JPH04176868A - 表面保護方法 - 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後の材料表面の酸化防止のた
めの表面保護方法に関する。

〔従来の技術〕

従来ドライエツチング後の材料表面に生じる自然酸化膜
を積極的に防止する手段は無く、半導体高集積回路の製
造プロセスの要所で洗浄を行い酸化膜を除去してきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、大気中でドライエツチング後
の材料表面に１０〜３０人程度の自然酸化膜が生じてい
た。

本発明の一つの目的は、ドライエツチング後の材料表面
への自然酸化膜生成を防止することである。

本発明の他の目的は、上記目的をエツチング処理室を炭
素を含む分子のガスプラズマにより汚染されることなく
行うことである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的はドライエツチング後の材料表面を炭素を含む
ポリマーの膜で覆うことにより達成される。材料表面へ
のポリマー膜の生成は、トライエツチング後にエツチン
グ室からウェハを移動することなく炭素を含む分子のガ
スプラズマを材料表面に照射することにより行う。その
際にウェハを室温未満に冷却し、室温表面にはポリマー
膜が堆積し、低温表面にはポリマー膜が堆積しない炭素
を含む分子のガスプラズマを材料表面に照射すれば、低
温に冷却された材料表面にのみポリマー膜が生成し、エ
ツチング室内の他の部分にポリマーが堆積して汚染され
ることを防止できる。さらに、上記の炭素を含む分子の
ガスプラズマの照射をエツチング室に結合し、真空バル
ブによりエツチング室と隔離され、真空排気された雰囲
気中でウェハをエツチング室から搬送可能な別の処理室
内で行う方法によりエツチング室の汚染を防止すること
ができる。

ポリマー膜の除去は次の工程処理を行う直前にＮＨ３，
Ｎ２、もしくはＨ２ガスプラズマを用いて行う。これに
より、材料表面の酸化を防止することができる。

〔作用〕

本発明の作用を、単結晶Ｓｉのドライエツチング後にウ
ェハ表面にＣＦ４、およびＣＨＦ、ガスプラズマを照射
しポリマー膜を堆積させて表面酸化を防止する方法を例
にして説明する。

ドライエツチング後の単結晶Ｓｉには大気中で１０〜３
０人程度の自然酸化膜が生成してしまうが、ドライエツ
チング後に真空処理室内でＳｉ表面にポリマー膜を生成
することにより、大気中で酸素がポリマー膜に阻まれて
Ｓｉ表面に到達できず、Ｓｉ表面の酸化を防止すること
が出来る。ポリマー膜が堆積したＳｉ表面が大気中でも
酸化されにくいことは、Ｘ　Ｐ　Ｓ　（Ｘ−ｒａｙ　Ｐ
ｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　
）分析の結果、ポリマーが堆積したＳｉ表面はポリマー
が堆積していないＳｉ表面に比べて酸素原子からの電子
が極端に少ないことかられかる。

炭素系ガスプラズマによるポリマー膜の堆積速度は表面
の温度に依存する。例えば、高周波放電平行平板型プラ
ズマエツチング装置を用いたＣＦ４およびＣＨＦ３ガス
プラズマの場合、実験の結果第１図に示すように低温表
面はど堆積速度が大きくなることがわかった。ＣＨＦ３
ガスプラズマではＲＦ電力４００Ｗ、ガス圧力１００　
ｍＴｏｒｒの条件では２０℃で約３０ｎｍ／ｍｉｎであ
る堆積速度が−１０，０℃では約１４０ｎｍ／ｍｉｎに
増加する。また、ＣＦ、ガスプラズマの場合、同じ放電
条件で２０℃では堆積を起こさないが、ウェハ温度が低
下して一８０℃以下になると堆積を起こし、−１００℃
では堆積速度が約１０ｎｍ／ｍｉｎである。

