容器１０は、アルミニウム材料から構成されることができ、その内壁は石英（ＳｉＯ₂）製ライニング１３，１４が設けられることにより、金属汚染、浸蝕等から保護されることができる。この処理容器１０は、筒状のハウジング体であることができ、その横断面は、円形、方形、多角形など、種々の形状とすることができる。この処理容器１０の底部には、所定厚の底板１２が固定される。この底板１２上には、基台２９が配置されることができる。この基台２９上には円筒状のウエハ載置台（サセプター）２０が設けられることができる。ウエハＷはウエハ載置台２０の上面に載置され、石英製のクランプリング２１により係止されることができる。円筒状の載置台２０の内部には、冷却媒体（チラー）を収納するジャケット（あるいはパイプ）２２と熱交換体２３が設けられる。ジャケット（あるいはパイプ）２２は熱交換体２３と一体的に設けられてもよい。冷却媒体供給装置４２から冷却媒体が冷却管路４３を介してジャケット（あるいはパイプ）２２内に供給され、ウエハＷは所定温度、例えば常温以下、に冷却される。
【００４０】
載置台２０には、後述するように、ウエハリフト手段が設けられることができる。このウエハリフト手段は、ウエハＷを加熱する際に、ウエハＷを載置台２０から所定の加熱ポジション（Ｌ₂）に上昇させ、所定の処理の後、ウエハＷを再度下降させ載置台に戻す機構であり、ピン駆動機構２５、支持ピン２４ａ、及びアーム２４を具備することができる。このウエハリフト手段の一例が、図２（ａ）、２（ｂ）に示されている。処理容器１０の下部に設けられた基台２９の下面に、液圧シリンダ２５（ピン駆動機構）を配設し、そのシリンダロッド２５ａの先端部に馬蹄形状の支持片２４ｂが固着される。この支持片２４ｂから半径方向内方に延出されたアーム２４の所定個所、（例、３カ所）に支持ピン２４ａが固定される。支持ピン２４ａは、上方に突出した先端部に尖頭部を有することができ、この尖頭部でウエハＷを３点で水平に支持する。熱放射手段（例、加熱ランプ）１９によるウエハ加熱時に、ウエハＷはウエハリフト手段により、図１に示される加熱ポジション（Ｌ₂）まで上昇（ＵＰ）させられる。
【００４１】
処理容器１０の底部に固定された底板１２の周縁部には、排気管（例、４個の排気管）４０が設けられることができる。これらの排気管４０に接続された排気手段（例、真空ポンプ）４１により処理容器１０内は真空排気される。
【００４２】
処理容器１０の上部には、頂板１１（例、アルミニウム材製）が固定されることができる。頂板１１には、シール部材（例、ゴム製Ｏ−リング）１７を介して、フランジ部１６を備えた石英製の覆い（ドーム）１５が設けられることができる。覆い１５は、石英製のプラズマ形成管３０と一体に形成されることができ、その形状は、ドーム形状のみならず、平坦な形状、など種々の形状とされることができる。シール部材１７が設けられたシール部には、圧力センサ等の監視機器が配置されることができる。これらの監視機器により、シール部の締付圧力、シール部からのガス漏洩の有無、などが監視される。
【００４３】
ウエハＷを上から加熱するための熱放射手段として、覆い１５の上方に、多数の加熱ランプ１９が設けられることができる。加熱ランプ１９は、急速にウエハＷを加熱することが出来るようにするために、ハロゲンランプとされることができる。これらの加熱ランプ１９から放出される熱線は、透明な石英製のドーム１５を透過して、加熱位置に上昇されたウエハＷの表面に入射し、ウエハＷを１００゜Ｃ以上の温度（例、１２０゜Ｃ）に加熱する。
【００４４】
加熱ランプ１９を金属等からなるカバー１８により覆うことにより、加熱ランプ１９から外部へ放射される熱線及び光線を遮断することができるとともに、石英製のドーム１５が仮に破損した場合でも、プラズマガスあるいは反応ガスが外部への拡散、あるいは漏出を防ぐことができる。
【００４５】
処理容器１０の側壁には、搬送室、ロードロック室等と連通するゲートバルブ１０ａが設けられる。ゲートバルブ１０ａはウエハＷの搬出入時に開閉される。
【００４６】
ここで、ＮＦ₃ガスは、金属面をほとんどエッチングしないので、ゲートバルブ１０ａの内面を石英により保護することは、通常必要ない。一般に、処理容器の金属内面を石英により被覆するのは、金属表面がプラズマで活性化された活性化種の寿命が短かくなることを防ぐために実施される。この意味で、ゲートバルブ１０ａの内面も石英で被覆されることが好ましい。
【００４７】
プラズマガスを形成するための石英製のプラズマ形成管３０が、石英製の覆い１５の上部中央に溶融接合等により一体化されて設けられることができ、プラズマ形成管３０は覆い１５の中央で処理容器１０に開口し、プラズマは開口から処理容器１０に導入される。プラズマガスの形成及び導入のために、均一な表面処理を可能とする、いずれの構成も採用されることが出来る。例えば、覆い１５の中央からズレた位置からプラズマを導入する構成や、処理容器１０の側部からプラズマを導入する構成も採用されることができる。
【００４８】
このプラズマ形成管３０の上端部には、プラズマ形成用ガスの導入部３３が接続される。Ｎ₂ガス源３５及びＨ₂ガス源３６から、流量制御器（ＭＦＣ）３４４を介して、ガス通路３３ａにＮ₂ガスとＨ₂ガスが供給される。これらの混合ガス（Ｎ₂＋Ｈ₂）は、導入部３３を通って、プラズマキャビティ３１内部のプラズマ形成管３０のプラズマ発生部へ供給される。
【００４９】
プラズマキャビティ３１には、マイクロ波発生源３２が接続されることができる。このマイクロ波発生源３２で発生したマイクロ波（例、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）はプラズマキャビティ３１に印加され、プラズマ形成管３０内でプラズマ形成用ガスを励起し、Ｎ₂とＨ₂との混合ガスを活性化し、Ｎ^*ラジカルとＨ^*ラジカルの活性ガス種を形成する。それらの活性ガス種はプラズマ形成管３０の開口部３０ａから処理容器１０内に供給される。
【００５０】
プラズマ形成管３０の開口部３０ａの下方の位置Ｌ₁に、ＮＦ₃ガスを供給する多数のガス噴出孔２６ａが設けられている。この位置Ｌ₁は、プラズマ形成管３０（プラズマ発生部）のプラズマキャビティ３１の下端から少くとも２０ｃｍ以上の位置が好ましく、更に３０ｃｍ以上の位置が好ましい。ＮＦ₃ガス源２８、流量制御器（ＭＦＣ）２７、導通管２６、処理容器１０の外壁の周囲を囲んで設けられた配管２６ｂ、及び処理容器１０の壁を貫通して設けられた導通管２６ｃを介して、所定流量のＮＦ₃ガスが、ガス噴出孔２６ａに供給されることができる。
【００５１】
図１において、ガス噴出孔２６ａは、処理容器１０の内壁面から僅かに内方に突出させた構造として示されている。しかし、このガス噴出孔２６ａ、及び導通管２６からガス噴出孔２６ａに至るガス供給構造は、図１に示された構造に限定されることはない。
【００５２】
図８にガス供給構造の他の実施の態様が説明されている。図８において、配管２６ｂ及び導通管２６ｃは、アルミニゥムで製造されることができる処理容器１０の壁内部に設けられる。この配管２６ｂ及び導通管２６ｃは、処理容器１０の壁内部において、該壁と一体的な構造とされることができる。図８において、ガス噴出孔２６ａは、処理容器１０の内壁面から突出させない構造とされている。この構造は、ガスを処理容器内に均一に拡散されることができるとともに、上流からのプラズマガスの流れを乱さない。
【００５３】
図１に示されたガス噴出孔２６ａの代替の構造として、シャワーヘッド２６１ｂが図３（ａ）に示されている。このシャワーヘッド２６１ｂはリング状であり、石英により作られている。シャワーヘッド２６１ｂは多数のガス噴出孔２６１ａを有している。これらのガス噴出孔２６１ａは、シャワーヘッド２６１ｂの円周上で、下方（載置台２０の方向）、横方向、あるいは斜め方向に向って設けられることができる。導通管２６１がリング状のシャワーヘッド２６１ａに接続される。このシャワーヘッド２６１ａは、処理容器１０内の所定位置に水平に配設され、ＮＦ₃ガスが処理容器１０内に供給される。
【００５４】
図３（ｂ）には、多数のガス噴出孔２６２ａを有する格子状のシャワーヘッド２６２ｂが示されている。この格子状のシャワーヘッド２６２ｂにおいても、ガス噴出孔２６２ａは、下方、横方向、あるいは斜め方向に向って設けられることができる。
