JPH0231419A - ドライエッチング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はドライエツチング装置に関し、更に詳しくは半
導体製造プロセスなどにおける基板表面の清浄化および
種々の膜が形成された基板表面上の不要膜を選択的に除
去することのできる装置に関する。

（従来の技術とその問題点） 近年、気相法による基板表面の膜除法がフッ化水素ガス
と水蒸気の混合ガスの組み合わせで水分濃度のかなり高
い状態で行われている。たとえば、特開昭５６−８８３
２０号明細書または特開昭５９−１（３６７５号明細書
に記載の如く、フッ化水素酸から蒸発するフッ化水素ガ
スを流して反応させており、また公表特許公報昭６２−
５０２９３０号に記載の如く、無水フッ化水素ガスに水
蒸気を添加し水分濃度の高いフッ化水素ガスを調合して
いる。フッ化水素ガスと水蒸気が混合している系では、
酸化膜その他反応性膜との反応性が大きく、膜除去速度
の調節あるいは膜種による選択除去が出来ない。たとえ
ばＳｔ基板上に形成された熱酸化膜やＣＶＤ膜、ＢＳＧ
膜と自然酸化膜が共存する基板表面上から不要な膜たと
えば自然酸化膜のみを除去することは殆ど不可能である
。

フッ化水素ガスに多量の水分が混在していると極めて腐
食性が大きくなり、装置材料とくに水分を含んだフッ化
水素ガスを供給するガス配管系に金属が使用できず、高
分子樹脂やフッ素系の樹脂を用いざるを得ずハンドリン
グや設備の点で問題がある。また樹脂製のガス配管系や
チャンバを用いた場合には継手などが不十分なため、外
部からの大気成分の混入を十分抑えることができず、ク
リーンなプロセスは実現できなかった。

Ｃ本発明が解決しようとする課題〕 本発明はフッ化水素濃度をかえることにより、半導体基
板表面に複雑に形成された種々の膜の中から、フン化水
素との反応性の差を利用して必要な膜を残存し、不要な
膜を基板表面から除去することのできる装置を提供する
ことを目的とする。

更に本発明は上記目的に加え、水分が極めて少ない無水
フッ化水素希釈ガスを使用し、金属の腐食を低減するこ
とにより装置のうち少なくとも反応チャンバに至るガス
配管系をウルトラクリーングレードのガス供給が行える
金属材料で製作することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らはドライエツチング装置について研究をした
結果、金属、石英あるいはセラミックの一種もしくはそ
れらの組合わせから構成され且つ基板が設置される処理
チャンバ、および無水フッ化水素希釈ガス発生装置をを
備えたエツチング装置において、上記処理チャンバと上
記無水フッ化水素希釈ガス発生装置との間をステンレス
あるいはニッケルからなる金属製ガス配管系で接続し、
該処理チャンバと該無水フッ化水素ガス発生装置の間の
分岐点を介して、不活性ガス供給系を接続したドライエ
ツチング装置を開発した。

〔発明の構成及び作用〕

本発明の基板表面の気相法による膜除去は従来の技術と
全く異なり、水分濃度が極めて少ない無水フッ化水素希
釈ガスに不活性ガスを任意の割合で混合し、フッ化水素
濃度を変化させることにより、半導体基板表面に形成さ
れた種々の膜の少なくとも一種をフン化水素ガスとの反
応性の差を利用して選択的に除去するものである。すな
わち水分濃度が数十ｖｐｐｍ以下好ましくは１０ｖｐｐ
−以下更に好ましくは数ｖｐｐｍ以下であり、フッ化水
素濃度が１０ｖ％以下好ましくは５ｖ％以下である無水
フッ化水素希釈ガスを使用して、フン化水素と反応性を
有する膜の少なくとも二種からなる膜の組合わせの中か
ら少なくとも一種を選択的に除去できる装置を提供する
ものである。ここで各数値に添付されるＶの意味は容量
のことである。半導体基板上のフッ化水素と反応性を有
する膜としてはたとえばシリコン等の熱酸化Ｓｉ０ｇ膜
、ＣＶ　Ｄｓｉｏｚ膜、リンまたはホウ素をドープした
ＣＶＤ膜（ＰＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＢＰＳ（ＩＪＩり、熱
・薬品・空気酸化によって形成した極めて薄い自然酸化
膜等である。