この結果から、ＣＨＦ３ガスプラズマのように室温でも
堆積を起こすガスプラズマを用いる場合、ウェハを低温
に冷却すれば、低い放電ガス圧力で同じ堆積速度が得ら
れて酸化膜防止に十分なポリマー膜厚が得られるためエ
ツチング室の他の部分にポリマーが堆積する汚染を軽減
することが出来る。さらに、ＣＦ４ガスプラズマのよう
に室温表面にはポリマー膜を堆積させないガスプラズマ
を用いる場合、ウェハを堆積が起こる温度まで冷却すれ
ば、ウェハ表面にのみポリマー膜を堆積させてエツチン
グ室の他の部分にポリマーが堆積する汚染を防止するこ
とが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

実施例１ 高周波放電平行平板型プラズマエツチング装置において
本発明を実施した例について説明する。

本実施例で用いたエツチング装置では試料台下部に冷却
水タンクが結合しており、冷却水と試料台に内蔵された
ヒーターによって０℃以上の温度領域で試料の温度調節
ができる。試料台に高周波電源から１３．５６ＭＨｚ　
　の高周波を印加してプラズマを発生させる。

このエツチング装置を用いてホトレジストでマスクした
多結晶Ｓｉをエツチングした後、放電ガスをＣＨＦ３に
切替て圧力１００　ｍＴｏｒｒ、　ＲＦ電力４００Ｗで
１分間放電を行い試料表面にポリマー膜を形成した。そ
の後、試料を大気中に取り出し、ポリマー膜厚を測定し
た結果３７ｎｍのポリマー膜が試料表面に形成されてい
た。試料を大気中に取り出してから２４時間後にＸＰＳ
分析を行ったところ、この試料表面の酸素原子の量はポ
リマー膜で保護されていない場合の約１７２０であり、
自然酸化膜防止効果が認められた。

ＣＨＦ、ガスプラズマの堆積速度のガス圧力依存性につ
いて、実験から第２図に示す結果が得られている。２０
℃の場合、約４０　ｍＴｏｒｒまではガス圧力に比例し
て堆積速度が増加するが、４０ｍＴｏｒｒ以上ではガス
圧力が増加しても堆積速度は飽和してあまり増加しない
。ガス圧力４０　ｍ　Ｔｏｒｒ、ＲＦ電力４００Ｗで１
分間放電した場合３２ｎｍの膜厚のポリマー膜が形成さ
れた。この場合も自然酸化膜防止効果が認められた。

放電ガスをＣＨ２Ｆ２．　Ｃ２Ｆ、、　Ｃ，Ｆ、、　Ｃ
，ＦＩｌ。

Ｃ４Ｆ工。に変えてドライエツチング後の表面をプラズ
マ処理したが、ポリマー膜の形成により自然酸化膜防止
効果があった。

本実施例のように、水冷却のエツチング装置内でポリマ
ー形成用のプラズマを放電するとエツチング室内にポリ
マーが堆積してしまう。従って、エツチングの妨げとな
らないように、頻繁に酸素プラズマでポリマー除去を行
う必要がある。

本エツチング装置を用いて、多結晶Ｓｉを一１３０℃で
低温ドライエツチングした後、ＲＦ電力４００Ｗ、ガス
圧力１０　ｍＴｏｒｒのＣＨＦ、ガスプラズマで処理し
た。

実施例２ 本発明な低温反応性イオンエツチング装置を用いて実施
した例について説明する。本装置は実施例１において用
いた高周波放電平行平板型プラズマエツチング装置の試
料台を低温ドライエツチング用に改良したものであり、
試料台下部に液体窒素タンクが結合されていて試料裏面
の温度を熱電対により測定して液体窒素と試料台に内臓
されたヒーターにより試料を０℃未満の低温に温度調節
できる。

このエツチング装置を用いてホトレジストでマスクした
単結晶Ｓｉを一１３０℃に冷却して低温トライエツチン
グを行った後、試料温度をそのままにして放電ガスをＣ
ＨＦ、に切替て圧力２０ｍＴｏｒｒ、　ＲＦ電力４００
Ｗで１分間放電を行い試料表面にポリマー膜を形成した
。その後、試料を大気中に取り出し、ポリマー膜厚を測
定した結果４２ｎｍのポリマー膜が試料表面に形成され
ていた。試料を大気中に取り出してから２４時間後にＸ
ＰＳ分析を行いポリマー膜による被覆に自然酸化膜防止
効果があることを確認した。第１図に示すように、ＣＦ
（Ｆ３ガスプラズマの堆積速度は表面温度が低いほど大
きい。従って、Ｓｉ表面には４２ｎｍのポリマー膜が堆
積したがエツチング室内の他の部分は室温であるため堆
積量が少なかった。このように、試料温度を低温に冷却
してプラズマ重合によりポリマー膜を堆積させると、エ
ツチング室内の汚染を軽減することができる。

