JPH088234B2 - Surface treatment method - Google Patents
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- JPH088234B2 JPH088234B2 JP61018017A JP1801786A JPH088234B2 JP H088234 B2 JPH088234 B2 JP H088234B2 JP 61018017 A JP61018017 A JP 61018017A JP 1801786 A JP1801786 A JP 1801786A JP H088234 B2 JPH088234 B2 JP H088234B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体、金属、絶縁物を試料として試料表面
のエッチング、表面改質、表面清浄化、表面への不純物
注入、表面への薄膜堆積などの各種処理を行う表面処理
方法に係り、特に、半導体表面の高精度エッチングと薄
膜堆積に好適な表面処理方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention uses semiconductors, metals, and insulators as samples for etching the sample surface, surface modification, surface cleaning, impurity implantation on the surface, and thin film deposition on the surface. The present invention relates to a surface treatment method for performing various treatments such as, and particularly to a surface treatment method suitable for high precision etching and thin film deposition on a semiconductor surface.
従来、半導体装置製造におけるエッチング処理には、
プラズマやイオンビームを用いていた、すなわち、処理
しようとする試料の表面に、プラズマを用いる場合はプ
ラズマからのイオンや電子をイオンビームを用いる場合
はイオンを、入射させる処理方法が採用されていた。こ
れら荷電粒子が試料表面に入射する現象とそれに伴う半
導体装置製造上の問題点については、ドライ プロセス
シンポジウム プシーディング（Dry Process Sympos
ium Proceeding），（1985）,V5,132Pで論じられてい
る。すなわち、試料表面に荷電粒子を入射させることに
よるエッチング処理においては、試料表面への帯電がお
き、絶縁用薄膜の劣化が起きるという問題点があった。
この問題は、エッチング処理の場合だけでなく、荷電粒
子を用いた表面清浄化や表面への不純物注入、さらに表
面改質や薄膜堆積などの処理を行う場合においても共通
に現われていた。Conventionally, the etching process in the semiconductor device manufacturing,
A treatment method was used in which plasma or an ion beam was used, that is, when the plasma was used, ions or electrons from the plasma were made to enter the surface of the sample to be treated, and when the ion beam was used, the ions were made to enter. . For the phenomenon that these charged particles are incident on the sample surface and the problems associated with semiconductor device manufacturing, refer to the Dry Process Symposium
ium Proceeding), (1985), V5, 132P. That is, there is a problem that in the etching process by making charged particles incident on the sample surface, the sample surface is charged and the insulating thin film is deteriorated.
This problem commonly appears not only in the case of etching treatment, but also in the case of performing surface cleaning using charged particles, injecting impurities into the surface, and further processing such as surface modification and thin film deposition.
本発明は、従来技術での上記した問題点、すなわち、
荷電粒子を試料表面に入射させると試料表面に帯電がお
き、絶縁用薄膜の劣化など、被処理物表面が破壊を受け
るという問題を解決し、イオン線を試料とは別の固体表
面に入射させて大部分が中性粒子からなる散乱粒子線を
得て、これを被処理試料の表面に入射させることで、試
料表面での帯電を少なくし、帯電による表面破壊などを
防止することのできる表面処理方法を提供することを目
的とするものである。The present invention has the above-mentioned problems in the prior art, namely,
When charged particles are incident on the sample surface, the sample surface is charged and the problem that the surface of the object to be treated is destroyed, such as deterioration of the insulating thin film, is solved, and the ion beam is incident on a solid surface other than the sample. A surface that can prevent surface damage due to electrification by reducing the electrification on the surface of the sample by obtaining scattered particle beam consisting mostly of neutral particles and making this incident on the surface of the sample to be treated. It is intended to provide a processing method.
従来、低エネルギーイオンの固体表面での散乱（反
射）現象については、アプライド フィズィクス（App
l.Phys.），９．（1976）P.261に“低エネルギーイオン
散乱分光”〔Low Energy Ion Scattering Spectroscop
y〕として論じられているが、これは、散乱した粒子を
検出することで、表面の原子組成等を分析する方法に関
するもので、散乱したイオンもくは中性化した粒子を用
いて試料表面のエッチング、表面改質、表面清浄化、表
面への不順注入、表面への薄膜堆積を行うという点につ
いての配慮はなかった。Conventionally, the phenomenon of scattering (reflection) of low-energy ions on a solid surface has been reported by Applied Physics (App
l.Phys.), 9 . (1976) P.261, “Low Energy Ion Scattering Spectroscop”
y], this relates to a method for analyzing the atomic composition of the surface by detecting scattered particles, and it uses scattered ions or neutralized particles for the sample surface. No consideration was given to etching, surface modification, surface cleaning, irregular implantation on the surface, and thin film deposition on the surface.