【００５５】
さらに、プラズマ形成管３０の開口部３０ａに、プラズマガスの流れを調整する手段（図示されていない）を設けることができる。この調整手段は、開口部３０ａから載置台２０に向って開口した円筒状あるいは傘状の覆いとされることが出来る。
【００５６】
次に、本発明の表面処理（自然酸化膜除去）方法を説明する。
【００５７】
以上のように構成された表面処理（自然酸化膜除去）装置において、本発明の表面処理（自然酸化膜除去）方法が、図４のフローチャートに基づいて説明される。
【００５８】
工程（ａ）：図１に示される表面処理装置１のゲートバルブ１０ａを開放され、一枚のウエハＷが、搬送室からゲートバルブ１０ａを通って、非反応性雰囲気中（例、真空中）で、処理容器１０内に搬入され、載置台（サセプター）２０上に載置され、クランプリング２１により載置台２０に係止される。このウエハＷ上には、前工程でコンタクトホール３０２（図１０（ａ）参照）等が形成されており、このホール底部の表面にウエハＷに図５（ａ）に示されるように酸化物（例、自然酸化膜）８０が形成されている。
【００５９】
工程（ｂ）：処理容器１０内にウエハＷが搬入された後、ゲートバルブ１０ａが閉じられ、処理容器１０内は排気管４０を介して真空ポンプ４１より真空引きされ、処理容器１０内は真空雰囲気（例、０．１３３Ｐａ以下（１ｍＴｏｒｒ以下））になる。
【００６０】
工程（ｃ）：冷却媒体供給装置４２からサセプタ２０に供給された冷却媒体による冷却により、ウエハＷは常温以下になる。
【００６１】
工程（ｄ）：Ｎガス源３５及びＨガス源３６から、Ｎ₂（窒素）ガス及びＨ₂（水素）ガスが流量制御器（ＭＦＣ）３４で流量を制御されて、ガス通路３３ａに供給され、混合ガス（Ｎ₂＋Ｈ₂）とされ、プラズマ形成用ガスとしてプラズマガス導入部３３からプラズマ形成管３０内へ供給される。
【００６２】
工程（ｅ）：マイクロ波発生源３２からのマイクロ波（２．５４ＧＨｚ）が、プラズマ形成管３０のプラズマ発生部の周囲に設けられたキャビテイに導入される。マイクロ波により、プラズマ発生部に供給されたＮ₂ガスとＨ₂ガスの混合ガスはプラズマ化され、活性化され、活性ガス種であるＮ^*ラジカルと、Ｈ^*ラジカルが形成される。とくに、プラズマ化され難いＨ₂ガスはＮ₂ガスの助けをかりて効率よくプラズマ化され、かつ、活性化されることができる。これらの活性ガス種Ｎ^*とＨ^*は、処理容器１０内の真空雰囲気に引き付けられ、プラズマ形成管３０内のプラズマ発生部からその開口（流出口）３０ａに向けてフローする。
【００６３】
工程（ｆ）：処理容器１０の外側に設けられたＮＦ₃ガス源２８から、流量制御器（ＭＦＣ）２７を介して、反応ガスＮＦ₃が反応ガス供給管２６に供給され、多数のガス噴出孔２６ａから処理容器１０内にシャワー状に供給される。供給されたＮＦ₃ガスは、プラズマ形成管３０の開口部３０ａからフローしてくるＮガスとＨガスのプラズマ化により形成された活性ガス種Ｎ^*とＨ^*ラジカルに添加される。この結果、添加されたＮＦ₃ガスはフローしてくる活性ガス種Ｎ^*とＨ^*により活性化される。
【００６４】
工程（ｇ）：このＮＦ₃ガスの活性ガス化と、フローしてくる活性ガス種Ｎ^*とＨ^*との相乗作用により、図５（ａ）に示されるウエハＷの自然酸化膜８０は変質され、図５（ｂ）に示されるように、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏが混合した反応膜８２が形成される。この自然酸化膜８０に変質させる段階では、図１に示される冷却媒体供給装置４２による冷却媒体（例、エチレングリコール）が載置台２０内に供給され、載置台２０上のウエハＷは常温以下に冷却されている。
【００６５】
この冷却により、ＮＦ₃活性ガスによるエッチングレートは高くなる。また、この時のプロセス条件は、ガスの流量では、Ｈ₂、ＮＦ₃、Ｎ₂がそれぞれ１０ｓｃｃｍ、３０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、プロセス圧力が３９９Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）、プラズマ電力が５０Ｗ、プロセス時間は約３分が好ましい。
【００６６】
ＮＦ₃ガスとＨ₂プラズマガスとの反応によって形成されたエッチング種のエッチング速度は遅いため、反応表面にこれらガスが吸着され反応速度が決定される。常温以下の低温にウエハを冷却することによって、上記吸着速度が上昇し、反応速度を上昇させることができる。
【００６７】
上記したように、ＮＦ₃ガスの活性ガス化、活性ガス種Ｎ^*及びＨ^*との相乗作用により、ウエハＷ上の自然酸化膜８０を変質する工程は、常温以下の温度で行われることが好ましい。
【００６８】
図９は、この工程における、冷却温度と反応速度との関係を示している。図９において、縦軸はエッチングレート（速度）、横軸は該工程の開始時におけるウエハＷの冷却温度を示している。この図９から、冷却温度が２０゜Ｃを越えるとエッチングの制御特性が不安定になるため、室温以下であることが好ましく、さらに２０゜Ｃ乃至−２０゜Ｃの範囲が好ましく、さらに１０゜Ｃ乃至−２０゜Ｃの範囲が好ましいことが示唆される。この図９に示されたデータが求められた実験の条件は次のとおりである。自然酸化膜８０を変質させる工程：Ｈ₂／ＮＦ₃／Ｎ₂の割合・・・３００／６０／４００ｓｃｃｍ、圧力・・・５３２Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）、電力・・・３００Ｗ、処理時間・・・１分間、（昇華工程）温度・・・１４０゜Ｃ、昇華工程の時間・・・１分間、昇華工程の雰囲気・・・真空。
【００６９】
工程（ｈ）：酸化膜を変質させた後、Ｈ₂、Ｎ₂、ＮＦ₃ガスの供給が停止され、マイクロ波発生源３２の駆動も停止され、マイクロ波のプラズマ形成管３０への導入も停止される。処理容器１０内は排気管４０からさらに真空引きされる。
【００７０】
工程（ｉ）：ウエハリフト手段が駆動され、ウエハＷはウエハ載置台２０から少なくとも５ｍｍ以上離れた加熱ポジションまで上昇させられる。
【００７１】
工程（ｊ）：加熱ランプ１９が点灯され、ウエハＷは上方から加熱され、その表面は室温から急速に１００゜Ｃ以上（例、約１２０゜Ｃ）の温度に加熱される。
【００７２】
工程（ｋ）：加熱ランプ１９による加熱によって、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏが混合した反応膜８２は、図５（ｃ）に示されるように、Ｓｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏの混じったガス８４となって昇華し、除去され、排気管４０から排気される。この昇華によって、ウエハＷから自然酸化膜８０（反応膜８２）は除去され、ウエハＷの表面にＳｉ面が現われる。この時のプロセス条件は、プロセス圧力が０．１３３Ｐａ（１ｍＴｏｒｒ以下）、プロセス時間は約２分であることが好ましい。
【００７３】
工程（ｌ）：加熱ランプ１９が消される。
【００７４】
工程（ｍ）：最後に、真空引きが停止させられる。
【００７５】
工程（ｎ）：ゲートバルブ１０ａが開放されるとともに、ウエハリフト手段が駆動されてウエハＷは下降されウエハ載置台２０上に戻される。自然酸化膜が除去されたウエハＷが処理容器１０内から搬出され、隣接する室（例、搬送室）に真空雰囲気中で搬送される。
【００７６】
なお、本発明の表面処理方法の対象となる酸化膜は、ＳｉＯ₂のほかに、Ｗ、Ｔｉ、Ａｌ，Ｎｉ、Ｃｏ及びそれらのシリサイド上に成長した極薄い（１０〜２０オングストローム程度）酸化膜も含まれる。
【００７７】
本発明の表面処理装置は、他の処理装置（例、金属配線形成チャンバ、加熱チャンバ、冷却チャンバ、搬送チャンバ、及びロードロックチャンバ）等と組合わされてマルチチャンバ方式のクラスタ装置を構成することができる。
【００７８】
以下、このクラスタ装置の構成を説明する。
【００７９】
