JPH0135496B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0135496B2 JPH0135496B2 JP54165130A JP16513079A JPH0135496B2 JP H0135496 B2 JPH0135496 B2 JP H0135496B2 JP 54165130 A JP54165130 A JP 54165130A JP 16513079 A JP16513079 A JP 16513079A JP H0135496 B2 JPH0135496 B2 JP H0135496B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- silicon substrate
- silicon
- oxygen plasma
- rie
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体装置の製法に関する。
平行平板電極構造を有する装置を用いたドライ
エツチング法によりフレオン系ガスを用いてシリ
コン酸化膜、窒化膜、多結晶シリコン膜、等をエ
ツチングしたときその反応機構を起因して異方性
エツチングが期待されるため、微細パターンのエ
ツチング法としてリアクテイブ・イオン・エツチ
ング（以下RIEと称す）法の有用性が認識されて
きている。
エツチング法によりフレオン系ガスを用いてシリ
コン酸化膜、窒化膜、多結晶シリコン膜、等をエ
ツチングしたときその反応機構を起因して異方性
エツチングが期待されるため、微細パターンのエ
ツチング法としてリアクテイブ・イオン・エツチ
ング（以下RIEと称す）法の有用性が認識されて
きている。
しかしながらこのドライエツチング法は純粋に
化学反応のみを提供するのではなく、イオン化さ
れたガスによるシリコン基板表面へのスパツタリ
ング効果が加わる結果、シリコン結晶中へ反応ガ
スの構成元素である炭素(C)、弗素(F)が浸入して結
晶欠陥を誘発し、ひいてはシリコン基板上に形成
された半導体素子の電気的特性を劣化させる。と
りわけシリコン基板表面が露出して長時間フレオ
ン系ガスプラズマ中に浸積されたときにはこのス
パツタリング効果は更に増大する。
化学反応のみを提供するのではなく、イオン化さ
れたガスによるシリコン基板表面へのスパツタリ
ング効果が加わる結果、シリコン結晶中へ反応ガ
スの構成元素である炭素(C)、弗素(F)が浸入して結
晶欠陥を誘発し、ひいてはシリコン基板上に形成
された半導体素子の電気的特性を劣化させる。と
りわけシリコン基板表面が露出して長時間フレオ
ン系ガスプラズマ中に浸積されたときにはこのス
パツタリング効果は更に増大する。
また侵入元素のうち、炭素は後続の熱処理過程
においてシリコンカーバイト（SiC）を形成し、
これが基板中に分布する金属不純物集合のための
核として働く結果、RIEにより導入された他の元
素、例えば弗素、等と比較して結晶欠陥を誘発し
て素子特性に悪影響を与える可能性はとりわけ大
きい、と考えられる。
においてシリコンカーバイト（SiC）を形成し、
これが基板中に分布する金属不純物集合のための
核として働く結果、RIEにより導入された他の元
素、例えば弗素、等と比較して結晶欠陥を誘発し
て素子特性に悪影響を与える可能性はとりわけ大
きい、と考えられる。
本発明においてはRIEにより導入された高濃度
表面炭素堆積層を除去して、後続の熱処理過程に
おいて新たな結晶欠陥の発生を阻止せしめる方法
を提案するにある。
表面炭素堆積層を除去して、後続の熱処理過程に
おいて新たな結晶欠陥の発生を阻止せしめる方法
を提案するにある。
即ち、RIE法により絶縁被膜をエツチングした
のち、同一装置内もしくは他の装置中へRIE終了
後の表面露出せしシリコン基板を入れ、しかるの
ち酸素を導入してたとえば酸素プラズマを発生さ
せる酸素プラズマ処理法である。この方法におい
ては表面堆積層を形成する炭素は揮発性の化合物
であるCO、CO2等のCXOY系の炭素酸化物となり
反応系外へ除去される。即ち XC＋YO→CXOY の反応過程が成立している、と考えられる。
のち、同一装置内もしくは他の装置中へRIE終了
後の表面露出せしシリコン基板を入れ、しかるの
ち酸素を導入してたとえば酸素プラズマを発生さ
せる酸素プラズマ処理法である。この方法におい
ては表面堆積層を形成する炭素は揮発性の化合物
であるCO、CO2等のCXOY系の炭素酸化物となり
反応系外へ除去される。即ち XC＋YO→CXOY の反応過程が成立している、と考えられる。
しかも本酸素プラズマ処理法においては露出せ
しシリコンは酸素と反応してSiLOMのシリコン酸
化物（膜）を形成する反応過程が上記炭素酸化物
の反応過程と同時に起こる結果（低温での酸化の
進行）、露出面の炭素のみではなく、表面からシ
リコン・バルク中へ分布する高濃度の炭素をも除
