JPH0654773B2 - 表面処理方法とそれに用いる装置 - Google Patents

表面処理方法とそれに用いる装置

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JPH0654773B2
JPH0654773B2 JP7536487A JP7536487A JPH0654773B2 JP H0654773 B2 JPH0654773 B2 JP H0654773B2 JP 7536487 A JP7536487 A JP 7536487A JP 7536487 A JP7536487 A JP 7536487A JP H0654773 B2 JPH0654773 B2 JP H0654773B2
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gas
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英治 井川
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NEC Corp
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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
表面処理方法とそれに用いる装置に関するものである。
(従来の技術) 従来、例えば、Si表面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り、正規の結晶成長が困難
となったり、又、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
スパッタリングによっていた。
(発明が解決しようとする問題点) 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こったり、高温に耐えない材
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は
さけられない。
そこで、本発明の目的は、上記のような欠点を除去せし
めて、自然酸化膜の発生しにくい保護膜表面を形成する
方法及び必要に応じてその保護膜を低温、低損傷で除去
しうる方法をこれらに用いることのできる装置を提供す
ることにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば試料表面の酸化膜をエッチングできる条
件のハロカーボンガスの放電にさらしエッチングし、同
一チャンバー内、もしくは、真空中で連結されたチャン
バー内で、引きつづき、放電条件を表面保護膜となる炭
素を含んだ層が堆積できる条件に変え、放電に上記試料
をさらすことを特徴とする表面処理方法が得られる。
更に本発明によれば試料表面の酸化膜をエッチングでき
る条件のハロカーボンガスの放電にさらしエッチング
し、同一チャンバー内、もしくは、真空中で連結された
チャンバー内で、引きつづき、放電条件を表面保護膜と
なる炭素を含んだ層が堆積できる条件に変え、放電に上
記試料をさらし、保護膜を形成し、次の工程前に、上記
保護膜をエッチングできるガスを導き、光を照射して、
上記保護膜をエッチング除去し、引きつづき、同一チャ
ンバー内、もしくは真空中で連結されたチャンバー内
で、次の工程を行なうことを特徴とする表面処理方法が
得られる。
更に本発明によれば、真空チャンバー内で、ガスを導入
し、プラズマを発生させる電源と、電極をそなえる装置
で、がス圧力を所定の時間ごとに、2段階以上に自動的
に変化させることができることを特徴とする表面処理装
置が得られる。
更に本発明によれば、真空チャンバー内で、ガスを導入
し、プラズマを発生させる電源と、電極をそなえる装置
であって、ガス圧力を所定の時間ごとに、2段階以上に
自動的に変化させる手段を有する表面処理装置と光を透
過できる窓、および光により分解し、ハロゲンを発生で
きるガスを導入し、真空排気でき、前記表面処理装置に
より形成した表面保護膜を上記ガス中の光照射によりエ
ッチングできる機能を装え、しかも同一チャンバーもし
くは、真空中で連結されたチャンバー内に、所望の製造
装置が設けられていることを特徴とする表面処理装置が
得られる。
(作用) 本発明は、上述の構成をとることにより、従来技術の問
題点を解決した。例えば、ドライエッチング後、次が成
膜工程である場合、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、表面に酸化膜が形成される。本
願第1の発明では、この試料をある条件で、CF4+H2やCH
F3等のハロカーボンガスあるいはそれを含むガスのプラ
ズマにさらし、まず、表面酸化膜をエッチングによっ
て、除去し、そのまま、同一装置内又は、真空中で連結
されたチャンバー内で、別の条件で、ハロカーボンガス
のプラズマにさらし、その際、表面に炭素を含んだポリ
マー層を堆積する。
本願第2の発明では、上記のポリマー層を堆積後、次の
工程、例えば、成膜工程であれば、成膜装置に試料を入
れる。この成膜装置には、ハロゲンガス等の光でハロゲ
ンラジカルを発生させることのできる装置を設けてお
き、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。同一チャンバー内もしくは、真空中で連結された