図６に示される真空クラスタ装置１００、ウエハを非反応性雰囲気（例、真空雰囲気）中で搬送可能とした装置１００である。この真空クラスタ装置１００において、本発明の表面処理（自然酸化膜除去）装置は自然酸化膜除去チャンバ１０１であり、これに搬送チャンバ１０５を介して、加熱チャンバ１０２、１台あるいは複数台の金属配線形成チャンバ１０３、及びロードロックチャンバ１０４が配置されている。金属配線形成チャンバ１０３は、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ｗ、ＷＮ、Ｃｕ、Ｔａ、ＳｉＮの金属配線を被処理体上にメタルＣＶＤにより形成する。各チャンバ間は、ゲートバルブ１０７が設けられるとともに、搬送チャンバ１０５内には、搬送ロボット１０６が設けられている。
【００８０】
ウエハを収容したウエハカセットは、ロードロックチャンバ１０４内に移送され、搬送チャンバ１０５で該ウエハはオリフラを基準としたアライメント等が行われる。ゲートバルブ１０７が開放され、搬送ロボット１０６により、ウエハは一枚づつ、自然酸化膜除去チャンバ１０１に搬入され、ウエハの表面の酸化膜が除去された後、加熱チャンバ１０２で予め加熱され、１台あるいは複数台の金属配線形成チャンバ１０３内で、ウエハのコンタクトホール内に、メタルＣＶＤ等によりＡｌ、Ｔｉ等の金属配線が形成され、最後に、ウエハＷはロードロックチャンバ１０４に搬出される。
【００８１】
図７に示される別の真空クラスタ装置２００は、同じく非反応性雰囲気中でウエハを搬送可能である。本発明の自然酸化膜除去チャンバ２０１に搬送チャンバ２０６を介して加熱チャンバ２０２、１台あるいは複数台の金属配線形成チャンバ２０３、冷却チャンバ２０４及びロードロックチャンバ２０５を備えている。各チャンバ間にゲートバルブ２０８が設けられ、搬送チャンバ２０６内には搬送ロボット２０７が設けられている。
【００８２】
通常約５００゜Ｃの温度に加熱される金属配線形成チャンバ２０３から、配線形成後のウエハをロードロックチャンバ２０５へ搬送する際には、ウエハの温度をロードロックチャンバ２０５が受け入れ可能な温度（約１５０゜Ｃ）に下げることが必要である。このため、この真空クラスタ装置２００は、とくに冷却チャンバ２０４を備えている。
【００８３】
なお、図６と図７に示す真空クラスタ装置において、加熱チャンバ１０２及び２０２が１００゜Ｃ以上の温度に加熱する手段を具備している場合には、自然酸化膜除去チャンバ１０１，２０１の加熱手段は省略されることができる。
【００８４】
以上のように真空クラスタ装置を構成することにより、ウエハを大気中で搬送することによる自然酸化膜の再生成を防ぐことができる。自然酸化膜除去から成膜までの時間管理が不要になり、ウォータ・マークが発生も防止できる。ｉｎ
ｓｉｔｕでウエハの自然酸化膜を除去ができる、スループットが大幅に向上する、等の効果が奏される。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表面処理方法及びその装置によれば、ＮとＨを含むガスをプラズマ化により活性化し、活性ガス種を形成し、この活性ガス種により反応ガス（ＮＦ₃ガス）を活性化し、被処理体を常温以下に冷却しつつ、これら３つのガスと被処理体表面に発生した酸化膜とを反応させて変質させ、反応膜を形成し、加熱によりこの反応膜を昇華させることにより、極めて効率よくかつ高いエッチングレートで被処理体の表面の酸化膜、例えば自然酸化膜、を除去できる。
【００８６】
本実施の形態においては、ＮとＨを含むガスとしてＮ₂ガスとＨ₂ガスが採用されたが、このＮとＨを含むガスとしては、アンモニアなどの他のガスも使用されることができる。
【００８７】
また、本発明の活性化されたガスを噴出させるシャワーヘッドとして、リング状、及び格子状の構造が説明されたが、このシャワーヘッドとしては、いずれの他の構造も採用され得る。
【００８８】
さらに、本発明の表面処理装置と他の処理装置とを非反応性雰囲気中、例えば真空中で、被処理体を真空搬送可能にクラスタ化したので、搬送中に酸化膜の発生がなく、全体としてスループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面処理装置の一実施の形態の模式構成図である。
【図２】図２（ａ）及び２（ｂ）は、図１に示された表面処理装置に用いられることができるウエハ−リフト機構の一例を示し、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）はその側面図である。
【図３】図３（ａ）及び３（ｂ）は、図１に示された表面処理装置に用いられることができるＮＦ₃ガス供給部（シャワーヘッド）の代替例を示し、図３（ａ）は、リング状のシャワーヘッドを、図３（ｂ）は、格子状のシャワーヘッドを、ウエハ載置台側から見た平面図である。
【図４】本発明の表面処理方法に係わる実施の形態の各工程を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）、５（ｂ）及び５（ｃ）は、本発明の表面処理方法により、酸化物、例えば自然酸化膜、を除去する工程を示す図である。図５（ａ）は、ウエハに付着した自然酸化膜の付着状態の拡大図、図５（ｂ）はウエハの表面に形成された反応膜の拡大図、図５（ｃ）は、ランプからの加熱によって反応膜からＳｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏが混ざったガスが昇華して除去されて行く状態の拡大模式図。
【図６】図１に示された本発明の表面処理装置を自然酸化膜除去装置として用いて加熱装置及び配線形成装置と組合せて構成した真空クラスタ装置の概念図である。
【図７】図１に示された本発明の表面処理装置を自然酸化膜除去装置として用いて加熱装置、配線形成装置及び冷却装置と組合せて構成した真空クラスタ装置の概念図である。
【図８】本発明の表面処理装置に用いることができるＮＦ₃ガス供給部の代替例を示した概念図である。
【図９】本発明の表面処理装置における、ウエハを冷却する温度とエッチング速度との関係を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）及び１０（ｂ）は、自然酸化膜を除去する従来の表面処理方法を説明する図であって、図１０（ａ）は、ウエハのコンタクトホールの底部に生成された自然酸化膜の付着状態を示す拡大図、図１０（ｂ）は、コンタクトホールの側壁にエッチング速度の差に起因して凹凸等が形成された状態を示す拡大模式図である。
【図１１】従来のＮＦ₃ガスと、Ｈ₂ガスが混合された中性ガス種によるエッチングで、自然酸化膜を除去する方法に用いられるエッチング装置の模式図である。
【符号の説明】
１表面処理装置（自然酸化膜除去装置）
１０処理容器
１３石英ライニング
１５石英ドーム
１８加熱部カバー
１９加熱ランプ
２０ウエハ載置台
２１クランプリング
２４ウエハリフト手段
２５ピン駆動機構
２６反応ガス（ＮＦ₃）供給管
２８ＮＦ₃ガス源
２９基台
３０プラズマ形成管（プラズマ発生部）
３１プラズマキャビティ
３２マイクロ波発生源
３３プラズマガス導入部
３５Ｎ₂ガス源
３６Ｈ₂ガス源
４０排気管
４１真空ポンプ
１００真空クラスタ装置
１０１自然酸化膜除去チャンバ
１０２加熱チャンバ
１０３配線形成チャンバ
１０４ロードロックチャンバ
１０５搬送チャンバ
１０６搬送ロボット
１０７ゲートバルブ
２００真空クラスタ装置
２０１自然酸化膜除去チャンバ
２０２加熱チャンバ
２０３配線形成チャンバ
２０４冷却チャンバ
２０５ロードロックチャンバ
２０６搬送チャンバ
２０７搬送ロボット
２０８ゲートバルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface treatment method for removing an oxide film formed on the surface of an object to be processed, such as a semiconductor wafer, attached contaminants, etc., in particular a natural oxide film or attached oxide, and a surface treatment apparatus used therefor.