第１図は本発明装置の一例を示す概略図である。

本発明において、水分が極めて少ない条件で無水フッ化
水素希釈ガスによる膜除去処理をするため、装置材料を
金属で製作することができる。第１図において１は無水
フッ化水素希釈ガス発生装置であり、たとえば別途本発
明者らが発明した無水フッ化水素希釈ガス発生装置（出
願臼：昭和６３年７月２０日）を用いることにより本発
明が要求するグレードの無水フッ化水素希釈ガスは容易
に供給される。この装置によれば少量のガス量に対して
も所定のフッ化水素を含有し、しか、も水分含有量の極
めて少ない無水フッ化水素希釈ガスを発生させることが
できる。

２は無水フッ化水素希釈ガスを処理チャンバに供給する
ため、および処理チャンバ内を無水にパージするための
不活性ガスボンベであり、窒素、アルゴン、ヘリウム等
の不活性ガスが用いられる。

もちろん、これらのガスは液化ガス貯蔵タンクやオンサ
イトプラントから供給されてもよい。第１図で、無水フ
ッ化水素希釈ガス発生装置ｌから処理チャンバ３までの
ガス配管系は、ステンレスあるいはニッケル製である。

第１図では、３の基板処理チャンバは第２図に示したニ
ッケル製で、処理する基板が１枚横置きの形式を図示し
ているが必要に応じて第３図に示すような石英製で、処
理する基板が複数枚の構造にすることも可能である。

４は露点計であり処理チャンバ内の水分濃度を測定する
ために用いる。５は無水フッ化水素希釈ガスの濃度の分
析や反応生成物たとえば四フッ化珪素ガスの分析のため
のモニターであり、ガスクロマトグラフや質量分析計ま
たは赤外分光光度針（以降ＩＲと呼ぶ）などが用いられ
る。ここではＩＲを用いた例を示した。ここで用いた露
点計やＩＲは必ずしも必要ではないが、用いた方が水分
濃度やフッ化水素濃度の確認および発生した四フッ化珪
素ガスの確認等が出来便利である。

第１図に示す本発明の装置を用いて、水が極めて少ない
無水フッ化水素希釈ガスでシリコン基板表面の膜を除去
する手順はたとえば次の様である。

ウェハをチェンバ３に装填し、バルブｌＬ１２．１３．
１４．１７．１８．１９．２０．２１．２３．２４．２
６．２７．２８を開にし、２の高純度窒素を１４！／ｎ
ｉｎで流して系内の水分濃度を低下させる、水分濃度が
露点計４で１０ｖｐｐｍ以下であることを確認する。　
バルブ２０．２３．２６．２７．２８を閉、２５．３１
．３２を開にして高純度窒素をＩＨセ、ル５に流す。バ
ルブ１５．１６を開、１３．１４を閉にし、高純度無水
フッ化水素希釈ガスを発生させ、ＩＲにてフッ化水素濃
度を分析する。

バルブ２０．２３を開、２１．２４を閉にして高純度無
水フン化水素希釈ガスをチャンバーにフローシ、酸化膜
との反応ガスをＩＲセルにフローして分析する。

バルブ１３．１４を開、１５．１６を閉にして系内に残
存する無水フッ化水素希釈ガスを高純度窒素で置換する
。連続的に使用する時には、常時処理チャンバ３に不活
性ガスを流しておき、半導体基板がロードロック機構に
より、処理チャンバに搬入されるつど、無水フッ化水素
希釈ガスを切り換えて流すようにする。また、酸化膜中
に金属不純物成分の多い膜を除去する場合には、無水フ
ッ化水素希釈ガス中に塩素ガスを所定量混入しても良い
。

なお、３のチャンバは第２図に示したようにダブルシー
ル方式で外側をフッ素系のパツキン、内側を金属性のガ
スケットで構成し、その中を高純度窒素をフローする構
造にしても良い。この方式は必ずしも必要では無いが、
極低水分域を得るためには、この様な構造が望ましい。

モニターとしてＩＲを用い、種々検討した結果を次に示
す。第４図の上図はフッ化水素濃度の連続測定のチャー
ト図でＩＨの波数を３８８０Ｃ１ｍ−’に固定し時間経
過を示したものであり、フッ化水素濃度はＩＲの透過率
で見る。この図において６０の点で無水フン化水素希釈
ガスの供給を始める。しかしこの時には処理チャンバに
は供給せずにバイパスを通してＩＲの方へ流す。フッ化
水素濃度確認は６０−６１の高さから求め、無水フッ化
水素希釈ガスが所定濃度（６０−６１）且つ安定に供給
されている（６１−６２）ことを確認した後、無水フッ
化水素希釈ガスをチャンバ内に供給する（６２）。反応
は瞬時に起こり膜の除去が始まり（６２）、６３の点で
膜除去は終了する。膜厚を膜除去に所要した時間（６２
−６３）で除すると、膜の除去速度が得られる。膜除去
が終わると無水フッ化水素希釈ガスは元の濃度６４の点
に戻る。次の膜除去が起こっていない（６４−６５）こ
とを確認した後、無水フッ化水素希釈ガスの供給を止め
る。