ホトレジストでマスクした単結晶Ｓｉを一１３０℃に冷
却して低温ドライエツチングを行った後、試料温度をそ
のままにして放電ガスをＣＦ４に変えて圧力１００　ｍ
Ｔｏｒｒ、　ＲＦ電力４００Ｗで１分間放電を行い試料
表面にポリマー膜を形成した。

その後、試料を大気中に取り出し、ポリマー膜厚を測定
した結果３６ｎｍのポリマー膜が試料表面に形成されて
いた。試料を大気中に取り出してから２４時間後にＸＰ
Ｓ分析な行いポリマー膜による被覆に自然酸化膜防止効
果があることを確認した。第１図に示すように、ＣＦ４
ガスプラズマは室温表面にはポリマーを堆積させない放
電条件であっても、低温表面にはポリマーを堆積させる
。

低温に冷却したＳｉ表面には３６ｎｍのポリマー膜が堆
積したが、エツチング室内の他の部分は室温であるため
堆積が起こらなかった。このように試料温度を低温に冷
却し、室温表面にはポリマーが堆積しない放電ガス及び
放電条件を選べば、エツチング室内を汚染することなく
材料表面上にポリマー膜を形成して自然酸化を防止する
ことができる。

放電ガスをＣＨ２Ｆ２．Ｃ２Ｆ４．ＣＣＱＦ、。

ＣＨ，Ｆ、Ｃ２Ｆ５．ｃ３Ｆｓ、Ｃ４Ｆ工。。

ＣＨＣｌＦ２．ＣＣＱ、、Ｃ２ＣＱ２Ｆ２゜Ｃ２ＣβＦ
、、Ｃ２ＣＱ２Ｆ、Ｃ２ＨＣΩ２Ｆ３゜ＣＨＣｆｌＦ２
．Ｃ２ＣＱ、３Ｆ３．Ｃ２ＣＱ２Ｆ、。

Ｃ２ＨＣΩＦ４．　ＣＣＱ　Ｆ３．　ＣＣＱ２Ｆ２に変
えてドライエツチング後の表面をプラズマ処理したが、
ポリマー膜の形成により自然酸化膜防止効果があった。

材料をＳｉ３Ｎ４．ＡＱ、Ｗ、Ｍｏ、ＷＳｉ□。

Ｍｏ　Ｓ　ｉｚｔ　Ｔ　ｉ　Ｓ　ｉ２．　Ｔ　ａ　Ｓｉ
ｚにかえて０２Ｆ４ガスプラズマでポリマー膜を表面に
形成した結果、自然酸化防止の効果があった。

ドライエツチングを行う場合、被エツチング材料とエツ
チングガスの組合せにより異方性加工に適切な温度があ
る。例えば、ＳＦ、ガスで８１を加工する場合は一１３
０℃程度に、またＳＦ！ガスでＷを加工する場合は一６
０℃程度にウェハ温度を設定すればよい。この低温ドラ
イエツチング後に炭素系ガスプラズマでポリマーを形成
する場合、ウェハ温度を変えずに行う方が時間の節約と
なる。そこで、適当な堆積速度が得られるよう表面温度
によって放電ガスを選択すればよい。例えば、−１３０
℃でＳｉを加工した後にポリマーを形成する場合はＣＦ
、ガスプラズマを用い、−６０℃でＷを加工した後にポ
リマーを形成する場合はＣＦ４ガスプラズマで堆積速度
が極めて小さいのでＣＨＦ、ガスプラズマを用いること
が望ましい。