去できるという長所を有する。
しシリコンは酸素と反応してSiLOMのシリコン酸
化物（膜）を形成する反応過程が上記炭素酸化物
の反応過程と同時に起こる結果（低温での酸化の
進行）、露出面の炭素のみではなく、表面からシ
リコン・バルク中へ分布する高濃度の炭素をも除
去できるという長所を有する。
また、他の長所としては低温での（120℃最
大）プラズマ処理の結果、処理中に表面堆積炭素
がシリコン・バルク中へと拡散することはないの
で前述せしCXOY系による炭素の除去過程におい
てほゞ完全に炭素表面堆積層を除去できる点であ
る。これは高温酸素雰囲気中における熱処理（基
板の酸化）では完全に堆積層を除去できない点と
は異なる。
大）プラズマ処理の結果、処理中に表面堆積炭素
がシリコン・バルク中へと拡散することはないの
で前述せしCXOY系による炭素の除去過程におい
てほゞ完全に炭素表面堆積層を除去できる点であ
る。これは高温酸素雰囲気中における熱処理（基
板の酸化）では完全に堆積層を除去できない点と
は異なる。
次に具体例を用いて本発明を詳述する。
第１図は本発明に用いる酸素プラズマ処理装置
の一例であり、通常のRIEに用いられるものであ
る。当該装置内にRIEにより表面の露出せしシリ
コン基板１を入れロータリーポンプ４、窒素トラ
ツプ３で真空排気後、反応ガスとしての酸素を導
入して高周波発振法により酸素プラズマを発生せ
しめて本発明になる酸素プラズマ処理をする。
尚、同図で２は制御バルブである。
の一例であり、通常のRIEに用いられるものであ
る。当該装置内にRIEにより表面の露出せしシリ
コン基板１を入れロータリーポンプ４、窒素トラ
ツプ３で真空排気後、反応ガスとしての酸素を導
入して高周波発振法により酸素プラズマを発生せ
しめて本発明になる酸素プラズマ処理をする。
尚、同図で２は制御バルブである。
第２図はRIE法によりシリコン酸化物をRIEし
たときの炭素堆積を示すオージエ電子分光分析の
一例である。
たときの炭素堆積を示すオージエ電子分光分析の
一例である。
即ち、エツチング直後のシリコン基板表面附近
に存在する炭素の深さ方向分布を示す。
に存在する炭素の深さ方向分布を示す。
図から明らかのごとく、炭素が約20Åの厚さで
シリコン基板表面を覆つて濃度高く存在し（表面
付近で最大でシリコン原子密度の約50％）、また、
バルク・シリコン中に約20Å程度深く（横軸40Å
付近まで）更に浸入している。ここで、炭素濃度
曲線は図中の横軸の40Å付近で略フラツトになつ
ていることから、この付近までRIEにより炭素が
侵入していたことになる。なお、図中、炭素濃度
が零とならないのは、オージエ分析中にチヤンバ
ー内に存在する残留ガス中の炭素を検出したもの
であり、シリコン基板中にRIEにより導入された
炭素ではない。
シリコン基板表面を覆つて濃度高く存在し（表面
付近で最大でシリコン原子密度の約50％）、また、
バルク・シリコン中に約20Å程度深く（横軸40Å
付近まで）更に浸入している。ここで、炭素濃度
曲線は図中の横軸の40Å付近で略フラツトになつ
ていることから、この付近までRIEにより炭素が
侵入していたことになる。なお、図中、炭素濃度
が零とならないのは、オージエ分析中にチヤンバ
ー内に存在する残留ガス中の炭素を検出したもの
であり、シリコン基板中にRIEにより導入された
炭素ではない。
第３図は、第２図の高濃度炭素体積層を持つた
シリコン基板を本発明による酸素プラズマ処理
を、第１図に示す装置を用いて、一例として、５
分間行ない、高濃度炭素体積層のほとんどを除去
した。
シリコン基板を本発明による酸素プラズマ処理
を、第１図に示す装置を用いて、一例として、５
分間行ない、高濃度炭素体積層のほとんどを除去
した。
すなわち、第２図における横軸の表面から40Å
よりも深くドライエツチングが進行し、炭素の侵
入のない領域までドライエツチングした場合であ
り、その表面にはSiLOMのシリコン酸化物（膜）
が約８Å成長している。これは、新たにドライエ
ツチングされたSi原子が、SiLOM膜を形成するた
めに消費されたことを示している。なお、図中、
バルク・シリコン中の炭素濃度が零となつていな
いのは、第２図と同様に、オージエ分析チヤンバ
中の残留ガス中の炭素を検出していることによる
ものである。これは本発明になる酸素プラズマ処
理効果が顕著にあらわれていることを示す。
よりも深くドライエツチングが進行し、炭素の侵
入のない領域までドライエツチングした場合であ
り、その表面にはSiLOMのシリコン酸化物（膜）
が約８Å成長している。これは、新たにドライエ
ツチングされたSi原子が、SiLOM膜を形成するた
めに消費されたことを示している。なお、図中、
バルク・シリコン中の炭素濃度が零となつていな
いのは、第２図と同様に、オージエ分析チヤンバ
中の残留ガス中の炭素を検出していることによる
ものである。これは本発明になる酸素プラズマ処