[0002]
[Prior art]
In general, in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as a semiconductor element), a predetermined film forming process and a pattern etching process are repeatedly performed on a substrate such as a semiconductor wafer which is an object to be processed. A large number of semiconductor elements are formed.
[0003]
As described above, when a predetermined process is performed on an object to be processed, the object to be processed (eg, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”)) needs to be transferred between the processing apparatuses. . For this reason, it has been practically difficult to avoid exposing the wafer to the atmosphere. When the wafer is exposed to the atmosphere, the surface of the wafer reacts with oxygen and moisture in the atmosphere, and as a result, a so-called natural oxide film is easily generated on the surface. Further, during various processes, there is a possibility that contaminants such as so-called chemical oxides may adhere to the surface of the wafer due to the atmosphere, a processing gas, a processing solution, or the like.
[0004]
Such a natural oxide film and contaminants cause deterioration of characteristics of the semiconductor element, for example, electrical characteristics. In order to avoid this cause, a surface treatment for removing a natural oxide film or the like on the wafer surface is performed as a pretreatment such as a film formation treatment on the wafer.
[0005]
Conventionally, as the surface treatment for removing a natural oxide film or the like, so-called wet cleaning in which a wafer is immersed in a chemical solution to remove the natural oxide film or the like on the surface of the wafer has been generally employed. As the integration of semiconductor elements increases, the element size, for example, the line width, contact hole diameter, or via hole diameter becomes finer. For example, the aspect ratio of the contact hole is increasing, and the diameter is about 0.2 to 0.3 μm or less (for example, 0.12 μm). Due to this fine element structure, in the above wet cleaning, the chemical solution does not sufficiently penetrate into such a fine contact hole, or the chemical solution that has entered the contact hole is removed from the contact hole due to its surface tension. There was a situation where it was not discharged. For this reason, serious problems such as the natural oxide film formed at the bottom of the contact hole cannot be sufficiently removed and a watermark is generated.
[0006]
In addition, when an object to be processed having a laminated structure composed of a plurality of layers is subjected to wet cleaning, the etching rate of each layer constituting the wall surface of the contact hole is different, which causes problems such as unevenness on the wall surface of the hole. .
[0007]
FIG. 10A and FIG. 10B show contact holes 302 formed in a stacked structure on the wafer W for making electrical contact with the drain and the source. The hole diameter D shown in FIG. 10A is about 0.2 to 0.3 μm. As shown in FIG. 10A, the wall surface of the hole 302 is formed of a silicon oxide film (SiO 2) formed by a plurality of film forming steps. ₂ ), For example, a three-layer structure. In this three-layer structure, for example, the first layer of SiO ₂ The film 304 is a film formed by thermal oxidation, and the second layer SiO 2 ₂ The film 306 is phosphorus-doped glass formed by spin coating, and the third layer SiO 2 ₂ The film 308 is a film formed of silica glass. As shown in FIG. 10A, the natural oxide film 310 is generated at the bottom of the contact hole 302.
[0008]
In such a multi-layered film formation layer, the etching rate of each layer with respect to the chemical solution for wet cleaning is different. After performing wet cleaning to remove the natural oxide film 310, as shown in FIG. 10B, unevenness 309 due to the above-described difference in etching rate occurs on the sidewall of the hole 302, Alternatively, the conventional wet cleaning has a problem that the boundary portion is etched excessively (see the cut portion) because the chemical solution easily enters the boundary portion between the layers.
[0009]
Therefore, in order to solve such problems in the conventional wet cleaning, a method of removing a natural oxide film on an object to be processed using an etching gas, a so-called dry cleaning (etching) method has been proposed (for example, JP-A-5-275392, JP-A-6-338478, JP-A-9-106977).
[0010]
FIG. 11 shows a conventional SiO as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-275392. ₂ A method of dry etching a film is shown. A dry cleaning method that uses this dry etching method to remove a natural oxide film on an object to be processed will be described. In the dry etching apparatus of FIG. 11, the on-off valve 450 is closed, and the Ar gas from the Ar gas source 454 is kept shut off. Open / close valves 436 and 438 are opened and NF _Three Gas source 444 and H ₂ NF from the gas source 446 through flow rate adjustment by flow rate controllers (MFCs) 440 and 442 _Three Gas and H ₂ Gas is fed into the pipe 432. In the pipe 432, both gases are, for example, NF _Three / H ₂ The mixed gas has a mixing ratio of 1: 2 and a total pressure of 26.6 Pa (0.2 Torr). A microwave having a frequency of 2.45 GHz and a power of 50 W is supplied from the magnetron through the microwave wave tube 448, and the mixed gas is converted into plasma in the pipe 432. Fluorine activated species F generated in this plasma process ^* , Hydrogen activated species H ^* Nitrogen activated species N ^* Is moved toward the chamber 410 through the pipe 432, enters the buffer chamber 430 in the chamber 410, passes through the perforated plate 428, and is supplied downstream onto the wafer W placed on the susceptor 412. The The wafer W is cooled by a cooling medium cooled to a room temperature or lower supplied from the cooling medium supply device 418 to the susceptor 412. Active species F activated by plasma ^* , H ^* , N ^* Falls on the cooled wafer W and is adsorbed by a natural oxide film on the surface of the wafer W to be SiO 2 ₂ React with. The product resulting from this reaction is vaporized and sucked into the vacuum pump 466 from the exhaust port 460 provided at the bottom of the chamber 410 and exhausted out of the system.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Fluorine active species F generated by such conventional plasma ^* , Hydrogen activated species H ^* Nitrogen activated species N ^* In the method of removing the natural oxide film on the cooled wafer surface (JP-A-5-275392), NF _Three Is decomposed by being turned into plasma, and as a result, F ^* , N ^* Because NF is formed, NF _Three The active gas cannot be formed efficiently. H ₂ Since the gas has a characteristic that it is difficult to maintain the plasma state in a single state, it is difficult to obtain an etching rate sufficient for removing the natural oxide film.
[0012]
Further, other methods for removing the natural oxide film by dry cleaning (Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-338478 and 9-109977) are all H. ₂ Since the gas is used alone, it is difficult to secure an etching rate necessary for sufficiently removing the natural oxide film.
[0013]
An object of the surface treatment method and apparatus of the present invention is to solve the problems of such a conventional method for removing an oxide film such as a natural oxide film. In the present invention, in order to remove an oxide film having a thickness of about 10 to 20 angstroms from the surface of the object to be processed, H ₂ Gas and N ₂ The gas is a plasma gas, and NF in the flow of the activated species of these mixed gas converted into plasma _Three Gas (reactive gas) is added. The object to be processed is cooled to room temperature or lower, and the oxide film on the object to be processed reacts with the reaction gas to form a reaction film. Thereafter, the object to be processed is heated to a predetermined temperature or higher, and the reaction film formed on the surface of the object to be processed is removed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a process of carrying an object having an oxide film on the surface thereof into the processing container, a process of evacuating the processing container, and a gas containing N and H are introduced into the plasma generator. And forming the respective active gas species by plasmaizing and activating the gas, causing the active gas species to flow toward the object to be processed, and NF to the flowing active gas species. _Three By adding gas, NF _Three Forming a gas activated gas, cooling the object to be treated below a predetermined temperature, and the NF _Three There is provided a surface treatment method comprising the step of reacting an activated gas of the gas with the oxide on the surface of the workpiece to alter the oxide.
[0015]
In this surface treatment method, the gas containing N and H is N ₂ Gas and H ₂ A mixed gas with the gas, and following the step of modifying the oxide, the N ₂ Gas, H ₂ Gas and the NF _Three The process of sublimating the reaction film by stopping the supply of the gas to the processing container and heating the object to be processed to a predetermined temperature, the vacuum evacuation, and the object to which the oxide film has been removed are stopped. And a step of unloading the processing body from the processing container.
[0016]
In this surface treatment method, the predetermined temperature for cooling the object to be treated is set to room temperature or lower.
[0017]
In this surface treatment method, the predetermined temperature for cooling the object to be treated is in the range of 20 ° C. to −20 ° C.