本発明においては、ターゲット部材表面上に所定の入
射角でイオンビームを入射させ、前記ターゲット部材表
面上で散乱して前記ターゲット部材表面上から出射した
中性粒子ビームを試料表面に入射させて前記試料表面を
処理する表面処理方法であって、前記イオンビームを構
成するイオンの各々のエネルギは1KeV以上10KeV以下で
あり、前記中性粒子ビームを構成する中性粒子は前記イ
オンビームを構成するイオンが前記散乱により中性化し
たものである。また、前記試料をガス雰囲気中に起き、
この試料表面に前記中性粒子ビームを入射させ、前記ガ
ス雰囲気中において前記試料表面の処理を行なう。In the present invention, the ion beam is incident on the target member surface at a predetermined incident angle, the neutral particle beam scattered from the target member surface and emitted from the target member surface is incident on the sample surface, and A surface treatment method for treating a sample surface, wherein each energy of ions constituting the ion beam is 1 KeV or more and 10 KeV or less, and neutral particles constituting the neutral particle beam are ions constituting the ion beam. Is neutralized by the scattering. In addition, the sample occurs in a gas atmosphere,
The neutral particle beam is incident on the sample surface, and the sample surface is processed in the gas atmosphere.
イオン線がターゲット部材表面において散乱をうける
と、大部分のイオン粒子がもつ電荷が中和されて中性粒
子となり、したがって、散乱粒子線が試料に入射した時
の試料表面での電荷の交換が少なく、帯電現象による処
理物質の破壊などが少ない状態で表面処理が行われる。When the ion beam is scattered on the surface of the target member, the charges of most of the ionic particles are neutralized and become neutral particles, so that the charge exchange on the sample surface when the scattered particle beam enters the sample is prevented. The surface treatment is performed in a state in which the amount of the substance to be treated is less and the substance to be treated is less destroyed by the charging phenomenon.
第１図を用いて本発明の概要を説明する。イオン源１
から引き出したイオンビーム２をターゲット部材３に照
射して散乱させる。散乱ビーム４は大部分が照射された
イオンが中性化した粒子で構成され、わずかに発散しな
がら、試料５の表面に入射する。この入射により試料５
の表面処理を行う。散乱ビーム４の大部分が中性粒子で
あることから、試料表面での帯電現象が小さく、試料と
して、シリコン（Si）、ゲルマニウム（Ge）、ガリウム
・ヒ素（GaAs）、ガリウム・リン（GaP）、インジウム
・リン（InP）およびそれらの混合体等の半導体材料、
二酸化シリコン（SiO2）、四窒化シリコン（Si3N4）、
酸化タンタル（Ta2O5）、酸窒化シリコン（SiON）、酸
化アルミニウム（Al2O3）、窒化ホウ素（BN）などの絶
縁物、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、ニッケル（N
i）、窒化チタン（TiN）、タングステン（Ｗ）、モリブ
デン（Mo）、金（Au）、銀（Ag）などの金属、を用いて
その表面処理が可能である。The outline of the present invention will be described with reference to FIG. Ion source 1
The target member 3 is irradiated with the ion beam 2 extracted from the target member 3 to scatter it. Most of the scattered beam 4 is composed of particles in which irradiated ions are neutralized, and is incident on the surface of the sample 5 while slightly diverging. This incidence causes sample 5
Surface treatment. Since most of the scattered beam 4 is neutral particles, the charging phenomenon on the sample surface is small, and as the sample, silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP) are used. , Semiconductor materials such as indium phosphide (InP) and their mixtures,
Silicon dioxide (SiO 2 ), silicon tetranitride (Si 3 N 4 ),
Insulators such as tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), boron nitride (BN), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (N)
The surface treatment can be performed using a metal such as i), titanium nitride (TiN), tungsten (W), molybdenum (Mo), gold (Au), and silver (Ag).
