JPH08321491A - ウエハ清浄化スパッタリングプロセス - Google Patents

ウエハ清浄化スパッタリングプロセス

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JPH08321491A
JPH08321491A JP8056439A JP5643996A JPH08321491A JP H08321491 A JPH08321491 A JP H08321491A JP 8056439 A JP8056439 A JP 8056439A JP 5643996 A JP5643996 A JP 5643996A JP H08321491 A JPH08321491 A JP H08321491A
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plasma
wafer
silicon
oxygen
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キング−タイ ヌガン ケニー
Jaim Nulman
ナルマン ジェイム
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なエッチング均一性と良好な効率を両立
させるウエハクリーニングスパッタリングプロセス。 【解決手段】 シリコンウエハをプレクリーニングして
自然シリコン酸化物を除去する方法は、クリーニングさ
れるウエハが載せられているカソードを有するプラズマ
エッチングチャンバへアルゴンと酸素の混合ガスを供給
しつつ、チャンバの圧力を約３ミリトール未満に維持す
る工程を有している。この酸素はプラズマ内に存在する
シリコン原子と反応させるために添加されるが、酸素は
単結晶シリコンウエハのシリコン原子とは反応しない。
低圧下でプラズマ中に酸素が損座おすることにより、安
定したプラズマ生成とウエハ全体に対するエッチングの
均一性が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハを
クリーニングする改善された方法に関する。特に、本発
明は、堆積のステップの直前にシリコンウエハから自然
シリコン酸化物(native silicon oxide)を除去する改善
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】物理気相堆積法にせよ化学気相堆積法に
せよ、シリコンウエハ上に例えば金属膜等の物質層を堆
積させる際に、ウエハを空気に暴露した後にウエハ上に
形成される自然シリコン酸化物の薄い層、即ち３０オン
グストローム厚の層を除去するために、シリコンウエハ
の表面を処理する必要がある。この自然シリコン酸化物
層が除去されない場合は、その後堆積される膜は酸素に
よって汚染され、この堆積膜がシリコンの表面に接着し
なくなることがある。
【０００３】プラズマエッチングチャンバ内で自然シリ
コン酸化物を除去できれば便利であり、これはプレクリ
ーンチャンバ(preclean chamber)とも呼ばれる。弗素含
有ガス等の反応性のエッチャントガスを使ってもシリコ
ン酸化物を除去できるだろうが、弗素残留物がチャンバ
壁とシリコンウエハの表面を汚染してしまう。従って、
所望の堆積操作の直前にスパッタリング効果によってこ
の酸化物をエッチングして除去する作用のあるアルゴン
のプラズマによって、シリコン酸化物を除去することが
好ましい。アルゴンは化学的に不活性であるため、ウエ
ハを汚染することはない。
【０００４】現在のマルチチャンバ真空処理システム
は、複数のクリーニングチャンバ及び処理チャンバとを
備え、これらは中央にあるウエハ移送チャンバに接続さ
れ、このウエハ移送チャンバはまた、システム内で処理
されるウエハを供給する１つ以上のロードロックチャン
バに接続されている。このようなシステムは、例えば、
Maydanらによる米国特許第４，９５１，６０１号に説明
されている。図１には、ここで有用なシステムの構成が
例示されている。密閉されたメインハウジング１２は、
密閉の真空ロードロックチャンバ１４を画する側壁１３
を有している。ウエハ移送チャンバ１２の中のウエハ移
送ロボット８０が、処理されるウエハ１５を外部のロー
ドロックチャンバ２６から運び出し、プレクリーンチャ
ンバ２２へとウエハ１５を移送する。スリットバルブ３
