JPH0611038B2 - 表面処理方法 - Google Patents

表面処理方法

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JPH0611038B2
JPH0611038B2 JP19625887A JP19625887A JPH0611038B2 JP H0611038 B2 JPH0611038 B2 JP H0611038B2 JP 19625887 A JP19625887 A JP 19625887A JP 19625887 A JP19625887 A JP 19625887A JP H0611038 B2 JPH0611038 B2 JP H0611038B2
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英治 井川
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Nippon Electric Co Ltd
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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、電子デバイス等の製造プロセスに用いられる
表面処理方法に関するものである。
[従来の技術] 従来、例えばSi表面には自然酸化膜が形成され、これ
がSi表面の保護膜となるとともに、逆に障害となる場
合があった。すなわち絶縁層となって、必要とされる結
晶成長が困難となったり、また、金属電極などを形成す
る場合には、この絶縁層のために、コンタクト抵抗が増
加したりしていた。これを解決するための従来技術とし
ては、上記自然酸化膜を除去するために、フッ酸による
ウェットエッチングや、800℃以上の高温熱処理やAr
イオンによる物理的スパッタリング等が行われていた。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、ウェットエッチング法では、他の部分に酸化膜
があると、それもエッチングされ、目的とする工程形状
が確保できない。一方、高温熱処理は、高温による半導
体中の不純物分布の再分布化が起ったり、高温に耐えら
れない材料が同一基板上にある場合には利用できない。
Arによる物理的スパッタリングでは、物理スパッタに
よる損傷が避けられない。
本発明の目的は、上記のような欠点を除去せしめて、自
然酸化膜を発生しにくい保護膜表面を形成し、必要に応
じてその保護膜を低温、低損傷で除去しうる方法を提供
することにある。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、所定の条件で試料を水素ガス添加のハロカー
ボンガスを含むガスの放電にさらし、試料表面の酸化膜
をエッチングする工程と、水素ガス添加量を増加して表
面保護膜となる炭素含有層が形成される放電条件に変
え、放電に上記試料をさらす工程とを備えてなることを
特徴とする表面処理方法、および所定の条件で試料を水
素ガス添加のハロカーボンガスを含むガスの放電にさら
し、試料表面の酸化膜をエッチングする工程と、水素ガ
ス添加量を増加して表面保護膜となる炭素含有層が形成
される放電条件に変え、放電に上記試料をさらす工程
と、前記保護膜を光エッチング可能なガス雰囲気中で、
光を照射して前記保護膜をエッチング除去する工程とを
備えてなることを特徴とする表面処理方法である。
[作用] 試料をドライエッチングした後、エッチングマスクとな
るレジストを除去する工程において、通常は試料表面に
酸化膜が形成される。
本願第1の発明では、この試料を所定の条件で、水素ガ
スを添加したCF4等のハロカーボンガスを含むガスの
プラズマにさらし、まず、表面酸化膜をドライエッチン
グによって除去する。次いで同一装置内または真空中で
連結された別のチャンバ内へ試料を移送し、水素ガス添
加量を増加させた条件でハロカーボンガスのプラズマに
さらし、試料表面に炭素を含むポリマー層を堆積する。
本願第2の発明では、上記のポリマー層が堆積した試料
を、例えば次の工程が成膜工程であれば成膜装置または
真空中で成膜装置に連結された別のチャンバ内に入れ
る。この成膜装置には、ハロゲンガス等に光を照射して
ハロゲンラジカルを発生させる装置を配設し、上記ポリ
マー層を除去するとともに、先のドライエッチング時に
混入したドライエッチ損傷層も除去してしまう。次いで
同一チャンバ内もしくは真空中で連結された成膜チャン
バ内へ試料を移送し、成膜等を行う。以上のようにして
得られた試料はドライエッチング損傷がなく、かつ大気
搬送中において、本発明の炭素を含んだポリマー層中に