[0018]
In this surface treatment method, the predetermined temperature for cooling the object to be treated is in the range of 10 ° C. to −20 ° C.
[0019]
In this surface treatment method, the predetermined heating temperature for sublimating the reaction film is set to 100 ° C. or higher.
[0020]
Further, in the present invention, a plasma generating unit that converts the plasma forming gas into plasma, a processing vessel that is connected to the plasma generating unit and has a mounting table on which the object to be processed is mounted, and the mounting table Means for cooling the mounted object to be processed to a predetermined temperature, elevating means for raising the object to be heated in the processing container to a heating position, and heating the object to be processed to a predetermined temperature at the heating position There is provided a surface treatment apparatus having heating means.
[0021]
The surface treatment apparatus is an apparatus for removing a natural oxide film formed on the surface of the object to be treated.
[0022]
In addition, this surface treatment apparatus has N as a plasma forming gas in the plasma generating section. ₂ Gas and H ₂ Gas forming part for plasma formation for supplying gas, and N activated by the plasma generating part and flowing toward the object to be processed ₂ Gas and H ₂ NF as the active gas species of gas _Three NF adding gas _Three A gas supply unit, wherein the NF _Three By adding gas, NF _Three An activated gas of gas is formed and the NF _Three The activated gas of the gas reacts with the surface layer on the object to be processed, thereby altering the surface layer.
[0023]
Moreover, in this surface treatment apparatus, the predetermined temperature which cools the to-be-processed object mounted in this mounting base is below normal temperature.
[0024]
In this surface treatment apparatus, the predetermined temperature for cooling the object to be treated placed on the placing table is in the range of 20 ° C to -20 ° C.
[0025]
In this surface treatment apparatus, the predetermined temperature for cooling the object to be treated placed on the placing table is in the range of 10 ° C. to −20 ° C.
[0026]
In this surface treatment apparatus, the predetermined temperature for heating the object to be treated at the heating position is a temperature of 100 ° C. or higher.
[0027]
In this surface treatment apparatus, the NF _Three The gas supply unit includes a large number of gas jet holes provided in the inner wall of the processing container.
[0028]
In this surface treatment apparatus, the NF _Three The gas supply unit includes, for example, a ring-shaped or lattice-shaped shower head having a large number of gas ejection holes provided in the processing container.
[0029]
In this surface treatment apparatus, the NF _Three The gas supply unit is configured such that the NF is at a position at least 20 cm away from the end of the plasma generation unit in the direction of the target object. _Three A gas is added to the active gas species.
[0030]
Moreover, in this surface treatment apparatus, the heating means is a heat radiation means provided above the object to be treated.
[0031]
In this surface treatment apparatus, the heating means is a heating lamp provided above the object to be treated.
[0032]
Furthermore, in the present invention, the object to be processed is transferred to the surface treatment apparatus through the transfer chamber in one or more metal wiring forming chambers, heating chambers, and load lock chambers in a non-reactive atmosphere. Thus, the provided cluster device is provided.
[0033]
In this cluster apparatus, one or a plurality of metal wiring forming chambers, a heating chamber, a cooling chamber, and a load lock chamber are provided via a transfer chamber so that the object to be processed is transferred in a non-reactive atmosphere.
[0034]
In this cluster apparatus, the metal wiring forming chamber is a chamber for forming at least one film of Al, Ti, TiN, Si, W, WN, Cu, Ta, TaN, and SiN.
[0035]
Further, in this cluster apparatus, the metal wiring forming chamber includes means for heating the object to be processed to a temperature of at least 100 ° C. or higher.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a surface treatment method and a surface treatment apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0037]
First, an embodiment of a surface treatment (oxide removal) apparatus will be described.
[0038]
FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of a surface treatment apparatus of the present invention. The surface treatment apparatus is a contaminant (eg, natural oxide film, or intention) generated on the surface of an object to be treated (eg, a semiconductor wafer) (hereinafter referred to as “wafer W”) having a thickness of 10 to 20 angstroms or less. Without being carried out, it can be used to remove chemical oxides that are naturally attached to or formed on the surface (hereinafter referred to as “natural oxide film”). The surface treatment apparatus 1 shown in FIG. ₂ Gas and H ₂ A plasma forming tube 30 that converts the gas mixture into a plasma and activates the gas; a processing vessel 10 for removing a natural oxide film generated on the surface of the wafer W; _Three NF from gas source _Three And a reaction gas supply pipe 26 for supplying a gas (reaction gas) into the processing vessel 10.
[0039]
The processing container 10 can be made of an aluminum material, and its inner wall is made of quartz (SiO 2). ₂ ) By providing the linings 13 and 14, it can be protected from metal contamination, erosion and the like. The processing container 10 may be a cylindrical housing body, and the cross section thereof may be various shapes such as a circle, a rectangle, and a polygon. A bottom plate 12 having a predetermined thickness is fixed to the bottom of the processing container 10. A base 29 can be disposed on the bottom plate 12. A cylindrical wafer mounting table (susceptor) 20 can be provided on the base 29. The wafer W is mounted on the upper surface of the wafer mounting table 20 and can be locked by a quartz clamp ring 21. Inside the cylindrical mounting table 20, a jacket (or pipe) 22 for storing a cooling medium (chiller) and a heat exchanger 23 are provided. The jacket (or pipe) 22 may be provided integrally with the heat exchanger 23. The cooling medium is supplied from the cooling medium supply device 42 into the jacket (or pipe) 22 through the cooling pipe 43, and the wafer W is cooled to a predetermined temperature, for example, normal temperature or lower.
[0040]
The mounting table 20 can be provided with wafer lift means, as will be described later. When the wafer lift means heats the wafer W, the wafer lift means moves the wafer W from the mounting table 20 to a predetermined heating position (L ₂ ), And after a predetermined process, the wafer W is lowered again and returned to the mounting table, and can include a pin driving mechanism 25, support pins 24a, and arms 24. An example of this wafer lift means is shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). A hydraulic cylinder 25 (pin drive mechanism) is disposed on the lower surface of the base 29 provided at the lower portion of the processing container 10, and a horseshoe-shaped support piece 24b is fixed to the tip of the cylinder rod 25a. Support pins 24a are fixed to predetermined positions (for example, three positions) of the arm 24 extending radially inward from the support piece 24b. The support pins 24a can have a pointed head at the tip protruding upward, and the wafer W is horizontally supported at three points by the pointed head. When the wafer is heated by the heat radiation means (eg, heating lamp) 19, the wafer W is heated by the wafer lift means (L) shown in FIG. ₂ ) Up (UP).
[0041]
Exhaust pipes (for example, four exhaust pipes) 40 can be provided on the peripheral edge of the bottom plate 12 fixed to the bottom of the processing container 10. The inside of the processing vessel 10 is evacuated by an evacuation unit (for example, a vacuum pump) 41 connected to the exhaust pipe 40.
[0042]
A top plate 11 (eg, made of aluminum material) can be fixed to the upper portion of the processing container 10. The top plate 11 may be provided with a quartz cover (dome) 15 having a flange portion 16 via a seal member (eg, rubber O-ring) 17. The cover 15 can be formed integrally with the quartz plasma forming tube 30, and the shape thereof can be various shapes such as a flat shape as well as a dome shape. A monitoring device such as a pressure sensor can be disposed on the seal portion provided with the seal member 17. These monitoring devices monitor the tightening pressure of the seal portion, the presence or absence of gas leakage from the seal portion, and the like.
[0043]
A number of heating lamps 19 can be provided above the cover 15 as heat radiation means for heating the wafer W from above. The heating lamp 19 can be a halogen lamp so that the wafer W can be rapidly heated. The heat rays emitted from the heating lamps 19 pass through the transparent quartz dome 15 and enter the surface of the wafer W raised to the heating position, and the wafer W is heated to a temperature of 100 ° C. or higher (eg, 120 ° C).
[0044]
By covering the heating lamp 19 with a cover 18 made of metal or the like, heat rays and light rays radiated from the heating lamp 19 to the outside can be blocked, and even if the quartz dome 15 is damaged, plasma gas or Reaction gas can be prevented from diffusing or leaking outside.
[0045]
A gate valve 10 a that communicates with a transfer chamber, a load lock chamber, and the like is provided on the side wall of the processing container 10. The gate valve 10a is opened and closed when the wafer W is loaded and unloaded.