８によって、真空ロードロックチャンバ１４を処理チャ
ンバ１６、１８、２０及び２２から隔てている。チャン
バ１６、１８、２０及び２２のそれぞれは、スリットバ
ルブ３８によってシール可能な開口３６を有している。
チャンバ２２内でスパッタエッチングが行われた後、ウ
エハ１５は、メタル層の堆積のため、プレクリーンチャ
ンバ２２から処理チャンバ１８へと移送される。付加的
な処理及び後堆積のチャンバ２０及び２２が真空ロード
ロックチャンバ１２に接続されていてもよい。ウエハ１
５はいつでも真空状態を維持しているため、処理ステッ
プと処理ステップの間で汚染されることはない。
【０００５】約３ミリトール（ｍＴ）よりも低い、非常
に低い圧力では、シリコンウエハのエッチング均一性は
非常に良好であるため、プレクリーンエッチングステッ
プを３ｍＴ以下の圧力、好ましくは約１ｍＴの圧力で行
うことが望ましい。しかし、このような低圧下では、チ
ャンバ内にはガスの分子がほとんど存在しないため、プ
ラズマを維持することが非常に困難である。４ｍＴ以上
の圧力では、プラズマは容易に維持できるが、酸化物エ
ッチングの均一性は、この圧力では受容できないほど低
く、ウエハ全体のエッチング均一性においておよそ１５
〜２５％の変動がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それにもかかわらず、
低圧でのエッチングの後においても、時間経過とともに
プレクリーンチャンバの壁や付帯部分に物質の堆積がな
お生じる。チャンバ内のプラズマ発生の効率が、時間と
ともに低下することにも、本発明者らは注目していた。
【０００７】従って、本発明者らは、良好なエッチング
均一性と良好な効率を共に維持することが可能になるよ
うに、非常に低い圧力におけるプレクリーンチャンバ内
のプラズマ発生の効率を改善する研究を行った。
【０００８】
【課題を解決するための手段】シリコンウエハから自然
シリコン酸化物をスパッタエッチングした後に、プレク
リーンチャンバの壁にシリコンが堆積することを、本発
明者らは見出した。エッチングチャンバの壁及び付帯部
分の上に生じたこのシリコン膜が、チャンバに結合する
ＲＦ電力を低下させるため、チャンバ内でのプラズマ生
成の効率が低下していると考えられる。プラズマを形成
するために用いられるアルゴンに酸素を加えれば、この
シリコン堆積を防止することができ、そして、非常に低
い圧力においても安定したプラズマを維持することが可
能となる。この酸素は、チャンバ内のフリーなスパッタ
シリコン（スパッタされたシリコン）と反応して、シリ
コン酸化物を生成する。チャンバの壁に堆積したシリコ
ン酸化物が、プラズマエッチングチャンバに結合するＲ
Ｆ電力を低下させることはない。チャンバに結合するＲ
Ｆ電力が、シリコン酸化物によっては消耗しないため、
約１ｍＴの非常に低い圧力においても、カソードバイア
ス電力は安定であり、プラズマが消失することはない。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明のプレクリーンエッチング
プロセスを行うことが可能なプラズマエッチングチャン
バが、図２に示される。図２に示されているように、プ
レクリーンチャンバ１００は、２つの部分に分けること
ができる；スパッタ部１１８とプラズマ発生部１２３で
ある。スパッタ部１１８内では、クリーニングされるウ
エハ１１７が支持電極１１９上に支持されている。チャ
ンバ１００は、電極１１９を包囲する排気チャンネル１
２４を有しており、このチャンネル１２４は、バルブ１
２７を介して高真空ポンプ１２６に接続されている。ア
ルゴンガスサプライ１２９が、プラズマ発生部１２３へ
とガスを供給する。
【００１０】チャンバ１００に接続されている電力のソ
ースは２つである。第１のＲＦジェネレータ(RF genera
tor)１２１は、ＲＦ整合回路網１２２を介して基板支持
電極１１９に接続されている。これは、支持電極１１９
に１３．５６ＭＨｚのＲＦエネルギーを与えることに適
したものである。この電力ソースは、以下に述べるよう
に、プラズマ発生部１２３内でプラズマが点火した後に
作動し、プラズマ内で発生したアルゴンイオンを誘引す
る働きをする。アルゴンイオンは、ウエハ１１７の表面
を叩き、自然酸化物層をスパッタ除去し又はエッチング
する。
【００１１】第２のＲＦジェネレータ１３８は、例え
ば、コイル１３６に接続された４００ｋＨｚ電力サプラ
