JPH03222327A

JPH03222327A - 表面処理方法

Info

Publication number: JPH03222327A
Application number: JP1700490A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Hirota; 高敏廣田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-01-26
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1991-10-01

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】こ概要コ酸化膜を有する下地表面を処理して酸化膜を昇華させる
表面処理方法に関し、イオン照射によるダメージを低減できる酸化膜を有する
表面の乾式の処理方法を提供することを目的とし、酸化膜を有する下地表面を質量の軽いイオンで照射して
酸化膜内の原子ないし分子の結合状態を変化させる軽イ
オン照射工程と、前記下地表面を前記質量の軽いイオン
より重いイオンで照射して前記結合８：態の変化した酸
化膜を昇華させる重イオン照射工程とを含むように構成
する。

Ｅ産業上の利用分野］本発明は表面処理方法に関し、特に酸化膜を有する下地
表面を処理して酸化膜を昇華させる表面処理方法に関す
る。

シリコンやアルミニウム等の酸化されやすい材料は、空
気中に放置すると直ちに自然酸化膜を形成する。これら
の下地材料に直接導電膜を接触させる場合等において、
表面の酸化膜を除去することか好ましいことか多い。

こ従来の技術３シリコン基板は、通常、厚さ１０久から１００人位まで
の程度の自然酸化膜を表面に有する。従来の半導体装置
の製造工程においては、シリコン基板上に導電性薄膜を
形成する前に表面の酸化膜を湿式に除去するためには、
希弗酸等を含んだ工ｙチング溶液中にシリコン基板を浸
漬して酸化膜をエッチし、続いて水洗、乾燥を行ってい
る。

このような湿式エツチングによれば、エツチングで表面
の自然酸化膜は除去されるが、水洗、乾燥及びその後Ｗ
ｉ膜形成装置内に挿入する際等に、再び表面に薄い自然
酸化膜か形成されてしまう。

また、プロセスを全乾式化して大気と遮断した環境下で
半導体装置を製造しようとすると、湿式エツチング工程
は障害となる。

表面酸化膜の乾式除去法として、電界加速したアルゴン
イオンを６００℃以上の高温に加熱したシリコン基板表
面に照射する方法が提案されている。シリコン基板上の
酸化膜に対して閾値以上の加速電界で加速したアルゴン
イオンを照射し、基板を６００℃以上に加熱すると表面
の酸化膜か昇華する。

このような乾式エツチングによれば、工程か乾式化でき
、工程数も減少できる。しかし、アルゴンイオンの衝撃
によってシリコン結晶中にダメージか発生する。また、
アルゴンイオンの照射で離脱した酸化物ないし酸素か再
び表面に付着すること等による再酸化か発生する。

［発明が解決しようとする課題］以上述べた従来の技術によれば、酸化膜を有する下地表
面の表面処理方法として、湿式処理方法によれば、結果
として酸化膜のない表面を得ることか難しく、工程数も
低減し難く、乾式処理方法によればシリコン中にイオン
照射によるダメージか発生し、表面再酸化の問題もある
。

本発明の目的は、イオン照射によるダメージを低減でき
る酸化膜を有する表面の乾式の処理方法を提供すること
である。

本発明の他の目的は、半導体基板にダメージを与えるこ
とを防止しつつ、表面再酸化も防止できる酸化膜を有す
る表面の乾式の処理方法を提供することである。

Ｅ課題を解決するための手段］第１図は、本発明の原理説明図である。

第１図（Ａ＞は、軽イオン照射工程を示す。酸化膜１を
有する下地２の表面に、質量の軽いイオン４（たとえば
ヘリウムイオン）を照射する４この軽いイオン４は酸化
膜１をエッチはしない。質量の軽い軽イオン４の加速電
圧は、酸化膜１内の原子または分子の結合状態５を変化
させることのできるように選ぶ、たとえば、酸化膜１が
結晶状態からアモルファス状態に変化するように選ぶ。

第１図（Ｂ）は、重イオン照射工程を示す。第１図＜Ａ
＞の軽イオン照射工程で、結合状態５を変化させられた
酸化膜１ａに対して、より重い質量を有する重イオン７
（たとえばアルゴンイオン）を照射して、酸化膜１ａを
昇華させる。

１作用］従来の乾式エツチングにおいては、アルゴン（Ａｒ）等
の重いイオンを閾値以上の加速電圧で加速して照射して
いたため、下地２にダメージを与えることになってしま
っていた。−旦、酸化膜１を軽イオン４で照射してその
結合状態５を変化させ、昇華しやすい状態にすると、そ
の後重イオン７を開鎖と同等ないしそれ以下の低い加速
電圧で加速して照射しても結合状態の変化した酸化膜１
ａを昇華させることが可能になる。