第４図の下図はＩＲの波数を１０２８ｃｍ−’に固定し
、酸化膜と無水フッ化水素希釈ガスとが反応して生じた
四フッ化珪素ガスを連続測定したものである。

第４図の下図において、チャンバ内に無水フッ化水素希
釈ガスの供給を始める（６７）とただちに四フッ化珪素
ガスが発生する（６７−Ｔｏ）。

第４図において、６２と６７とが無水フッ化水素希釈ガ
スの供給開始点で、同じく６３と６９が供給停止でそれ
ぞれ対応する。膜の表面積が大きい程６７−７０の囲む
面積が大きくなり、膜厚が大きくなるほど６８−６９の
時間は長くなる。透過率の変化量（６７−６８−６９−
７０）を膜除去に所要した時間（６７−６９）で除する
ことにより膜の除去速度が得られる。第４図は熱酸化Ｓ
ｔｏｗ膜（膜厚９６４５人、面積１．８６ｃ＋ｉｌ）を
フッ化水素濃度２ｖ％で膜除去をおこなった時のＩＲモ
ニターカーブである。

次に温度による膜の除去速度および膜除去率を求めた。

第５図は温度を変化させて４．７ｖ％の無水フッ化水素
希釈ガスを１４！／ｍｉｎの流速でチャンバ内に供給し
、シリコン熱酸化膜を除去した時の結果である。この時
チャンバ内の水分濃度は１ｖｐｐｍであった。この結果
から２５°Ｃ付近で膜の除去速度が極大になり、低温、
高温いずれの側でも膜の除去速度は遅かった。自然酸化
膜の場合について、反応が起こるフッ化水素濃度の最小
値を求めた結果を第６図に示した。図中の線は反応が起
こるかどうかのフッ化水素濃度の臨界ラインである。こ
の時も２５°Ｃで最も反応しやすい結果になっている。

他の膜についても同様の結果が得られた。

また熱酸化膜の温度による膜除去率を第７図に示した。

２５°Ｃ以下では１００％膜は除去されるが、２５℃以
上になれば温度の上昇とともに膜の除去率が低下する。

４５℃以上で膜除去機能は消滅する。したがって、本発
明の装置のうち処理チャンバの温度は、４５°Ｃ以下に
保つことが必要である。

以上第５図、６図、７図の結果から温度が２５°Ｃ付近
で膜の除去速度が最も早く、膜をすばやく除去できる。

しかし低温領域では膜は完全に除去できるが、膜の除去
速度は低温になるほど遅くなり膜の除去に時間がかかる
。一方２５℃より高い温度領域では高温になるほど膜の
除去速度は遅くなり、膜も完全に除去されずに残存する
。これらの結果から膜除去は２５°Ｃ付近で行うのが好
適である。

表１に種々の５ｉＯ１膜の形成および処理条件を示した
。各々の膜についてフッ化水素濃度および水分濃度を変
え膜除去を行った。

表１ この反応は、あるフッ化水素濃度と水分濃度のところで
反応が起こりそれ以下の濃度では反応はまったく起こら
ない。つまり反応はある濃度ラインを境として明瞭に分
かれる。このラインを臨界ラインと名付けた。そのモデ
ルを第８図に示した。

第８図おいて縦軸は不活性ガス中のフッ化水素濃度（７
％）であり横軸は水分濃度（ｖｐｐｍ）である。

第８図のモデル図に示した様に臨界ラインより上方が膜
が除去される領域であり、臨界ラインより下方が膜が除
去されない領域である。膜除去領域の決定は３０分間、
一定濃度の無水フッ化水素希釈ガスを流し膜が除去され
るかどうかで判別した。

その結果、膜除去領域では瞬時に膜は除去されるが、膜
除去されない領域では３０分間経過しても膜は除去され
なかった。臨界ラインは基板上に設けられた酸化膜の形
成および処理条件によって異なる。