は酸素が残らないため、酸化層もない。従って清浄な表
面を次の工程で使用できる。また、このプラズマ処理
は、異方的であるために、寸法変化もない。
[実施例] 次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
まず本願第1の発明の一実施例を示す。第1図は、本発
明の手法を、SiO2エッチング後レジスト灰化し、そ
の後CVD成膜を行うような従来プロセスに応用した場
合の工程を示したものである。まず第1図(a)において
CF4系のガスでレジストマスク11を用いてSiO212を
エッチングした。すると、エッチングした表面は、Si
基板13上に汚染層(コンタミネーション層、以下コンタ
ミ層と略称する)14が形成される。この層は、エッチン
グ中のスパッタ物、特に、レジストからの酸素、カーボ
ン、あるいはガス中に含まれているフッ素やカーボンが
含まれている。このコンタミ層14はSIMS分析で約15
0Å程度とわかった。このコンタミ層14は、次の工程で
ある酸素プラズマ中のレジスト灰化によっても除去され
ずに残る。次にそのまま、光エッチングでこのコンタミ
層14を除去するには、まず、HFの水溶液でコンタミ層
上の自然酸化膜、あるいはエッチング中にマスクへのス
パッタで入ったと思われる酸素によるコンタミ層上のう
すい酸化膜を除去してやらねばならない。すると、ウェ
ットプロセスが入るし、また、必要とするSiO212ま
でがエッチングされてしまう。そこで本発明では第1図
(a)に示す状態から酸素プラズマによるレジスト11の灰
化後、ドライエッチング装置内に水素添加のCF4ガス
を流し、約70mTorrで30秒間プラズマを立て表面処理を
行う。水素とCF4のそれぞれのガス流量は20SCCMと100
SCCMである。この処理によって酸化膜が除去されるの
で、引きつづき水素ガスを40SCCMに増加する。このとき
チャンバ内のガス圧力は同一とする。このようにしてS
i基板13上のコンタミ層14上のうすい酸化膜が除去さ
れ、かつ表面がフッ素を含むポリマーに置きかわった第
1図(b)に示すような表面保護層15が形成される。この
表面保護層15の厚さは50〜100Å程度で、その下には、
第1図(a)に示したSiO212をエッチングした際のコン
タミ層がまだ、100Å程度残っている。この表面は、大
気中に出しても酸化物が残らない。すなわち、COやC
2の形で酸素が除去されるためである。
次に本願第2の発明の一実施例を説明する。この実施例
では、上記の本願第1の実施例に、さらに成膜工程が含
まれる。この工程に用いられる装置には、真空中でCl
2またF2ガスを流しながら、Deep UV光を照射できる装
置、例えばエキシマレーザ装置やHgランプがある。第1
図(c)において、真空排気しながらCl2ガスを流し、圧
力を600mTorrにしてDeep UV光を照射すると、Cl2
スがDeep UV光により分解し、Clジカルが発生する。
この発生したClラジカルは、容易に表面保護層15およ
びその下地となっているコンタミ層14をエッチングでき
る。
光エッチング速度はCl2分圧によって変化させること
が可能で、圧力を600mTorrに選べば約70〜100Å/min
のエッチレートである。このため、1〜2分間で処理す
ることができる。
第2図はコンタミ層エッチングにおけるCl2光エッチ
ング時間とカーボンやフッ素の濃度との関係をオージェ
分析により測定したものである。約2分のエッチングで
表面保護層と、コンタミ層が除去されていることがわか
る。カーボン濃度は空気中の炭酸ガスによるカーボン汚
染とほぼ同じレベルまで下がる。なお、この炭素を含ん
だ表面保護膜の光エッチング速度は極めて大きく、1分
間に約3400Åの速度で除去される。従って、50Å程度の
表面保護膜は、光エッチングの時間にはほとんど影響し
ない。
次に本実施例に用いる装置の一例を第3図に示す。第3
図は表面保護膜形成後、成膜を行う際に用いられる成膜
装置の構成図で、通常のCVD装置36にゲートバルブ38
を介して真空チャンバ31が配設され、その内部には試料
39を載置するウェハトレー34が設けられている。チャン
バ31の上部壁には石英窓33が配設され、該石英窓33を介
して光源32から紫外線が試料39上に照射される。チャン
バ31はガス導入口35および排気ポンプ37に接続されてい
る。先の表面保護膜を付けた試料39を真空チャンバ31内
へ入れ、排気しながらガスを流し、Deep UV光を照射す
る。エッチング終了後、ゲートバルブ38を介して、真空
中で試料39をCVD装置36へ送り、通常のCVDを行
う。光エッチング特性は、先に述べたものと同じであ
る。
次にこの原理であるが、Si表面は酸化されやすいが本