［実施例コ第２図は、本発明の実施例による表面処理方法を行うた
めの乾式エンチング装置を示す、真空容器１５は、ター
ボ分子ポンプ１１．メカニカルブースタポン・ブ１２、
ロータリーポンプ１３からなる第１の真空排気系と、ロ
ータリーポンプ１４からなる第２の真空排気系とを備え
、真空排気できるようにされている。また、真空容器１
５にはリークバルブ２１を介して、酸素ガス源２２、ヘ
リウムカスｆｉ２３、アルゴンカス源２４か接続され雰
囲気を調整できるようになっている。また、イオン源１
６か設けられ、イオン源１６にはヘリウムカス源２３、
アルゴンカス源２４か接続され、ヘリウムイオン、アル
ゴンイオンを発生させることかできる。真空容器１５内
にはＴ　ｉ　ＮあるいはＡ１で形成された試料台１７か
配置されている。

試料台１７の直下には、ハロゲンランプ１つが備えられ
、試料台１７を加熱することができる。また、試料台の
上方近傍には、オゾン発生用の他のハロゲンランプ２０
が設けられ、酸素雰囲気を励起してオゾンを発生するこ
とができる。

第２図に示すような装置を用いて、以下に示すような乾
式エツチングを行う、先ず、試料台１７の上に表面に厚
さ約３０λの自然酸化膜を有する単結晶８１基板１８を
載置する。続いて、真空容器１５を第２の真空排気系と
第１の真空排気系で予備排気する。次に、リークバルブ
１１を制御して真空容器１５内に酸素を導入し、圧力が
約１００ｔｏｒｒになるように調整する。この酸素雰囲
気対してハロゲンランプ２０を点灯して、熱励起により
オゾンを発生させる。なお、ここで雰囲気の圧力は、所
望の酸化条件に応じて約ｌ　ｔｏｒｒがち大気圧の範囲
から選べる。また、温度は２００℃以下とすることか望
ましい、オゾンを含む酸素雰囲気中で、約５分間シリコ
ン基板１８の表面を酸化して、表面酸化膜を適当な厚さ
まで成長させる４この酸化膜成長工程は、エツチングす
べき酸化膜が薄すぎるよりは、ある程度の厚さを有する
ほうが、その後の処理か行い易いため、適当な厚さまで
酸化膜を成長させるために行われる。約５分間の表面酸
化後、真空容器１５内を第１の真空系１１．１２、■３
により２　Ｘ　１０　’ｔｏｒｒまで真空排気し、試料
台１７直下のハロゲンランプ１９により、試料である８
１基板１８を段階的に加熱した。ヘリウムカスａ２３か
らヘリウムガスを導入し、イオン源１６を作動させて、
ヘリウムイオンとし、８１基板１８に照射する。たとえ
ば、真空容器１５内の圧力か約’３　Ｘ　１０−５ｔｏ
ｒｒになるように制御し、試料を１００°Ｃステップで
加熱し、各加熱温度で約１０分間保持した。この１０分
間一定温度に保持された８１基板１８にヘリウムイオン
を照射し、その結果を検討した。ここで、ヘリウムイオ
ンの加速電圧は、約ＩＫＶとした。この軽いイオンであ
るヘリウムイオンの照射は、３１基板■８表面のＳＯ２
膜をエッチはしないが、その内の原子間ないし分子間結
合を弱め、Ｓ　ｉ　Ｏ２膜をアモルファス化するもので
ある。また、この軽イオシ明射は、Ｓ基板１８には実効
的にほとんどタメージを与えないものとすることかでき
る。

その後、圧力を制御しながらアルゴンカス源２４よりア
ルゴンカスをイオン源１６に導入し、アルゴンイオンを
発生させ、８１基板１８に照射した。

アルゴンイオンの加速電圧は約２０Ｖとシリコン酸化膜
に対する開鎖と同等ないし少し低めに選んだ。なお、ア
ルゴンイオン照射時の圧力は、たとえは約５　ｘ　１０
　’ｔｏｒｒであった。