種々の酸化膜について臨界ラインを求め、その結果を第
９図から第１３図に示した。なお反応温度は２０°Ｃで
行った。

第９図は熱酸化膜の例であり膜の形成条件の違いにより
低水分域で臨界ラインが異なりウェット酸化法で形成し
た膜の方がドライ酸化法で形成した膜よりも同じ水分濃
度では膜除去がしにくい結果になった。例えば水分濃度
がＱ、０４ｖｐｐｍでフッ化水素濃度が５ｖ％の時、ウ
ェット酸化膜は膜除去が起こらないが、ドライ酸化膜は
膜除去された。

しかし水分濃度が０．２ｖｐｐｎ＋付近より高濃度域で
は両者の膜の臨界ラインは一致した。

また第１０図はＣＶ　ＤＳｉＯ□膜について求めた結果
であり水分濃度が数ｐｐ−以下では、はとんど無水フッ
化水素希釈ガスの臨界濃度は０．９〜１．０ｖ％とほと
んど一定であった。しかし高水分域では水分濃度が高く
なるにつれてフッ化水素濃度が急激に低くなった。

第１１図はホウ素をドープしたＣ　Ｖ　Ｄ　５ｉ（ｈ膜
（ＢＳＧ膜）の結果であり、ホウ素のドープ量を変えて
形成した膜について実験を行ったが、臨界ラインはドー
プ量にほとんど影響されない結果を得た。

第１２図はリンをドープしたＣ　Ｖ　Ｄ　Ｓｉ０ｇ膜（
ＰＳＧ膜）について実験を行った結果であり、フッ化水
素濃度が０．１ｖ％でも膜が除去され、膜が除去されな
い領域は現時点において求めることは出来なかった。

第１３図は自然酸化膜について臨界ラインを求めた結果
であり、自然酸化膜はオゾン処理によって形成したもの
、熱風乾燥したもの、また薬品処理（Ｉ（ＮＯｓ、Ｈｚ
Ｏｚ）により形成したものについて臨界ラインを求めた
。その結果、オゾン処理した膜は他の形成法により得ら
れた自然酸化膜よりも反応が起こりやすいことがわかっ
た。

以上得られた第９図から第１３図の臨界ラインを第１４
図に総括した。

第１４図より臨界ラインは上方より熱酸化膜、ＣＶＤ膜
、ＢＳＣ膜、自然酸化膜の順でありＰＳＧ膜については
臨界ラインは０．１ｖ％以下と考えられる。

また第１５図に熱酸化膜と自然酸化膜（オゾン処理）が
共存する場合の自然酸化膜のみを選択的に除去する領域
を示した。つまり斜線の領域を用いることにより熱酸化
膜を除去することなく自然酸化膜のみを選択的に除去出
来る。

第１４図のこれらの臨界ラインを用いて第１５図に示し
た熱酸化膜と自然酸化膜以外の組み合わせについても選
択的除去が可能である。たとえばＣＶＤ膜とＰＳＧ膜か
らなる膜からＰＳＧ膜だけを除去することが可能である
。また２種以上の膜が形成された基板において、そのう
ち少なくとも１種の膜を選択的に除去することも可能で
ある。

たとえば熱酸化膜、ＣＶＤ膜および自然酸化膜からなる
複合膜あるいは熱酸化膜、ＢＳＧ膜および自然酸化膜か
らなる複合膜から自然酸化膜を選択的に除去すること、
また熱酸化膜、ＣＶＤ膜およびＰＳＧ膜からＰＳＧ膜だ
けを選択的に除去することが可能である。水分濃度の高
い領域ではかなり低濃度の無水フッ化水素希釈ガスでも
膜除去が起こり、熱酸化膜、ＣＶＤ膜、自然酸化膜等の
選択除去は困難になる。たとえば水分濃度が１０００　
ｖｐｐｍにおいて、熱酸化膜は、フッ化水素濃度が０．
４５％が臨界値であり、自然酸化膜の熱風乾燥形成膜は
０．３５％またオゾン処理によって形成された酸化膜は
０．２％である。またＣＶＤ膜やＢＳＧ膜はその中間に
位置している。フッ化水素濃度の制御中は、現状では±
０．１５％であり、水分濃度が１０００　ｖｐｐｍのよ
うな高水分域ではフッ化水素濃度を制御して膜を選択的
に除去することは困難である。しかし水分濃度が１０ｖ
ｐｐｉ以下になると熱酸化膜、ＣＶＤ膜、ＢＳＧ膜、自
然酸化膜およびＰＳＧ膜のそれぞれの膜除去の臨界値が
１．８％、０゜９％、０．６５％、０．４％および０．
１％以下となりフッ化水素濃度の制御中以上であるので
膜の選択除去が可能となる。