実施例３ 低温マイクロ波プラズマエツチング装置にポリマー膜形
成用の処理室を結合させた装置において。

本発明を、実施した例について説明する。

第３図は本発明に係る低温マイクロ波プラズマエツチン
グ装置及び表面保護装置を横方向から見た概要図である
。先ず１本エツチング装置の概要について説明する。本
実施例装置はロードロック機構を備えており、エツチン
グ室２とウェハ交換室３はゲートバルブ４によって分離
されており、それぞれが排気口５を通して独立に真空排
気される。エツチング室には、試料台６及びその底面に
結合した液体窒素タンク７が絶縁物８を介して第３図の
ようにエツチング室２に設置されている。

ウェハ１はウェハ交換室３から搬送系９によってエツチ
ング室２に搬送される。試料台上下機構１０により試料
台６及び液式窒素タンク７を上下し、ウェハ上下ピン上
下機構１２によりウェハ上下ピン１１を上下してウェハ
１の受は渡しを行い、ウェハ押え１３によりウェハ１を
試料台６に固定する。ウェハ１は液体窒素容量１４から
液体窒素供給管１５を通して液体窒素タンク７に供給さ
れた液体窒素１６により冷却される。液体窒素タンク７
には液体窒素抜き口１７が取付けられており。

溢れた液体窒素及び蒸発した窒素ガスはここからタンク
外に出る。ウェハ１の温度は試料台６に設置されている
温度センサー１８と温度計１９によって計測される。ウ
ェハ温度の制御は温度制御系２０によって電熱ヒーター
２１の電源２２の出力電圧を調整すること、および液体
窒素供給制御系２３により液体窒素タンク７内の液体窒
素量を調節することにより行われる。プラズマの発生は
、放電ガス導入口２４からエツチング室２に放電ガスを
導入し、マグネトロン２５で励起されたマイクロ波を導
波管２６でエツチング室８内に導いてプラズマ２フ発生
させる。マグネット２８は電子サイクロトロン共鳴作用
によって励起効率を高める働きをする。試料台６にはＲ
Ｆ電源２９により１３　、５６　Ｍ　Ｈｚ　　の高周波
が印加される。

このエツチング室２にはゲートバルブ４′を介して処理
室３０が結合しており、排気口５′により真空排気され
ている。処理室３０には、試料台６′及びその底面に結
合した冷媒タンク３１が絶縁物８′を介して処理室３０
に設置されている。

エツチング室２でドライエツチングされたウェハ１は搬
送系９によって処理室３０に搬送される。

ウェハ上下ピン上下機構１２′によりウェハ上下ピン１
１′を上下してウェハ１の受は渡しを行い試料台６′に
固定する。ウェハ１は冷媒循環器３２から冷媒供給管３
３を通して冷媒タンク３１に供給された冷媒３４により
冷却される。ウェハ１の温度は試料台６に設置されてい
る温度センサー１８′と温度計１９′によって計測され
る。ウェハ温度の制御は温度制御系２０’　によって電
熱ヒーター２１′の電源２２′の出力電圧を調整するこ
と、および冷媒＃ｉ環器３２により冷媒タンク３１内の
冷媒量を調節することにより行われる。

試料台６′にはＲＦ電源２９′により１３．５６Ｍ　Ｈ
ｚの高周波が印加される。対向電極３５の中心部には放
電ガス供給口２４′が取付けられており、高周波放電に
より発生するプラズマ２７′によってウェハ１表面にポ
リマー膜が形成される。

ウェハ１は搬送系９によりウェハ交換室３に搬送され、
加熱用ランプ３６で室温まで加熱された後。

大気中に取り出される。

エツチング室２でドライエツチングされた材料表面に処
理室３０において表面温度を一１００℃に設定しＣＦ４
ガス圧力１００　ｍＴｏｒｒ、　ＲＦ電力４００Ｗで２
分間プラズマ処理してポリマー膜を形成した。その結果
、２０ｎｍの膜厚のポリマーが形成され、表面酸化防止
効果があった。