理効果が顕著にあらわれていることを示す。
ここで行われる酸素プラズマ処理には、通常の
エツチング装置で十分実施可能であり、その除去
作用により、シリコン基板表面に生じる堆積炭素
のみだけでなく、表面からシリコン・バルク中へ
分布する高濃度の炭素までをも除去することが、
ポイントとなるからである。
エツチング装置で十分実施可能であり、その除去
作用により、シリコン基板表面に生じる堆積炭素
のみだけでなく、表面からシリコン・バルク中へ
分布する高濃度の炭素までをも除去することが、
ポイントとなるからである。
なお、平行平板型リアクテイブ・イオン・エツ
チング装置（平行平板型RIE）を使用した場合に
は、酸素ガス圧力：0.5〜0.01TORR、印加電
力：100〜800W、時間：３分〜15分間、基板温
度：120℃等の条件でも行うことが可能である。
チング装置（平行平板型RIE）を使用した場合に
は、酸素ガス圧力：0.5〜0.01TORR、印加電
力：100〜800W、時間：３分〜15分間、基板温
度：120℃等の条件でも行うことが可能である。
また、バーレル型ドライエツチング装置を使用
した場合には、酸素ガス圧力：0.5〜0.05TORR、
印加電力：50〜500W、時間：５分〜20分間、基
板温度：120℃等の条件で行うとも可能である。
した場合には、酸素ガス圧力：0.5〜0.05TORR、
印加電力：50〜500W、時間：５分〜20分間、基
板温度：120℃等の条件で行うとも可能である。
即ち、通常のエツチング装置の使用は、上述の
種々の限定条件に特定され得るものではなく、常
に、装置の種別、型式、及び炭素の層厚、又は印
加電力、酸素ガス圧力等々により、適宜調整され
るべきものである。
種々の限定条件に特定され得るものではなく、常
に、装置の種別、型式、及び炭素の層厚、又は印
加電力、酸素ガス圧力等々により、適宜調整され
るべきものである。
換言すれば、本発明の趣旨とする所は、積極的
にオーバーエツチングを行つて、シリコン基板上
部に侵入した高濃度の炭素までをも除去でするこ
とであり、エツチング装置の使用条件等に何等限
定され得るべきものではない。
にオーバーエツチングを行つて、シリコン基板上
部に侵入した高濃度の炭素までをも除去でするこ
とであり、エツチング装置の使用条件等に何等限
定され得るべきものではない。
次にRIE後の高温熱酸化雰囲気中における炭素
の挙動について述べる。第４図はRIEをSiO2／Si
系にエツチング完了直後のシリコン基板を一方は
本発明になる酸素プラズマ処理を行つてしかるの
ち900、1000、1100℃の各々の温度において熱酸
化を行つたとき、他の一方は酸素プラズマ処理を
行わないで同様な熱酸化過程を経た各々のシリコ
ン基板についての赤外吸収スペクトルより求めた
炭素の吸収ピーク高さ（Hp）と半値幅
〔FWHM〕の積の酸化温度特性を示す。〔Hp〕×
〔FWHM〕はシリコン中に存在する炭素量に比
例する。
の挙動について述べる。第４図はRIEをSiO2／Si
系にエツチング完了直後のシリコン基板を一方は
本発明になる酸素プラズマ処理を行つてしかるの
ち900、1000、1100℃の各々の温度において熱酸
化を行つたとき、他の一方は酸素プラズマ処理を
行わないで同様な熱酸化過程を経た各々のシリコ
ン基板についての赤外吸収スペクトルより求めた
炭素の吸収ピーク高さ（Hp）と半値幅
〔FWHM〕の積の酸化温度特性を示す。〔Hp〕×
〔FWHM〕はシリコン中に存在する炭素量に比
例する。
同図にみられる如くRIEを行つてシリコン基板
を酸素プラズマ処理を行つたときには図中の温度
範囲においてほぼ炭素の存在は認められない。一
方、酸素プラズマ処理を行わない場合には同様な
温度範囲において炭素は濃度高く存在する。この
ことは前述せし如く、高濃度炭素堆積シリコン基
板を酸素雰囲気中において揮発性物質CXOYの形
成過程を期待しても、一部の炭素は高温熱処理効
果によりシリコンバルク中へ拡散する結果、上記
形成過程は表面層を形成する炭素のみにしか及ば
ず、RIEにより導入された高濃度表面炭素堆積層
の除去方法としては適当とは言い難く、本発明に
よる酸素プラズマ処理が有効な方法であることを
証明している。
を酸素プラズマ処理を行つたときには図中の温度
範囲においてほぼ炭素の存在は認められない。一
方、酸素プラズマ処理を行わない場合には同様な
温度範囲において炭素は濃度高く存在する。この
ことは前述せし如く、高濃度炭素堆積シリコン基
板を酸素雰囲気中において揮発性物質CXOYの形
成過程を期待しても、一部の炭素は高温熱処理効
果によりシリコンバルク中へ拡散する結果、上記
形成過程は表面層を形成する炭素のみにしか及ば
ず、RIEにより導入された高濃度表面炭素堆積層
の除去方法としては適当とは言い難く、本発明に
よる酸素プラズマ処理が有効な方法であることを
証明している。
以上の具体例は酸素プラズマ処理をRIEと同一