無水不活性ガスは窒素、ヘリウムおよびアルゴンからな
る群から少なくとも一種選ばれる。ここでは、キャリア
ガスとして窒素、ヘリウム、アルゴン等を挙げたが、超
高純度ガスが容易に得られる水素ガスを用いても同様の
結果が得られる。

本発明により処理できる基板は集積回路チップ製造時に
処理されるウェハである。時にはこれらの材料は、シリ
コン、ポリシリコン、ガーネット、およびヒ化ガリウム
、隣化インジウムのような２成分化合物、およびＣｄ−
Ｈｇ−Ｔｅ５Ｇａ−ＡＩ−ＡｓｓＧａ・Ｉｎｌのような
３成分化合物、およびＧａ−Ｉｎ−Ａｓ−Ｐのような４
成分化合物等の材料が例示できる。

また、無水フッ化水素希釈ガスの供給配管系は、ステン
レスや、ニッケルなどの外部リークのない配管系で構成
できる。処理チャンバも、ニッケル、ステンレスなどの
金属、石英管やセラミック管を使うこともできるため、
外部リークがまったくない装置が構成できる。そのため
装置内表面に吸着した水分の切れが早くなり極低水分域
での実施が可能となった。

配管内壁に付着した水分の確認のため、配管内に高純度
窒素をフローし露点が一１０５℃になった後、系をクロ
ーズドにし１０時間放置後、再度高純度窒素をフローし
て脱離水分を測定したが露点は一９６°Ｃまでしか上が
らず、配管内壁の付着水分は極めて少ないことを確認し
た。ニッケルチャンバーの場合実際ウェハ装填時の水分
増加は露点−１０５℃から一８５℃程度である。しかし
露点が一４０℃になるまでチャンバを長時間解放した後
、高純度窒素をフローしてニッケルチャンバとＰＦＡチ
ャンバの反応系内の水分脱離の時間変化を比較すると、
ニッケルチャンバは数分で露点が一９０°Ｃまで下がっ
たがＰＦＡチャンバは３時間後においても露点が一７０
℃までしか下がらなかった。その結果を第１６図に示し
た。但し第１６図中・印はＰＦＡ製の配管およびチャン
バの場合を、ム印はステンレス類の配管およびニッケル
製のチャンバの場合を示す。このように供給系配管やチ
ャンバに金属を用いることにより高分子樹脂やフッ素系
の樹脂では得ることの出来ない低水分域を得ることが出
来た。それとともに金属材料を用いることにより正確な
機械加工が可能となった。

〔実施例〕

本発明者らは本発明の膜除去に関し、多数の実験を行い
、本発明の優秀性を確認したのであるが、多数の実験例
の中から代表例を以下に実施例として示す。したがって
本発明の方法は単に以下に示す実施例のみに限定して解
釈されるべきでなく、任意にその実施態様を第１４図に
示す膜の除去領域を利用して膜除去に用い得ることは当
然である。

〔実施例１〜３２〕 シリコン基板上に種々の条件で成膜した酸化膜について
、実施例に示した組み合わせでそれぞれの酸化膜を処理
チャンバ内に並べて置いた。高純度窒素ガスでチャンバ
内をパージし、水分が十分に下がったことを露点計で確
認した後、所定濃度の無水フッ化水素希釈ガスをチャン
バ内にＩｆ／ｌｌｌ１ｎ流量で供給し膜を除去した。こ
の時フッ化水素濃度および反応生成ガスの四フッ化珪素
ガスはＩＲで確認した。膜厚は段差計またはエリプソメ
ータで測定した。この酸化膜が除去できているか否かを
判定するには、シリコン基板上の水の漏れを観測すれば
よい。酸化膜は親水性であるのに対し、シリコン面は撥
水性でミ酸化膜が除去されていれば水をはじく、その結
果を表２に示した。

表２（１） 表 表 １）濡れる二酸化膜が残存している 、はじく二酸化膜が完全に除去されている〔比較例１〜
４〕 実施例８．１５．２８．３０の例は、水分発生装置を備
えたエツチング装置を用いて、水分濃度の高い領域で膜
除去を行い、実施例と比較した。

その結果を表３に示した。

表３ 自！ＩＪＩ気２） ）ＩＮＯ。

７０°Ｃ ５分間処理 自層遭鼾圀４）禦野悼り桑 １）濡れる二酸化膜が残存している はじく二酸化膜が完全に除去されている〔実施例３３〕 第１７図に示すようなＰ形シリコン基板上に形成される
ＭＯ３ＬＳ［のソースあるいはドレインｎ＋領域にコン
タクトを取るためにＳｉｎｇにコンタクトホールを開け
た後のクリーニングは、これまで薬品を用いたウェット
プロセスが使われていた。