上記の工程においては、加熱温度が約４００℃以下でも
表面のシリコン酸化膜か昇華し、Ｓｉ元素だけからなる
表面か露出した。温度を上昇させて６００　℃以上にす
ると、表面の再酸化が明らかに生じた。表面再酸化防止
のためには加熱温度は４００℃以下にするのが好ましい
。従来は６００℃以上に加熱しないと酸化膜か昇華しな
かったが、軽イオシ照射によって原子、分子の結合状態
が変化したため、より低い４００°Ｃ以下の温度でも昇
華か起こるようになったものと考えられる。

なお、アルゴンのイオン照射は、加速電圧約５０Ｖ以下
で行うのが好ましい、アルゴンイオンの加速電圧を十分
低く選択することにより、シリコンをエッチしないシリ
コン酸化膜のみの選択的エツチングを実現できる。

また、アルゴンイオン照射の工程は、約４００°Ｃ以下
の加熱下で行えば、表面再酸化の防止に効果的であった
。

アルゴンイオン照射時の加熱温度を十分低く選択するこ
とにより、表面再酸化か防止できるにのようにして、清
浄な表面を露出した３１基板上に、たとえばＡ１やＷか
らなる電極層を形成し、良好なオーミック接触を形成す
ることかできる。

なお、初めの酸化膜成長工程をヘリウムイオン照射と同
時に行うことかできる。すなわち、オゾンを形成して８
１基板の表面を酸化しつつ、たとえば５０Ｖ位に加熱し
たヘリウムイオンを照射する。

ヘリウムイオン照射下で多孔質のアモルファス酸化膜を
形成することかできる。この場合、ヘリウムイオンのな
そくエネルギを低くできるので、Ｓ基板に与えるダメー
ジをより小さくすることかできる。多孔質酸化膜形成後
、アルゴンイオンを照射して酸化膜を選択的にエッチす
る工程は、前述の実施例同様に行える。

このようにして、８１基板上のＳ　ｉ　Ｏ２膜を選択的
に除去する乾式エツチングが実現される。このようなプ
ロセスを利用すると半導体装置の製造プロセスを利用す
ると半導体装置の製造プロセスの総乾式化か促進される
。高温加熱を排除することにより表面再酸化を防止でき
る６Ｓｉ基板に与える夕、エージを軽減することかでき
る。

また、３１基板の代りにＡ１下地層を用いた場合にも、
上述の処理方法か適用できる。すなわち、Ａ１層表面の
アルミナに対して、選択的な乾式エツチングを行い、そ
の上に他の電８ｉｉ層（ＡＩやＷ）などの層を接触抵抗
を十分抑えて形成することかできる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない。たとえは種々の変更、改
良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう
。

Ｅ発明の効果コ以上説明したように、本発明によれば、下地に対してダ
メージを与えることを防止しつつ、表面酸化膜を選択的
に乾式でエツチングすることかできる。

また、条件を選択することにより、表面再酸化を防止し
つつ、表面酸化膜を選択的に除去することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図て゛あり、第１図（Ａ）は
軽イオン照射工程を示す断面図、第１図（Ｂ）は重イオ
ン照射工程を示す断面図、第２図は、本発明の実施例に
よる乾式エツチングを行うための乾式エツチング装置を
示す概略図である。図において１　　　　　　酸化膜２　　　　　下地１２３４５６７８９０１２３４軽イオン結合状態重イオンターボ分子ポンプメカニカルブースターポンプロータリーボンフ。ロータリーボンフ。真空容器イオン源試料台単結晶８１基板加熱用ハロゲンランプオゾン発生用ハロゲンランプリークバルブ酸素カス源ヘリウムカス源アルゴンカス源（Ａ）軽イオン照射工程（Ｂ）重イオン照射工程第１図乾式エツチング装置第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、酸化膜（１）を有する下地（２）表面を質量の
軽いイオン（４）で照射して酸化膜（１）内の原子ない
し分子の結合状態（５）を変化させる軽イオン照射工程
と、前記下地表面を前記質量の軽いイオンより重いイオン（
７）で照射して前記結合状態の変化した酸化膜（１ａ）
を昇華させる重イオン照射工程とを含む表面処理方法。
（２）、さらに、前記下地（２）を酸化性雰囲気にさら
して酸化膜（１）を所望の厚さまで成長させる工程を含
む請求項１記載の表面処理方法。
（３）、前記酸化膜成長工程が請求項１記載の前記軽オ
ン照射工程と並行して行われる請求項２記載の表面処理
方法。
（４）、前記重イオン照射工程が約４００℃以下の加熱
の下に酸化膜に対するスパッタ閾値と同等ないしそれ以
下の加速エネルギで前記重いイオンを照射することを含
む請求項１〜３のいずれかに記載の表面処理方法。