成膜チャンバー内へ試料を置き、成膜等を行なう。する
と、ドライエッチング損傷もなく、かつ、大気搬送中の
酸素は、本発明の炭素を含んだポリマーには残らないた
め、酸化層もない。すなわち、清浄な表面を次の工程で
使用できる。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。
上記表面保護膜は本願第3の発明に示すように、プラズ
マを発生させる電源と、電極をそなえ、ハロカーボンガ
スをその装置内で放電させるが、ある設定時間に対し、
2段階以上、放電ガス圧力を自動可変できる。すなわ
ち、最初の放電で、表面の酸化膜をエッチングし、つづ
いて、放電圧力を変え、炭素を含んだポリマー層が表面
に堆積する条件とし、表面保護膜を成長する。本願第4
の発明では次に例えば、成膜工程が入れば、成膜前に上
記表面保護膜をエッチングできるハロゲンガス中の光照
射でこの保護膜除去可能な装置と成膜装置等を真空中で
連結させておく。本発明の方法および装置を用いること
により従来の問題点は解決された。
(実施例) まず本願第1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
用した例を示したものである。まず(a)図においてCF4
のガスでレジストマスク11で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150Å程度とわかっ
た。さらに次の(b)図の酸素プラズマ中のレジスト灰化
により、除去されず残る。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、又、必要とするSi
O212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)の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CHF3を流し、約70mTorrで30
秒間プラズマを立て表面処理を行う。その後、圧力を15
0mTorr程度に増加させ、約1分間程度放電する。放電出
力は、0.08W/cm2一定とした。すると、Si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
カーボンとフッ素に置きかわった(b)図に示す処理保護
層15が形成される。この処理保護層15の厚さは50〜100
Å程度で、その下には、(a)図に示した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CO2の形で酸素が除去されるためである。本
願第3の発明の表面処理装置は、上記で説明したよう
に、酸化膜のエッチングと炭素を含んだポリマー層の堆
積を自動的に行なうことにある。第2図にその構成図を
示す。真空チャンバー21にガス導入口22、電極23、RF電
源25がある。排気ポンプ24でコンダクタンスバルブ27を
通して排気する。放電圧力は、あらかじめパソコン28に
時間とともに設定入力しておく。第1の放電圧力を圧力
ゲージ26で読みその信号がパソコン28を介して、コンダ
クタンスバルブ27の開口率を決める。第2の圧力条件で
は、第1の放電時間終了の信号をパソコン28で出し、コ
ンダクタンスバルブ27の開口率を変える。このとき、こ
れは、プログラム時に変化できるが約1〜2秒おきに圧
力ゲージ26の信号と、コンダクタンスバルブ27の信号を
パソコン内でやりとりして、最終的に第2の圧力が設定
される。放電は、第1〜第2の圧力可変時もつづけてい
ても問題はない。
次に本願第2の発明の実施例を説明する。この実施例で
は、ポリマー層堆積した後成膜工程に移るが、本願第4
の発明の装置を用いる。この装置には、真空中でCl2
はF2ガスを流しながら、DeepUV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600mT
orrにしてDeepUV光を照射すると、Cl2ガスがDeepUV光に
より分解し、Clラジカルが発生する。この発生したClラ
ジカルは、容易に処理保護層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。約150Å程度のコンタミ層を除去
するのに、1分〜2分で処理することができる。第3図
は、Cl2光エッチング時間のコンタミ層エッチング時の
カーボンやフッ素の濃度をAuger分析により測定したも
のである。約2分のエッチングで処理保護層と、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エッチ
ング速度を第4図に示した。1分間に約3400Åの速度で
除去される。本願第4の発明の装置について説明する。
第5図にその構成図を示す。これは、通常のCVD装置56
にゲートバルブを介して、真空チャンバー51を取り付
け、その内部にウェハートレー54を設け、石英窓53を通
して試料に紫外線が照射できる光源52、排気ポンプ57、
ガス導入口54がある。先の表面保護膜を付けた試料を真
空チャンバー51内へ入れ、排気しながらガスを流し、光
を照射する。エッチング終了後、ゲートバルブを介し
て、真空中でCVD装置56へウェハーを送り、通常のCVDを