しかし、たとえば、穴径が０．５μｍ程度になると薬品
が均一に内部に入らなくなり、エツチング、クリーニン
グが均一に行えず、超純水洗浄も満足に行えなかった。

本発明の装置を、オゾンクリニーング、塩素ラジカルク
リーニングの後に用い、オゾンクリニーユング時にでき
る薄い自然酸化膜をドライプロセスで、ＬＳＩの構造体
となるＳｉＯ□膜をまったく損傷することなく除去した
。つまり第１４図の熱酸化膜と自然酸化膜の臨界ライン
を用いてフッ化水素濃度１．０ｖ％、水分濃度０．１ｖ
ｐｐｍで自然酸化膜の選択的除去を行った。このように
して極めてクリーンな、ベアシリコン表面を得ることが
できた。

このベアシリコン表面に＾１−Ｓｉ　、　Ａｌ−Ｃｕ−
３ｔ、　ＴｉＮ−Ａｌ等の電極材料を堆積すれば、熱処
理工程なしにｌＸｌ０−＠Ω・ｄ以下の極めて低い接触
抵抗のコンタクトが得られた。

〔実施例３４〕 第１８図に示したようにポリシリコン基板に熱酸化膜（
９５０人）を形成し、その上にＰＳＧ膜（ＰＨｓ　／５
ｉＨ４−１／　２０　）を５０００人成長させた複合膜
を無水フッ化水素希釈ガス（フッ化水素濃度０．１７ｖ
％、水分濃度０．０２ｖｐｐｍ、露点−９７，３℃）で
膜除去を行った結果、熱酸化膜はまったく損傷されずに
ＰＳＧ膜だけ選択的に除去出来た。

〔発明の効果〕

本発明により不要な膜だけを除去し必要な膜は完全に残
すという膜の選択性が要求される超ＬＳＩ製造工程にお
いて、多種類かつ複雑な形状の膜であっても無水フッ化
水素希釈ガスと膜との反応領域を利用することにより、
膜の選択除去が可能となった。サブミクロンＬＳＩ製造
工程においては、半導体基板表面に残る自然酸化膜を除
去することが、その上に堆積する薄膜の品質も決定的に
向上させるとともに、プロセス温度を低温化させる。同
時にこれまで半導体基板の洗浄、クリーニングには薬品
、超純水を用いたウェットプロセスが不可欠であった。

しかし、パターン寸法が小さ（なったサブミクロンＬＳ
Ｉ製造で、細くて深いヴイアホールの中なども完全にク
リ−；、ングしようとすると、固液界面の濡れ性、表面
張力の問題で極めて困難となっていた。これまで、基板
上の有機物汚染はオゾンでまた金属汚染は塩素ラジカル
で、いずれもドライプロセスで除去できることはよく知
られていたが、オゾンによりＳｉ表面が酸化され５〜１
０人の自然酸化膜が付いてしまっていた。そのため、そ
の後の金属・シリコンコンタクトやシリコン・シリコン
コンタクトを低い接触抵抗で得ることができなかった。

すなわち、半導体製造工程を完全ドライ化することは、
これまでまったく不可能だったのである。一方、本発明
にヨレハ、熱酸化膜、ＣＶ　ＤＳｉＯ，膜、ＢＳＧ膜等
がふんだんに使われた基板表面にヴイアホールを開けた
シリコン表面に付着する自然酸化膜を無水フッ化水素希
釈ガスにより選択的に除去することができるため、ｎ”
　Ｓｉ、金属コンタクト及びＰ”　Ｓｉ。

金属コンタクトの接触抵抗を容易にｌＸｌ０−”Ω・ｄ
以下にすることができるなど半導体製造工程の完全ドラ
イプロセス化をはじめて可能にしたのである。

しかも、水分の極めて少ない無水フッ化水素希釈ガスを
使用するため、すでに十分技術が確立されたステンレス
やニッケル製のガス供給配管系を使うことができるし、
処理チャンバも、ステンレスやニッケルなどの金属製、
石英製、セラミック製を使うことができるため、サブミ
クロンＬＳＩ製造に不可欠の極めてクリーンな高品質プ
ロセスが実現される。高分子材料や有機物を、ガス配管
系に用いたのでは、大きな外部リークや膨大な放出ガス
のため決してクリーンで高品質なプロセスは実現されな
い。