装置を用いて行つた場合であるがバーレル型（ト
ンネル型）のプラズマエツチング装置中に酸素を
導入して酸素プラズマ処理としても同様な効果が
期待できる。
装置を用いて行つた場合であるがバーレル型（ト
ンネル型）のプラズマエツチング装置中に酸素を
導入して酸素プラズマ処理としても同様な効果が
期待できる。
また、以上の具体例はSiO2／Si系における効
果であるが同様にしてSi3N4／SiO2／Si系、
Poly・Si／SiO2／Si系等においてシリコン基板
表面がRIEにより露出せしとき効果を発揮する。
果であるが同様にしてSi3N4／SiO2／Si系、
Poly・Si／SiO2／Si系等においてシリコン基板
表面がRIEにより露出せしとき効果を発揮する。
第１図は酸素プラズマ発生装置の概略図であ
る。第２図はRIE後のシリコン基板中の炭素の深
さ方向の分布を示す図であり、第３図はRIE後酸
素プラズマ処理を行つたシリコン基板中の炭素の
深さ方向の分布を示す図であり、第４図はRIE後
の酸素プラズマ処理有無によるシリコン基板中の
炭素の熱処理による挙動を示す図である。 尚、図において、１……シリコン基板、２……
制御バルブ、３……窒素トラツプ、４……ロータ
リーポンプである。
る。第２図はRIE後のシリコン基板中の炭素の深
さ方向の分布を示す図であり、第３図はRIE後酸
素プラズマ処理を行つたシリコン基板中の炭素の
深さ方向の分布を示す図であり、第４図はRIE後
の酸素プラズマ処理有無によるシリコン基板中の
炭素の熱処理による挙動を示す図である。 尚、図において、１……シリコン基板、２……
制御バルブ、３……窒素トラツプ、４……ロータ
リーポンプである。
Claims (1)
- １ フレオン系ガスを反応ガスとしたリアクテイ
ブ・イオン・エツチング法によりシリコン酸化
膜、窒化膜、多結晶シリコン、等の絶縁被膜をド
ライエツチングしてシリコン基板を露出せしめる
エツチング法において、該ドライエツチング後に
低温酸素プラズマ中に該シリコン基板を浸漬して
リアクテイブ・イオン・エツチングにより誘起さ
れたシリコン基板表面の堆積炭素を除去する工程
と、酸素プラズマにより生成されたシリコン基板
上部のシリコン酸化物を除去する工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16513079A JPS5687325A (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16513079A JPS5687325A (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5687325A JPS5687325A (en) | 1981-07-15 |
| JPH0135496B2 true JPH0135496B2 (ja) | 1989-07-25 |
Family
ID=15806465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16513079A Granted JPS5687325A (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5687325A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58127329A (ja) * | 1982-01-26 | 1983-07-29 | Seiko Epson Corp | 半導体基板の絶縁保護膜の蝕刻方法 |
| JPS5911629A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-21 | Toshiba Corp | 表面清浄化方法 |
| JPS6098626A (ja) * | 1983-11-02 | 1985-06-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体層の表面処理方法 |
| JPH01281748A (ja) * | 1988-05-07 | 1989-11-13 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5362474A (en) * | 1976-11-17 | 1978-06-03 | Hitachi Ltd | Cleaning method of metal photo mask |
-
1979
- 1979-12-19 JP JP16513079A patent/JPS5687325A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5687325A (en) | 1981-07-15 |
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