行なうわけである。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処理保護層は、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6図(a)〜(d)は、各種エッチングガスでエッチング後
のAugerスペクトルを示す。(a),(b)のCl2やXeF2などの
炭素を含まないガスを用いると、大気中の酸素が吸着
し、酸化物を表面に残す。一方、(c)や(d)の炭素を含ん
だガスを用いた場合には、表面に炭素が存在し、酸素が
COやCO2となって揮発する。このため表面に酸化物が残
らない。事実、(a)や(b)の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。
上記実施例では真空排気しながらCl2ガスを流し、DeepU
V光を照射したが、Cl2ガスを一たんチャンバー内に導入
し、真空排気を止め、Cl2雰囲気にしてDeepUVを照射し
ても処理保護層15とコンタミ層14を除去できる。
更にCl2ガスをチャンバー内に導入し、試料表面に吸着
させCl2ガスを排気し、この吸着ガスにDeepUV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) 本願第1の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を形成する方法が得られ
た。本願第2の発明によればこれに加えて低温、低損傷
でこの膜を除去する方法が得られた。これらの効果は、
先に述べた、第3図のAuger分析の結果や、表1の光エ
ッチングの結果から十分確認できた。又、第7図は、本
発明のプラズマ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を示した。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。
又、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、本発明の一実施例を示す概略断面
図、第2図は、本願第3の発明の装置構成図、第3図
は、本発明の効果を示すカーボン等の不純物の除去の様
子を示すAuger分析結果の図である。第4図は、表面保
護膜の光エッチング速度を示す図。第5図は本願第4項
の装置の構成図。第6図は、各種エッチングガスによる
エッチング後のSi表面のAuger分析図。第7図は、SEM写
真で調べた各処理後のSiO2の寸法変化を示す図である。 11……レジストマスク、12……SiO2 13……Si基板、14……コンタバ層 15……処理保護層、16……DeepUV光 21……真空チャンバー、22……ガス導入口 23……電極、24……排気ボンブ 25……RF電源、26……圧力ゲージ 27……コンダクタンスバルブ 28……パソコン、51……真空チャンバー 52……光源、53……石英窓 54……ウェハートレー、55……ガス導入口 56……CVD装置、57……排気ポンプ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料表面の酸化膜をエッチングできる条件
    のハロカーボンガスあるいはそれを含むガスの放電にさ
    らしエッチングし、同一チャンバー内、もしくは、真空
    中で連結されたチャンバー内で、引きつづき、放電条件
    を表面保護膜となる炭素を含んだ層が堆積できる条件に
    変え、放電に上記試料をさらすことを特徴とする表面処
    理方法。
  2. 【請求項2】試料表面の酸化膜をエッチングできる条件
    のハロカーボンガスあるいはそれを含むガスの放電にさ
    らしエッチングし、同一チャンバー内、もしくは、真空
    中で連結されたチャンバー内で、引きつづき、放電条件
    を表面保護膜となる炭素を含んだ層が堆積できる条件に
    変え、放電に上記試料をさらし、保護膜を形成し、次の
    工程前に、上記保護膜をエッチングできるガスを導き、
    光を照射して、上記保護膜をエッチング除去し、引きつ
    づき、同一チャンバー内、もしくは真空中で連結された
    チャンバー内で、次の工程を行なうことを特徴とする表
    面処理方法。
  3. 【請求項3】真空チャンバー内で、ガスを導入し、プラ
    ズマを発生させる電源と、電極をそなえる装置であっ
    て、ガス圧力を所定の時間ごとに、2段階以上に自動的
    に変化させる手段を有することを特徴とする表面処理装
    置。
  4. 【請求項4】真空チャンバー内で、ガスを導入し、プラ
    ズマを発生させる電源と、電極をそなえる装置であっ
    て、ガス圧力を所定の時間ごとに、2段階以上に自動的
    に変化させる手段を有する表面処理装置と光を透過でき
    る窓、および光により分解し、ハロゲンを発生できるガ
    スを導入し、真空排気でき、前記表面処理装置により形
    成した表面保護膜を上記ガス中の光照射によりエッチン
    グできる機能を装えしかも同一チャンバーもしくは、真
    空中で連結されたチャンバー内に、所望の製造装置が設
    けられていることを特徴とする表面処理装置。
JP7536487A 1987-03-27 1987-03-27 表面処理方法とそれに用いる装置 Expired - Lifetime JPH0654773B2 (ja)

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