本発明について、サブミクロンＵＬＳ　Ｉの製造を主と
して対象に説明してきたが、ガラス基板あるいは石英基
板力どの上に形成されるフラットパネルティスプレィな
ど、微細加工技術が必要なすべての技術分野に本発明は
有効である。

また本発明に用いた配管、チャンバ、無水フッ化水素希
釈ガス発生装置内面を別途本発明者等が発明した不働態
膜が形成された金属材料並びにその金属材料を用いた装
置（出願日昭和６３年７月２０日）に記載した技術で不
働態化した方が信頼性及び寿命が増し、半導体のハイグ
レードの製造技術にとって有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実験に用いたドライエツチングの装置図で
ある。 第２図は、ニッケル製チャンバある。 第３図は、石英製枚葉型チャンバである。 第４図は、反応ガスである無水フッ化水素希釈ガス（上
図）及び反応生成ガスである四フッ化珪素ガス（下図）
のＩＲモニター図である。 第５図は、熱酸化膜と無水フッ化水素希釈ガスの温度に
よる膜の除去速度を求めた図であり、・は完全に膜除去
され、ムは部分的にしか膜除去されなかった場合を示す
。 第６図は、自然酸化膜の膜除去が起こるフッ化水素濃度
の最小値と温度との関係を求めた図であり、・は完全に
膜除去され、０は全く膜除去されなかった場合である。 第７図は、熱酸化膜の温度による膜除去率を求めたもの
である。 第８図は、膜除去される領域と膜除去されない領域の臨
界ラインのモデルを示した図である。 第９図は、形成条件の異なる熱酸化膜の反応温度２０″
Ｃ１無水フフ化水素希釈ガス流量１１．／ｍｉｎにおけ
る臨界ラインを求めた図である。バーニング（Ｏｘ：Ｈ
ｚ−４：６　）を９５０〜１０００℃で行ったウェット
熱酸化膜については、・が完全に膜除去され、Ｏが全く
膜除去されなかった。熱処理を１１００℃、１時間行っ
たドライ熱酸化膜については、ムが完全に膜除去され、
Δが膜除去が全くされなかった。 第１０図は、ＣＶＤ膜の反応温度２０℃、無水フッ化水
素希釈ガス流量１１　／ｗｉｎ　Ｋ於ける臨界ラインを
求めた図である。ＣＶＤ膜は４００℃でデポジットした
もので、・が完全に膜除去され、○が全く膜除去されな
かった。 第１１図は、形成条件の異なるＢＳＧ膜の反応温度２０
°Ｃ１無水フツ化水素希釈ガス流量１！／ｍｉｎにおけ
る臨界ラインを求めた図である。３゜０°Ｃ１ガス比率
ＢｔＨｂ／　５ｉＨａ　＝　１　／　５でドーピングし
た後１０５０°Ｃで３０分間熱処理したＢＳＧ膜につい
ては、■が完全に膜除去され、口が全く膜除去されなか
った。３００°Ｃ、ガス比率Ｂ　ｚ　Ｈ６／　Ｓ　ｉＨ
，＝１／１０でドーピングした後１０５０°Ｃで３０分
間熱処理したＢＳＧ膜については、・が完全に膜除去さ
れ、○が全く膜除去されなかった。３００°Ｃ１ガス比
率ＢＪａ／Ｓｉｎ＜＝　１　／　２０でドーピングした
後１０５０°Ｃで３０分間熱処理したＢＳＧ膜について
は、ムが完全に膜除去され、Δが全く膜除去されなかっ
た。 第１２図は、形成条件の異なるＰＳＧ膜の反応温度２０
°Ｃ１無水フツ化水素希釈ガス流量１２／ｗｉｎにおけ
る臨界ラインを求めた図である。３００℃、ガス比率Ｐ
■ｓ　／　５ｉＨｎ　−１／　５でドーピングした後１
０５０℃で３０分間熱処理したＰＳＧ膜については、ム
が完全に膜除去され、Δが全く除去されなかった。３０
０℃、ガス比率Ｐ　Ｈ３／　Ｓ　ｉ　Ｈ４＝１／１０で
ドーピングした後１０５０°Ｃで３０分間熱処理したＰ
ＳＧ膜については、・が完全に膜除去され、Ｏが全く膜
除去されなかった。３００°Ｃ１ガス比率ＰＨｓ　／　
５ｉＨｎ　＝　１　／　２０でドーピングした後１０５
０℃で３０分間熱処理したＰＳＧ膜については、■が完