本発明は、スパッタリング現象を利用して物質を堆積
させるスパッタデポジッション法とは異なる。スパッタ
デポジション法は、入射イオンが固体表面原子を物理的
にたたき出し（スパッタリング現象）、その表面原子が
試料表面に堆積する方法であるのに対し、本発明は、タ
ーゲット部材３で散乱された粒子により試料５の表面処
理を行うものである。The present invention is different from the sputter deposition method in which a substance is deposited by utilizing the sputtering phenomenon. The sputter deposition method is a method in which incident ions physically knock out solid surface atoms (sputtering phenomenon), and the surface atoms are deposited on the sample surface, whereas the present invention uses particles scattered by the target member 3. The surface treatment of the sample 5 is performed by.
第２図により散乱の原理を説明する。入射イオン６
（質量M0、エネルギーE0）が斜め方向から固体表面に入
射して表面原子７（質量M1）と衝突すると、入射イオン
は散乱され、散乱角θ、エネルギーE1となる。その時の
散乱粒子８のエネルギーE1は次式により与えられる。The principle of scattering will be described with reference to FIG. Incident ion 6
When (mass M 0 , energy E 0 ) is incident on the solid surface from an oblique direction and collides with surface atoms 7 (mass M 1 ), the incident ions are scattered to have a scattering angle θ and energy E 1 . The energy E 1 of the scattering particles 8 at that time is given by the following equation.
ただし、Ａ＝M1/M0である。散乱角θと入射イオン６
のエネルギーE0と質量M0を決定すると、ターゲット部材
表面原子７の質量により、散乱粒子８のエネルギーE1は
上式により極めて精度よく制御することができる。ま
た、上式により、散乱角θを小さくすると散乱粒子８の
エネルギーE1が高くなり、入射イオン６のエネルギーE0
に近づく。したがって、入射角θを小さくすることによ
って、反射効率を高め、かつ、入射イオン６によるター
ゲット部材３、11のスパッタリングを著しく低減させる
ことができる。そして、散乱された粒子は入射イオンと
同一元素であるが、大部分中性粒子となる。 However, A = M 1 / M 0 . Scattering angle θ and incident ion 6
When the energy E 0 and the mass M 0 are determined, the energy E 1 of the scattering particles 8 can be controlled extremely accurately by the above equation due to the mass of the target member surface atoms 7. Further, from the above equation, when the scattering angle θ is reduced, the energy E 1 of the scattering particles 8 is increased and the energy E 0 of the incident ions 6 is increased.
Approach. Therefore, by reducing the incident angle θ, it is possible to enhance the reflection efficiency and significantly reduce the sputtering of the target members 3 and 11 by the incident ions 6. The scattered particles are the same element as the incident ions, but are mostly neutral particles.
散乱の効率は、入射するイオンエネルギーに強く依存
し、イオンエネルギーが１〜10KeVで効率が良い。しか
し、1KeV以下においても散乱し、低エネルギー中性粒子
を発生させることもでき、また、10KeV以上の高エネル
ギーにおいても散乱させて高エネルギー中性粒子を生成
させることができる。The scattering efficiency is strongly dependent on the incident ion energy, and the ion energy is 1 to 10 KeV and the efficiency is good. However, it is possible to generate low-energy neutral particles by scattering even at 1 KeV or less, and to generate high-energy neutral particles even at high energy of 10 KeV or more.
前述した半導体材料、絶縁物、金属を試料としてその
評めに物質堆積を行う場合は、入射するイオンとして、
試料材料の元素を少なくとも１つ含むイオンを用いる表
面処理方法が適する。また、エッチングを行う場合は、
ヘリウク（He）、ネオン（Ne）、アルゴン（Ar）、クリ
プトン（Kr）、キセノン（Xe）などの不活性元素のイオ
ン（He+、Ne+、Ar+、Kr+、Xe+）、フッ素（Ｆ）、塩素
（Cl）、臭素（Br）などのハロゲン原子のイオン（F+、
Cl+、Br+）、さらにC Cln +、C Fn +、C Br+、B Cln +、S
Fm +（ｎ＝１〜３、ｍ＝１〜６）などの少なくとも１個
のハロゲンを含む２原子、多原子イオンやそれらの多価
イオンを使用することができる。表面改質を行う場合
は、N+、N2 +、O+、O2 +、C+、CHn +（ｎ＝１〜３）、C
O+、CO2 +、Si+など改質したい表面原子との組み合わせ
の元素を少なくとも１個含むイオンが使用できる。When using the above-mentioned semiconductor materials, insulators, and metals as samples to perform substance deposition, the incident ions are:
A surface treatment method using ions containing at least one element of the sample material is suitable. Also, when performing etching,
Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) and other inert element ions (He + , Ne + , Ar + , Kr + , Xe + ), fluorine ( F), chlorine (Cl), bromine (Br) and other halogen atom ions (F + ,
Cl + , Br + ), and further C Cl n + , CF n + , C Br + , B Cl n + , S
It is possible to use diatomic or polyatomic ions containing at least one halogen such as F m + (n = 1 to 3, m = 1 to 6) and their multiply charged ions. When surface modification is performed, N + , N 2 + , O + , O 2 + , C + , CH n + (n = 1 to 3), C
Ions containing at least one element in combination with surface atoms to be modified such as O + , CO 2 + and Si + can be used.