[0046]
Where NF _Three Since the gas hardly etches the metal surface, it is usually not necessary to protect the inner surface of the gate valve 10a with quartz. In general, the metal inner surface of the processing vessel is coated with quartz in order to prevent the life of the activated species whose metal surface is activated by plasma from being shortened. In this sense, the inner surface of the gate valve 10a is preferably covered with quartz.
[0047]
A quartz plasma forming tube 30 for forming a plasma gas can be integrally provided at the upper center of the quartz cover 15 by fusion bonding or the like, and the plasma forming tube 30 is processed at the center of the cover 15. Opening into the container 10, plasma is introduced into the processing container 10 through the opening. Any configuration that allows uniform surface treatment for the formation and introduction of plasma gas can be employed. For example, a configuration in which plasma is introduced from a position shifted from the center of the cover 15 or a configuration in which plasma is introduced from the side of the processing vessel 10 can be employed.
[0048]
A plasma forming gas introducing portion 33 is connected to the upper end portion of the plasma forming tube 30. N ₂ Gas source 35 and H ₂ N from the gas source 36 through the flow rate controller (MFC) 344 to the gas passage 33a. ₂ Gas and H ₂ Gas is supplied. These mixed gases (N ₂ + H ₂ ) Is supplied to the plasma generation part of the plasma forming tube 30 inside the plasma cavity 31 through the introduction part 33.
[0049]
A microwave generation source 32 can be connected to the plasma cavity 31. Microwaves generated by the microwave generation source 32 (for example, 2.45 GHz microwaves) are applied to the plasma cavity 31 to excite the plasma forming gas in the plasma forming tube 30, and N ₂ And H ₂ Activated the mixed gas with N ^* Radical and H ^* Form radical active gas species. Those active gas species are supplied into the processing vessel 10 from the opening 30 a of the plasma forming tube 30.
[0050]
Position L below the opening 30a of the plasma forming tube 30 ₁ And NF _Three A number of gas ejection holes 26a for supplying gas are provided. This position L ₁ Is preferably at least 20 cm from the lower end of the plasma cavity 31 of the plasma forming tube 30 (plasma generating part), more preferably at least 30 cm. NF _Three Via a gas source 28, a flow rate controller (MFC) 27, a conduction pipe 26, a pipe 26 b provided around the outer wall of the processing container 10, and a conduction pipe 26 c provided through the wall of the processing container 10. NF with a predetermined flow rate _Three Gas can be supplied to the gas ejection holes 26a.
[0051]
In FIG. 1, the gas ejection hole 26 a is shown as a structure slightly projecting inward from the inner wall surface of the processing container 10. However, the gas supply hole 26a and the gas supply structure extending from the conduction pipe 26 to the gas discharge hole 26a are not limited to the structure shown in FIG.
[0052]
FIG. 8 illustrates another embodiment of the gas supply structure. In FIG. 8, a pipe 26b and a conducting pipe 26c are provided inside the wall of the processing vessel 10 which can be manufactured from aluminum. The pipe 26 b and the conductive pipe 26 c can be integrated with the wall inside the processing vessel 10. In FIG. 8, the gas ejection hole 26 a is configured not to protrude from the inner wall surface of the processing container 10. This structure allows the gas to be uniformly diffused into the processing vessel and does not disturb the flow of plasma gas from the upstream.
[0053]
As an alternative structure of the gas ejection hole 26a shown in FIG. 1, a shower head 261b is shown in FIG. The shower head 261b has a ring shape and is made of quartz. The shower head 261b has a number of gas ejection holes 261a. These gas ejection holes 261a can be provided downward (in the direction of the mounting table 20), laterally, or obliquely on the circumference of the shower head 261b. The conducting tube 261 is connected to the ring-shaped shower head 261a. The shower head 261a is horizontally disposed at a predetermined position in the processing container 10 and is NF. _Three A gas is supplied into the processing container 10.
[0054]
FIG. 3B shows a lattice-shaped shower head 262b having a large number of gas ejection holes 262a. Also in the lattice-like shower head 262b, the gas ejection holes 262a can be provided downward, laterally, or obliquely.
[0055]
Furthermore, means (not shown) for adjusting the flow of plasma gas can be provided in the opening 30 a of the plasma forming tube 30. This adjusting means can be a cylindrical or umbrella-shaped cover that opens from the opening 30 a toward the mounting table 20.
[0056]
Next, the surface treatment (natural oxide film removal) method of the present invention will be described.
[0057]
In the surface treatment (natural oxide film removal) apparatus configured as described above, the surface treatment (natural oxide film removal) method of the present invention will be described based on the flowchart of FIG.
[0058]
Step (a): The gate valve 10a of the surface treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 is opened, and one wafer W passes through the gate valve 10a from the transfer chamber and is in a non-reactive atmosphere (eg, in vacuum). Then, it is carried into the processing container 10, placed on the mounting table (susceptor) 20, and locked to the mounting table 20 by the clamp ring 21. On the wafer W, a contact hole 302 (see FIG. 10A) or the like is formed in the previous process, and an oxide (as shown in FIG. 5A) is formed on the wafer W on the surface of the bottom of the hole. For example, a natural oxide film) 80 is formed.
[0059]
Step (b): After the wafer W is loaded into the processing container 10, the gate valve 10a is closed, the processing container 10 is evacuated by the vacuum pump 41 via the exhaust pipe 40, and the processing container 10 is evacuated. The atmosphere becomes (eg, 0.133 Pa or less (1 mTorr or less)).
[0060]
Step (c): By cooling with the cooling medium supplied from the cooling medium supply device 42 to the susceptor 20, the wafer W becomes room temperature or lower.
[0061]
Step (d): From N gas source 35 and H gas source 36, N ₂ (Nitrogen) gas and H ₂ The flow rate of the (hydrogen) gas is controlled by the flow rate controller (MFC) 34, and the gas is supplied to the gas passage 33a. ₂ + H ₂ And is supplied from the plasma gas introduction part 33 into the plasma forming tube 30 as a plasma forming gas.
[0062]
Step (e): Microwaves (2.54 GHz) from the microwave generation source 32 are introduced into cavities provided around the plasma generation part of the plasma forming tube 30. N supplied to the plasma generator by microwaves ₂ Gas and H ₂ The gas mixture gas is turned into plasma and activated, and N is an active gas species. ^* Radicals and H ^* A radical is formed. In particular, H that is not easily converted to plasma ₂ Gas is N ₂ It can be efficiently plasmatized and activated with the help of gas. These active gas species N ^* And H ^* Is attracted to the vacuum atmosphere in the processing vessel 10 and flows from the plasma generation part in the plasma forming tube 30 toward the opening (outlet) 30a.
[0063]
Step (f): NF provided outside the processing container 10 _Three The reaction gas NF is supplied from the gas source 28 via the flow rate controller (MFC) 27. _Three Is supplied to the reaction gas supply pipe 26 and supplied into the processing vessel 10 through a large number of gas ejection holes 26a in a shower shape. NF supplied _Three The gas is an active gas species N formed by converting N gas and H gas flowing from the opening 30a of the plasma forming tube 30 into plasma. ^* And H ^* Added to radicals. As a result, the added NF _Three Gas is a flowing active gas species N ^* And H ^* Activated by.
[0064]
Step (g): This NF _Three Active gas conversion and flowing active gas species N ^* And H ^* 5A, the natural oxide film 80 of the wafer W shown in FIG. 5A is altered, and as shown in FIG. 5B, a reaction film in which Si, N, H, F, and O are mixed is mixed. 82 is formed. In the stage of changing to the natural oxide film 80, a cooling medium (for example, ethylene glycol) by the cooling medium supply device 42 shown in FIG. 1 is supplied into the mounting table 20, and the wafer W on the mounting table 20 is kept at room temperature or lower. It is cooled.
[0065]
With this cooling, NF _Three The etching rate by the active gas is increased. In addition, the process conditions at this time are as follows: ₂ , NF _Three , N ₂ Are 10 sccm, 30 sccm, 100 sccm, process pressure is 399 Pa (3 Torr), plasma power is 50 W, and process time is preferably about 3 minutes.
[0066]
NF _Three Gas and H ₂ Since the etching rate of the etching species formed by the reaction with the plasma gas is slow, these gases are adsorbed on the reaction surface and the reaction rate is determined. By cooling the wafer to a low temperature below room temperature, the adsorption rate is increased and the reaction rate can be increased.