全に膜除去され、口が全く膜除去されなかった。 第１３図は、形成条件の異なる自然酸化膜の反応温度２
０℃、無水フッ化水素希釈ガス流量１！／ｌａ　ｉ　ｎ
における臨界ラインを求めた図である。低圧水銀ランプ
で１時間０．処理を行った自然酸化膜については、・が
完全に膜除去され、Ｏが全く膜除去されなかった。熱風
乾燥した自然酸化膜については、■が完全に膜除去され
、口が全く膜除去されなかった。７０°Ｃで５分間ＨＮ
Ｏ３処理を行った自然酸化膜については、ムが完全に膜
除去され、Δがまったく膜除去されなかった。７０℃で
１時間３０％Ｈ，０□処理を行った自然酸化膜について
は、◆が完全に膜除去され、◇が全く膜除去されなかっ
た。 第１４図は、種々の酸化膜の反応温度２０℃、無水フッ
化水素希釈ガス流量１ｊ！／ｌ１ｉｎにおける臨界ライ
ンの総括図である。 第１５図は、熱酸化膜と自然酸化膜の反応温度２０℃、
無水フッ化水素希釈ガス流量１ｆｆｉ／ｗｉｎにおける
選択除去領域を示した図である。 第１６図は、金属製の配管とフッ素樹脂の配管による配
管系内の水分脱離の時間変化を比較した図であり、ムは
ステンレス製の配管及びニッケル製のチャンバ系で、・
はＰＦＡ製の配管及びチャンバ系である。 第１７図は、Ｐ型シリコン基板上に形成されるＭＯ３Ｌ
ＳＩのソースあるいはドレインｎ１領域にコンタクトを
とるためにＳｉｎ、にコンタクトホールを開けた図を示
している。 第１８図は、シリコン基板に熱酸化膜を形成しその上に
ＰＳＧ膜を成長させ、フッ化水素濃度０゜１７ｖ％、水
分濃度０．０２νｐｐ＋ｗの無水フッ化水素希釈ガスで
ＰＳＧ膜を選択除去した図である。 １：無水フッ化水素希釈ガス発生装置、２：不活性ガス
ボンベ、３：基板処理チャンバ、４：露点計、５：ＩＲ
セル、６：マスフローコントローラ、７：フローメータ
ー、８：排気、１１−３２：バルブ、４１　：　ＰＴＦ
Ｅパツキン、４２：ニッケル製ガスケット、４３：基板
、４４：基板保持台、４５：シール用高純度窒素導入・
導出口、４６：無水フッ化水素希釈ガス導入口、４７：
ガス出口、５１：基板、５２：ボート、５３：無水フッ
化水素希釈ガス導入口、５４：ガス出口、６０：無水フ
ッ化水素希釈ガス供給開始点、６２：膜除去開始点、６
３：膜除去終了点、６５：無水フッ化水素希釈ガス供給
終了点、６０−６１：フッ化水素濃度、６７：膜除去開
始点、６７−６９：膜除去に要する時間、６９：膜除去
終了点、７１：ウェット熱酸化膜、７２ニドライ熱酸化
膜、７３；ＣＶＤ膜、７４：ＢＳＧ膜、７５：熱風乾燥
した自然酸化膜、１６：Ｏｓ処理した自然酸化膜、８１
：Ｓｉｎ、、８２：ｎ”領域、８３：Ｐ型シリコン、８
４：自然酸化膜、９１　：　ＰＳＧ膜、９２ニドライ熱
酸化膜、９３：ポリシリコン。 （以上） 第 図 温度 （’／Ｓ） 第 図 反応・温度 （°Ｃ） 第 図 ３゜ ４゜ 温度　国） 第 図 露、東、 （°Ｃ） 水分濃度（ｖｐｐｍ） 第 図 露、セ、 （０Ｃ） 水分〕１斐（ｖｐｐｍ） 第 図 時間 （分）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属、石英あるいはセラミックの１種もしくはそ
   れらの組合せから構成され且つ基板が設置される処理チ
   ャンバ、および無水フッ化水素希釈ガス発生装置を備え
   たエッチング装置において、該処理チャンバと該無水フ
   ッ化水素希釈ガス発生装置との間をステンレスあるいは
   ニッケルからなる金属製ガス配管系で接続したことを特
   徴とするドライエッチング装置。
2. （２）上記処理チャンバと上記無水フッ化水素ガス発生
   装置の間の分岐点を介して、不活性ガス供給系を接続し
   たことを特徴とする請求項１に記載のドライエッチング
   装置。