エッチングすべき試料と、この試料に入射する散乱ビ
ームとの組み合せは、上記で限定した試料と入射ビーム
との組み合せより広い範囲に応用できる。すなわち、散
乱された試料に入射するビームと試料表面原子とを化学
反応させてエッチングすることが可能であり、その化学
反応生成物の蒸気圧が高くなる試料と散乱ビームの組み
合せであれば良い。堆積においては、堆積膜を構成する
元素を少なくとも１個含むイオンビームであれば、どの
ような試料に対しても堆積に使用することが可能であ
る。The combination of the sample to be etched and the scattered beam incident on this sample can be applied to a wider range than the above-defined combination of the sample and the incident beam. That is, a combination of a sample and a scattered beam that can chemically etch a beam incident on the scattered sample and atoms on the sample surface and cause a chemical reaction product to have a high vapor pressure can be used. In the deposition, an ion beam containing at least one element forming the deposited film can be used for the deposition on any sample.
第３図は本発明の他の実施例を示す図で、試料材料を
ガス雰囲気中に置いた場合である。イオン源９により引
き出したイオンビーム10をターゲット部材11の表面に入
射させ、散乱したビーム12をガス13雰囲気中を通して試
料14の表面に照射する。第３図実施例によれば、第１図
実施例と同様の組み合せのほかに、イオンビーム10とガ
ス13と試料14材料との組み合せで、エッチング、表面改
質、堆積を行うことができる。入射イオンとしては、He
+、Ne+、Ar+、Kr+、Xe+などの不活性イオンのほかに、
イオン源で発生させ得るどのイオン種でも使用でき、第
１図実施例の場合より広い範囲の組み合せが可能であ
る。エッチングにおけるガス13と試料14の組み合せとし
ては、試料材料の元素と雰囲気ガス中の少なくとも一元
素との化合物の蒸気圧が高くなるように選択すると良
い。試料14がSiの場合は、ハロゲン元素Ｆ、Fl、Br、Ｉ
を少なくとも含むガスを真空槽内に導入すれば良く、試
料14がAlの場合は、Clを含むガスを雰囲気として使用す
れば良く、試料がＣの場合は、Ｏ、Ｎ、Ｆ、Cl、Brなど
を含むガスで良い。表面改質では、試料表面元素とガス
分子、原子中の少なくとも１つの元素の化合物の蒸気圧
が低くなるように選ぶ。堆積物形成には、膜構成元素の
少なくとも１つの元素を含むガスを選択して使用する。FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention, in which the sample material is placed in a gas atmosphere. The ion beam 10 extracted by the ion source 9 is incident on the surface of the target member 11, and the scattered beam 12 is applied to the surface of the sample 14 through the atmosphere of the gas 13. According to the embodiment of FIG. 3, etching, surface modification, and deposition can be performed by using the combination of the ion beam 10, the gas 13, and the material of the sample 14 in addition to the combination as in the embodiment of FIG. As the incident ions, He
Besides inert ions such as + , Ne + , Ar + , Kr + , Xe + ,
Any ion species that can be generated by the ion source can be used, and a wider range of combinations than in the case of the embodiment of FIG. 1 is possible. The combination of the gas 13 and the sample 14 in etching may be selected so that the vapor pressure of the compound of the element of the sample material and at least one element in the atmosphere gas becomes high. When the sample 14 is Si, halogen elements F, Fl, Br, I
It is sufficient to introduce a gas containing at least Al into the vacuum chamber. When the sample 14 is Al, a gas containing Cl is used as the atmosphere. When the sample is C, O, N, F, Cl, Br A gas containing, etc. may be used. In the surface modification, the vapor pressure of the sample surface element, the gas molecule, and the compound of at least one element in the atom is selected to be low. For deposit formation, a gas containing at least one of the film-constituting elements is selected and used.