[0067]
As mentioned above, NF _Three Active gasification of gas, active gas species N ^* And H ^* The step of altering the natural oxide film 80 on the wafer W by the synergistic action with the above is preferably performed at a temperature of room temperature or lower.
[0068]
FIG. 9 shows the relationship between the cooling temperature and the reaction rate in this step. In FIG. 9, the vertical axis represents the etching rate (speed), and the horizontal axis represents the cooling temperature of the wafer W at the start of the process. From FIG. 9, since the etching control characteristics become unstable when the cooling temperature exceeds 20 ° C., it is preferably below room temperature, more preferably in the range of 20 ° C. to −20 ° C., and further 10 ° C. A range of C to -20 ° C is suggested to be preferred. The experimental conditions for obtaining the data shown in FIG. 9 are as follows. Process of altering natural oxide film 80: H ₂ / NF _Three / N ₂ Ratio: 300/60/400 sccm, pressure: 532 Pa (4 Torr), power: 300 W, processing time: 1 minute, (sublimation process) temperature: 140 ° C., sublimation process time ... 1 minute, atmosphere of sublimation process ... vacuum.
[0069]
Step (h): After altering the oxide film, ₂ , N ₂ , NF _Three The supply of gas is stopped, the driving of the microwave generation source 32 is also stopped, and the introduction of the microwave into the plasma forming tube 30 is also stopped. The inside of the processing container 10 is further evacuated from the exhaust pipe 40.
[0070]
Step (i): The wafer lift means is driven, and the wafer W is raised to a heating position at least 5 mm away from the wafer mounting table 20.
[0071]
Step (j): The heating lamp 19 is turned on, the wafer W is heated from above, and its surface is rapidly heated from room temperature to a temperature of 100 ° C. or higher (eg, about 120 ° C.).
[0072]
Step (k): The reaction film 82 in which Si, N, H, F, and O are mixed by heating with the heating lamp 19 is made of Si, N, H, F, and O as shown in FIG. The mixed gas 84 is sublimated, removed, and exhausted from the exhaust pipe 40. By this sublimation, the natural oxide film 80 (reaction film 82) is removed from the wafer W, and an Si surface appears on the surface of the wafer W. The process conditions at this time are preferably a process pressure of 0.133 Pa (1 mTorr or less) and a process time of about 2 minutes.
[0073]
Step (l): The heating lamp 19 is turned off.
[0074]
Step (m): Finally, evacuation is stopped.
[0075]
Step (n): The gate valve 10a is opened and the wafer lift means is driven to lower the wafer W and return it to the wafer mounting table 20. The wafer W from which the natural oxide film has been removed is unloaded from the processing container 10 and is transferred to an adjacent chamber (eg, transfer chamber) in a vacuum atmosphere.
[0076]
In addition, the oxide film which is the object of the surface treatment method of the present invention is SiO ₂ In addition, an extremely thin (about 10 to 20 angstrom) oxide film grown on W, Ti, Al, Ni, Co and their silicides is also included.
[0077]
The surface treatment apparatus of the present invention can be combined with other treatment apparatuses (eg, metal wiring formation chamber, heating chamber, cooling chamber, transfer chamber, and load lock chamber) to constitute a multi-chamber type cluster apparatus. it can.
[0078]
Hereinafter, the configuration of the cluster apparatus will be described.
[0079]
The vacuum cluster apparatus 100 shown in FIG. 6 is an apparatus 100 that can transfer a wafer in a non-reactive atmosphere (eg, a vacuum atmosphere). In this vacuum cluster apparatus 100, the surface treatment (natural oxide film removal) apparatus of the present invention is a natural oxide film removal chamber 101, and a heating chamber 102, one or a plurality of metal wirings via a transfer chamber 105. A forming chamber 103 and a load lock chamber 104 are disposed. The metal wiring formation chamber 103 forms metal wiring of Al, Ti, TiN, Si, W, WN, Cu, Ta, and SiN on the object to be processed by metal CVD. A gate valve 107 is provided between the chambers, and a transfer robot 106 is provided in the transfer chamber 105.
[0080]
The wafer cassette containing the wafer is transferred into the load lock chamber 104, and the wafer is aligned in the transfer chamber 105 with reference to the orientation flat. The gate valve 107 is opened, and the wafer is carried one by one by the transfer robot 106 into the natural oxide film removal chamber 101. After the oxide film on the surface of the wafer is removed, the wafer is heated in advance in the heating chamber 102, Alternatively, in a plurality of metal wiring forming chambers 103, metal wirings such as Al and Ti are formed in the contact holes of the wafer by metal CVD or the like, and finally the wafer W is carried out to the load lock chamber 104.
[0081]
Another vacuum cluster apparatus 200 shown in FIG. 7 can transfer a wafer in the same non-reactive atmosphere. The natural oxide film removal chamber 201 of the present invention includes a heating chamber 202, one or a plurality of metal wiring forming chambers 203, a cooling chamber 204, and a load lock chamber 205 via a transfer chamber 206. A gate valve 208 is provided between the chambers, and a transfer robot 207 is provided in the transfer chamber 206.
[0082]
When a wafer after wiring formation is transferred to the load lock chamber 205 from a metal wiring formation chamber 203 that is normally heated to a temperature of about 500 ° C., the temperature of the wafer (about about the temperature that the load lock chamber 205 can accept) 150 ° C.). For this reason, the vacuum cluster apparatus 200 is provided with a cooling chamber 204 in particular.
[0083]
In the vacuum cluster apparatus shown in FIGS. 6 and 7, when the heating chambers 102 and 202 include means for heating to a temperature of 100 ° C. or higher, the heating means for the natural oxide film removal chambers 101 and 201 is used. Can be omitted.
[0084]
By configuring the vacuum cluster device as described above, it is possible to prevent the natural oxide film from being regenerated by transporting the wafer in the atmosphere. Time management from the removal of the natural oxide film to the film formation becomes unnecessary, and the generation of water marks can be prevented. in
Effects such as the ability to remove the natural oxide film of the wafer in situ, and a significant improvement in throughput can be obtained.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the surface treatment method and apparatus of the present invention, a gas containing N and H is activated by plasma formation to form an active gas species, and a reactive gas (NF) is generated by the active gas species. _Three Gas) is activated, and the object to be processed is cooled to room temperature or lower, and these three gases react with the oxide film generated on the surface of the object to be modified to form a reaction film. By sublimating, an oxide film on the surface of the object to be processed, such as a natural oxide film, can be removed extremely efficiently and at a high etching rate.
[0086]
In the present embodiment, N as a gas containing N and H ₂ Gas and H ₂ Although a gas is employed, other gases such as ammonia can be used as the gas containing N and H.
[0087]
Further, the ring-shaped and lattice-shaped structures have been described as the shower head for ejecting the activated gas of the present invention, but any other structure can be adopted as the shower head.
[0088]
Furthermore, since the surface treatment apparatus of the present invention and the other treatment apparatus are clustered in a non-reactive atmosphere, for example, in vacuum, so that the objects to be processed can be conveyed in a vacuum, there is no generation of an oxide film during the transfer, and the whole As a result, throughput is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a surface treatment apparatus of the present invention.
2 (a) and 2 (b) show an example of a wafer-lift mechanism that can be used in the surface treatment apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 2 (a) is a plan view thereof. FIG. 2B is a side view thereof.
FIGS. 3 (a) and 3 (b) are NFs that can be used in the surface treatment apparatus shown in FIG. _Three FIG. 3A shows an alternative example of a gas supply unit (shower head), FIG. 3A is a plan view of a ring-shaped shower head, and FIG. 3B is a plan view of a lattice-shaped shower head as viewed from the wafer mounting table side. It is.
FIG. 4 is a flowchart showing each step of the embodiment according to the surface treatment method of the present invention.
FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c) are diagrams showing a process of removing an oxide, for example, a natural oxide film, by the surface treatment method of the present invention. FIG. 5A is an enlarged view of a natural oxide film attached to the wafer, FIG. 5B is an enlarged view of a reaction film formed on the surface of the wafer, and FIG. The enlarged schematic diagram of the state which sublimates and removes the gas in which Si, N, H, F, and O were mixed from the reaction film by heating.