発明のプラズマ処理による表面保護層は、きわめて酸化
されにくいことに起因する。このことを示す例を以下に
示す。
第4図(a)〜(c)は、各種エッチングガスでエッチングし
た後のオージェスペクトルを示す。図中、(a)(b)および
(c)はそれぞれXeF2ガス、Cl2ガスおよびCF4+H
2(100:20→40)の混合ガスでエッチングしたものであ
る。Cl2やXeF2などの炭素を含まないガスを用いた
場合には第4図(a)および(b)に示すように、大気中の酸
素が吸着し、酸化物を表面に残す。
一方、CF4+H2(100:40)のガスを用いた場合には
第4図(c)に示すように表面に炭素が存在し、酸素がC
OやCO2となって揮散する。このため表面に酸化物が
残らない。事実、第4図(a)や(b)におけるガスでは光エ
ッチング速度はきわめて小さい、このことからも、カー
ボンを含む層は、酸化されにくく、その結果、光エッチ
ングという低温、低損傷のプロセスにおいて、下地Si
基板等に損傷をあたえることなくコンタミ層も除去でき
る。
第5図は、本発明のプラズマ処理後のパターン断面形状
を示したもので、該処理による寸法変化、および従来の
ウェットHFエッチングの寸法変化が示されている。図
中(A)はドライエッチング直後、(B)はプラズマ処理後、
(C)は従来のウェットエッチング処理(1:30HF,60
S)後を示したものである。同図からプラズマ処理後の
プロセス上問題となる横方向での寸法変化はほとんどな
いことがわかる。
上記実施例では真空排気しながらCl2ガスを流し、Dee
p UV光を照射したが、Cl2ガスを一旦チャンバ内に導
入し、真空排気を止め、Cl2雰囲気にしてDeep UVを照
射しても表面保護層15とコンタミ層14を除去できる。
さらにCl2ガスをチャンバ内に導入し、試料表面に吸
着させてCl2ガスを排気し、この吸着ガスにDeep UVを
照射してもよい。この場合はエッチング速度は低下する
がエッチング速度の制御性が良くなる。
[発明の効果] 本発明によれば外気中にさらしても、表面酸化膜の形成
されない表面保護膜が得られると共に、低温、低損傷で
この表面保護膜を除去することができる。
この方法は結晶成長前の表面保護膜にも当然使うことが
でき、低温、低損傷により、カーボンやその他の不純物
のない試料表面が得られ、半導体プロセス等における従
来技術における自然酸化膜の除去という大きな問題を完
全に改善した。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は本発明の一実施例の工程を示す概略断
面図、第2図はオージェ分析による光エッチング時間と
不純物原子の密度との関係を示す図、第3図は本発明の
方法に用いる装置の一例を示す概略構成図、第4図(a)
〜(c)は各種エッチングガスによるエッチング後の試料
表面のオージェスペクトルを示す図、第5図は本発明方
法の処理後のパターン断面形状を従来例による場合と比
較して示した図である。 11…レジストマスク、12…SiO2 13…Si基板、14…コンタミ層 15…表面保護層、16…Deep UV光 31…真空チャンバ、32…光源 33…石英窓、34…ウェハトレー 35…ガス導入口、36…CVD装置 37…排気ポンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の条件で試料を水素ガス添加のハロカ
    ーボンガスを含むガスの放電にさらし、試料表面の酸化
    膜をエッチングする工程と、水素ガス添加量を増加して
    表面保護膜となる炭素含有層が形成される放電条件に変
    え、放電に上記試料をさらす工程とを備えてなることを
    特徴とする表面処理方法。
  2. 【請求項2】所定の条件で試料を水素ガス添加のハロカ
    ーボンガスを含むガスの放電にさらし、試料表面の酸化
    膜をエッチングする工程と、水素ガス添加量を増加して
    表面保護膜となる炭素含有層が形成される放電条件に変
    え、放電に上記試料をさらす工程と、前記保護膜を光エ
    ッチング可能なガス雰囲気中で、光を照射して前記保護
    膜をエッチング除去する工程とを備えてなることを特徴
    とする表面処理方法。
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JP2798321B2 (ja) * 1991-03-06 1998-09-17 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法
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