第３図実施例によれば、第１図実施例でのガスを使用
しない場合に比較して、より効率の高いエッチング、表
面改質、膜堆積が可能である。According to the embodiment of FIG. 3, etching, surface modification, and film deposition with higher efficiency are possible as compared with the case of using no gas in the embodiment of FIG.
本発明によれば、表面処理する試料には、主として電
荷をもたない粒子が入射するので、試料表面における帯
電現象を小さくして帯電現象による処理物質の破壊など
を少なくすることができ、また、散乱線の進行方向の発
散が小さいことから、散乱線進行方向の表面処理が容易
となる。According to the present invention, since particles having no electric charge are mainly incident on the sample to be surface-treated, it is possible to reduce the charging phenomenon on the surface of the sample and reduce the destruction of the treated substance due to the charging phenomenon. Since the divergence of scattered rays in the traveling direction is small, the surface treatment in the traveling direction of scattered rays becomes easy.
第１図は本発明の概要説明図、第２図は散乱の原理を説
明する図、第３図は本発明の他の実施例説明図である。 〔符号の説明〕 １、９……イオン源、２、10……イオンビーム ３、11……ターゲット部材、４、12……散乱ビーム ５、14……試料、６……入射イオン ７……表面原子、８……散乱粒子 13……ガスFIG. 1 is a diagram for explaining the outline of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of scattering, and FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. [Explanation of symbols] 1, 9 ... Ion source, 2, 10 ... Ion beam 3, 11 ... Target member, 4, 12 ... Scattered beam 5, 14 ... Sample, 6 ... Incident ion 7 ... Surface atoms, 8 …… Scattering particles 13 …… Gas
Claims (2)
オンビームを入射させ、前記ターゲット部材表面上で散
乱して前記ターゲット部材表面上から出射した中性粒子
ビームを試料表面に入射させて前記試料表面を処理する
表面処理方法であって、前記イオンビームを構成するイ
オンの各々のエネルギは1KeV以上10keV以下であり、前
記中性粒子ビームを構成する中性粒子は前記イオンビー
ムを構成するイオンが前記散乱により中性化したもので
あることを特徴とする表面処理方法。1. An ion beam is incident on the surface of a target member at a predetermined incident angle, and a neutral particle beam scattered on the surface of the target member and emitted from the surface of the target member is incident on the surface of a sample. A surface treatment method for treating a sample surface, wherein each energy of ions constituting the ion beam is 1 KeV or more and 10 keV or less, and neutral particles constituting the neutral particle beam are ions constituting the ion beam. Is neutralized by the above scattering.
射を、前記試料をガス雰囲気中に置いて行なうことを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の表面処理方法。2. The surface treatment method according to claim 1, wherein the neutral particle beam is incident on the surface of the sample while the sample is placed in a gas atmosphere.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61018017A JPH088234B2 (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Surface treatment method |
| KR1019870000364A KR940000915B1 (en) | 1986-01-31 | 1987-01-19 | Surface treating method of semiconductor device |
| US07/009,784 US4857137A (en) | 1986-01-31 | 1987-02-02 | Process for surface treatment |
| KR1019940016158A KR960009823A (en) | 1986-01-31 | 1994-07-06 | Etching method |
| KR1019940016157A KR960009822A (en) | 1986-01-31 | 1994-07-06 | Antistatic method and antistatic ion beam device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61018017A JPH088234B2 (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Surface treatment method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62177925A JPS62177925A (en) | 1987-08-04 |
| JPH088234B2 true JPH088234B2 (en) | 1996-01-29 |
Family
ID=11959899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP61018017A Expired - Lifetime JPH088234B2 (en) | 1986-01-31 | 1986-01-31 | Surface treatment method |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH088234B2 (en) |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2939269B2 (en) * | 1989-05-24 | 1999-08-25 | 富士通株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5490033A (en) * | 1977-12-28 | 1979-07-17 | Fujitsu Ltd | Ion milling etching sensor |
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-
1986
- 1986-01-31 JP JP61018017A patent/JPH088234B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JPS62177925A (en) | 1987-08-04 |
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