FIG. 6 is a conceptual diagram of a vacuum cluster apparatus configured by combining the heating apparatus and the wiring forming apparatus using the surface treatment apparatus of the present invention shown in FIG. 1 as a natural oxide film removing apparatus.
7 is a conceptual diagram of a vacuum cluster apparatus configured by combining the heating apparatus, the wiring forming apparatus, and the cooling apparatus using the surface treatment apparatus of the present invention shown in FIG. 1 as a natural oxide film removing apparatus.
FIG. 8 shows NF that can be used in the surface treatment apparatus of the present invention. _Three It is the conceptual diagram which showed the alternative example of the gas supply part.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the temperature for cooling the wafer and the etching rate in the surface treatment apparatus of the present invention.
FIGS. 10 (a) and 10 (b) are diagrams for explaining a conventional surface treatment method for removing a natural oxide film, and FIG. 10 (a) is generated at the bottom of a contact hole of a wafer. FIG. 10B is an enlarged schematic view showing a state in which irregularities and the like are formed on the side wall of the contact hole due to the difference in the etching rate.
FIG. 11 shows conventional NF. _Three Gas and H ₂ It is a schematic diagram of the etching apparatus used for the method of removing a natural oxide film by the etching by the neutral gas seed | species with which gas was mixed.
[Explanation of symbols]
1 Surface treatment equipment (natural oxide film removal equipment)
10 Processing container
13 Quartz lining
15 Quartz dome
18 Heating part cover
19 Heating lamp
20 Wafer mounting table
21 Clamp ring
24 Wafer lift means
25-pin drive mechanism
26 Reaction gas (NF _Three ) Supply pipe
28 NF _Three Gas source
29 base
30 Plasma forming tube (plasma generator)
31 Plasma cavity
32 Microwave source
33 Plasma gas introduction part
35 N ₂ Gas source
36 H ₂ Gas source
40 Exhaust pipe
41 Vacuum pump
100 Vacuum cluster system
101 Natural oxide film removal chamber
102 Heating chamber
103 Wiring forming chamber
104 Load lock chamber
105 Transfer chamber
106 Transfer robot
107 Gate valve
200 Vacuum cluster system
201 Natural oxide film removal chamber
202 Heating chamber
203 Wiring forming chamber
204 Cooling chamber
205 Load lock chamber
206 Transfer chamber
207 Transfer robot
208 Gate valve

Claims

処理容器内に、表面上に酸化物を有する被処理体を搬入する工程と、
前記処理容器内を真空排気する工程と、
ＮとＨを含むガスをプラズマ発生部に導入し、該ＮとＨを含むガスを活性化することにより、ＮラジカルとＨラジカルからなる活性ガス種を形成する工程と、
ＮＦ₃ガスを、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発生部の端から離れた下流の位置において、前記ＮラジカルとＨラジカルからなる活性ガス種に添加し、該ＮＦ₃ガスを活性化することにより、ＮＦ₃ガスの活性ガス種を形成する工程と、
前記被処理体を第１の所定の温度以下に温度制御する工程と、
前記ＮＦ₃ガスの活性ガス種と前記ＮラジカルとＨラジカルとからなる活性ガス種との相乗作用により、これらを前記第１の所定の温度以下の前記被処理体の表面上の前記酸化物と反応させることにより、前記酸化物を変質させてＳｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏが混合した反応膜を形成する工程と、
からなることを特徴とする表面処理方法。A process of carrying an object to be processed having an oxide on its surface into the processing container;
Evacuating the inside of the processing vessel;
Introducing a gas containing N and H into the plasma generating section and activating the gas containing N and H to form an active gas species composed of N radicals and H radicals;
An NF ₃ gas is added to the active gas species composed of the N radical and the H radical at a downstream position away from the end of the plasma generating portion with respect to the gas flow flowing toward the object to be processed, and the NF ₃ Forming a reactive gas species of NF ₃ gas by activating the gas;
Controlling the temperature of the object to be processed to a first predetermined temperature or lower;
Due to the synergistic action of the active gas species of the NF ₃ gas and the active gas species consisting of the N radical and the H radical, these are combined with the oxide on the surface of the object to be treated at the first predetermined temperature or lower. A step of modifying the oxide to form a reaction film in which Si, N, H, F, and O are mixed by reacting;
A surface treatment method comprising:

前記被処理体を前記第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度に加熱することにより、前記反応膜を昇華させる工程と、
を、さらに具備することを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。Sublimating the reaction film by heating the object to be processed to a second predetermined temperature higher than the first predetermined temperature;
The surface treatment method according to claim 1, further comprising:

前記第１の所定の温度が、２０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。 The surface treatment method according to claim 1, wherein the first predetermined temperature is 20 ° C. or less.

前記第１の所定の温度が、２０℃乃至−２０℃の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。 2. The surface treatment method according to claim 1, wherein the first predetermined temperature is in a range of 20 ° C. to −20 ° C. 3.

前記第１の所定の温度が、１０℃乃至−２０℃の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。 2. The surface treatment method according to claim 1, wherein the first predetermined temperature is in a range of 10 ° C. to −20 ° C. 3.

前記第２の所定の温度が、１００℃以上の温度であることを特徴とする請求項２に記載の表面処理方法。 The surface treatment method according to claim 2, wherein the second predetermined temperature is a temperature of 100 ° C. or higher.

処理容器内を真空排気する真空ポンプと、
ＮとＨを含むガスを活性化することにより、ＮラジカルとＨラジカルからなる活性ガス種を形成するプラズマ発生部と、
ＮＦ₃ガスを、表面上に酸化物を有する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発生部の端から離れた下流の位置において、前記ＮラジカルとＨラジカルからなる活性ガス種に添加するＮＦ₃ガス供給部と、
前記被処理体を第１の所定の温度以下に温度制御する温度制御部と、
を具備し、
前記ＮラジカルとＨラジカルからなる活性ガス種に添加されたことにより前記ＮＦ₃ガスが活性化して形成されたＮＦ₃ガスの活性ガス種と前記ＮラジカルとＨラジカルとからなる活性ガス種との相乗作用により、これらを第１の所定の温度以下の前記被処理体の表面上の前記酸化物と反応させることにより、前記酸化物を変質させてＳｉ、Ｎ、Ｈ、Ｆ、Ｏが混合した反応膜を形成する、
ことを特徴とする表面処理装置。A vacuum pump for evacuating the inside of the processing vessel;
A plasma generating unit that forms an active gas species composed of N radicals and H radicals by activating a gas containing N and H;
In the downstream position away from the end of the plasma generating unit with respect to the flow of the gas flowing toward the object having oxide on the surface, the NF ₃ gas is converted into the active gas species composed of the N radical and the H radical. An NF ₃ gas supply unit to be added;
A temperature control unit for controlling the temperature of the object to be processed to a first predetermined temperature or lower;
Comprising
And said NF ₃ active gas species gas comprises the active gas species of NF ₃ gas formed by activating said N radicals and H radicals by being added to the active gas species consisting of the N radicals and H radicals By synergistic action, these are reacted with the oxide on the surface of the object to be processed at a first predetermined temperature or lower, thereby modifying the oxide and mixing Si, N, H, F, and O. Forming a reaction film,
The surface treatment apparatus characterized by the above-mentioned.

前記被処理体を前記第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度に加熱することにより、前記反応膜を昇華させる加熱手段と、
を、さらに具備することを特徴とする請求項７に記載の表面処理装置。Heating means for sublimating the reaction film by heating the object to be processed to a second predetermined temperature higher than the first predetermined temperature;
The surface treatment apparatus according to claim 7, further comprising:

前記第１の所定の温度が、２０℃以下であることを特徴とする請求項７に記載の表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 7, wherein the first predetermined temperature is 20 ° C. or less.

前記第１の所定の温度が、２０℃乃至−２０℃の範囲であることを特徴とする請求項７に記載の表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 7, wherein the first predetermined temperature is in a range of 20 ° C. to −20 ° C.

前記第１の所定の温度が、１０℃乃至−２０℃の範囲であることを特徴とする請求項７に記載の表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 7, wherein the first predetermined temperature is in a range of 10 ° C. to −20 ° C.

前記第２の所定の温度が、１００℃以上の温度であることを特徴とする請求項８に記載の表面処理装置。 The surface treatment apparatus according to claim 8, wherein the second predetermined temperature is a temperature of 100 ° C. or higher.