この実施例装置では、室温表面にポリマーを堆積させる
ようなＣＨＦ、ガスプラズマ、を用いた場合でもエツチ
ング室を汚染することがなかった。

処理室３０の冷媒を液体窒素に変えても同様の効果があ
った。

〔発明の効果〕

本発明により、ドライエツチング後の材料表面の酸化を
防止することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はＣＦ、およびＣＨＦ３ガスプラズマのＳｉ表面
への堆積速度の表面温度依存性を示す図、第２図はＣＨ
Ｆ３ガスプラズマのＳｉ表面への堆積速度のガス圧力依
存性を示す図、第３図は本発明に係る実施例装置の概要
図である。 １・・・被エツチング試料、２・・・エツチング室、３
・・・ウェハ交換室、４・・・ゲートバルブ、５・・・
排気口、６・・・試料台、７・・・液体窒素タンク、８
・・・絶縁物、９・・・搬送系、１０・・・試料台上下
機構、１１・・・ウェハ上下ピン、１２・・・ウェハ上
下ピン上下機構、１３・・・ウェハ押え、１４・・・液
体窒素容器、１５・・・液体窒素供給管、１６・・・液
体窒素、１７・・・液体窒素抜き口、１８・・・センサ
ー、１９・・・温度計、２゜・・・温度制御系、２１・
・・電熱ヒーター、２２・・・ヒーター電源２３・・・
液体窒素供給制御系、２４・・・放電ガス導入口、２５
・・・マグネトロン、２６・・・導波管、２７・・・プ
ラズマ、２８・・・マグネット、２９・・・ＲＦ電源、
３０・・・処理室３１・・・冷媒タンク、３２・・・冷
媒循環器、３３・・・冷媒供給管、３４・・・冷媒、３
５第　１　図 第　２　口 第　３　■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、材料表面を反応性ガスプラズマによりドライエッチ
   ングする工程と、炭素を含む分子のガスプラズマで処理
   して該材料表面にポリマー膜を形成する工程とを有する
   ことを特徴とする表面保護方法。 ２、請求項１に記載の表面保護方法において、上記ポリ
   マー膜の形成は、上記材料を−６０℃以下の温度に冷却
   して行うことを特徴とする表面保護方法。 ３、材料表面を第１のチャンバ内で反応性ガスプラズマ
   によりドライエッチングする工程と、真空中を該第１の
   チャンバから第２のチャンバに搬送する工程と、該第２
   のチャンバ内で炭素を含む分子のガスプラズマで処理し
   て該材料表面にポリマー膜を形成する工程とを有するこ
   とを特徴とする表面保護方法。 ４、請求項１及び請求項３に記載の表面保護方法におい
   て、上記炭素を含む分子は炭素のほかに水素、フッ素、
   臭素、塩素、酸素、窒素のうちいずれか１つを含むこと
   を特徴とする表面保護方法。 ５、請求項１及び請求項３に記載の表面保護方法におい
   て、上記炭素を含む分子はＣＦ＿４、ＣＨＦ＿３、ＣＨ
   ＿２Ｆ＿２、ＣＨ＿３Ｆ、Ｃ＿２Ｆ＿４、Ｃ＿２Ｆ＿６
   、Ｃ＿３Ｆ＿■、Ｃ＿４Ｆ＿１＿０、ＣＣｌＦ＿３、Ｃ
   ＨＣｌＦ＿２、ＣＣｌ＿４、Ｃ＿２Ｃｌ＿２Ｆ＿２、Ｃ
   ＿２ＣｌＦ＿５、ＣＨＣｌ＿２Ｆ、Ｃ＿２ＨＣｌ＿２Ｆ
   ＿３、ＣＨＣｌＦ＿２、Ｃ＿２Ｃｌ＿３Ｆ＿３、Ｃ＿２
   Ｃｌ＿２Ｆ＿４、Ｃ＿２ＨＣｌＦ＿４、ＣＣｌＦ＿３ま
   たはＣＣｌ＿２Ｆ＿２であることを特徴とする表面保護
   方法。 ６、請求項１及び請求項３に記載の表面保護方法におい
   て、上記材料は単結晶Ｓｉ、単結晶Ｓｉ、Ｓｉ＿３Ｎ＿
   ４、Ａｌ、Ｍｏ、ＷＳｉ＿２、ＭｏＳｉ＿２、ＴｉＳｉ
   ＿２、ＷまたはＴａＳｉ＿２であることを特徴とする表
   面の処理方法。