イである。この第２のＲＦジェネレータ１３８は、プラ
ズマ発生部１２３内にプラズマを形成するための電力を
与える。この電力サプライは、プラズマに誘導結合す
る。このプラズマ電力の役割は、プラズマにおけるイオ
ン密度を増加させることである。
【００１２】約１ｍＴのチャンバ圧力では、スパッタエ
ッチレイト(sputter etch rate )は毎分約３００オング
ストロームである。従って、シリコンウエハ上の自然酸
化物層をスパッタで取り去るには、ほんの１０秒程あれ
ばよい。しかし、確実に酸化物の全てを除去するために
は、通常は、この点を越えてスパッタエッチングが行わ
れ続けられ、シリコン層も、約１００オングストローム
の厚さがスパッタエッチングされる。このシリコンが、
エッチングチャンバの壁に堆積される。シリコン基板か
らエッチングされたこの物質の一部は、排気チャンネル
１２４を介してチャンバ１００から脱気により排除され
るが、一部は、プレクリーンチャンバ１００の壁や付帯
部分に堆積されるだろう。
【００１３】エッチングチャンバの壁に堆積した物質
が、誘電性をもつシリコン酸化物(silicon oxide)であ
った場合は、チャンバへの電力の供給を妨害せず、ま
た、カソードバイアス電圧が一定に維持される。しか
し、シリコンがチャンバ壁上に堆積された場合は、プラ
ズマに結合するＲＦ電力が低下し、また、カソードのＤ
Ｃバイアス電圧が降下し、これがスパッタエッチレイト
を低下させる。シリコンにより電力が浪費されているこ
とは、壁の温度が上昇していることから明らかである。
カソードのＤＣバイアス電圧が非常に低くまで降下した
場合は、スパッタエッチング均一性を高くするために望
ましい非常に低い圧力において特に、プラズマが消失す
る。
【００１４】従って、アルゴンプラズマ前駆体ガスに酸
素を添加することにより、２つの目的が達成される。第
１に、プラズマ内の酸素は、基板からスパッタされたシ
リコンと反応して、シリコン酸化物を生成する。シリコ
ン酸化物はシリコンよりもプレクリーンエッチングチャ
ンバの壁に堆積されやすく、また、シリコン酸化物はチ
ャンバに結合した電力を浪費しないため、カソードバイ
アス電圧は一定に維持される。従って、第２の目的であ
る、１ｍＴという非常に低い圧力でもプラズマを維持す
るという事も、達成される。
【００１５】アルゴンに添加される酸素の量は重要では
ないが、本発明の目標を達成するためには、少なくとも
約５体積％の酸素が必要である。アルゴンは酸素よりも
スパッタガスとしてより適当であるため、プラズマ前駆
体ガスにはアルゴンが存在していることが好ましい。従
って、一般的には、プラズマ前駆体ガス流れの形成にた
めには、アルゴン中に約５〜９５体積％の酸素が用いら
れる。
【００１６】一般に、シリコン酸化物をシリコン基板か
ら除去しようとした場合、プラズマ処理システムにおい
ては酸素を添加できないようにも考えられ、なぜなら、
シリコン酸化物が形成され、これが基板上に理論上再堆
積し得るだろうからである。しかし、プレクリーンプロ
セス中はチャンバ内の温度は低く、一般に約２００〜５
００℃であるため、シリコンと酸素とが再結合してシリ
コン酸化物を表面に堆積させることはなく、スパッタエ
ッチングの方がシリコン酸化物の堆積よりも優先的にな
される。更に、シリコン基板が結合性の高い単結晶シリ
コン基板であり、即ち反応性があまり高くないため、基
板中にあるこのシリコンはプラズマ中の酸素イオンと直
ちに反応することはない。むしろ、プラズマ中の酸素イ
オンは、プラズマ中に存在するフリーなシリコン原子や
イオンの方と優先的に反応する。その結果生じたシリコ
ン酸化物は、チャンバ排気システムを通じて排出される
か、または、スパッタエッチングされるウエハの上では
なく近くの壁や付帯部品上の方に堆積される。
【００１７】
【実施例】以下の比較例及び実施例によって、本発明を
更に詳細に説明していくことにする。しかし、ここに記
載された詳細事項に本発明が制限されることを意味する
わけではない。
【００１８】比較例Ａ 図２に示されるようなプレクリーンチャンバにおいて、
チャンバ内の圧力を少なくとも４ｍＴの圧力に維持し、
他方、約６０ｓｃｃｍの流量でアルゴンガスをチャンバ
内に流入させた。６インチシリコンウエハがエッチング
されて、シリコン酸化物が約３０オングストローム除去
され、また、シリコンが約１００オングストローム程オ
ーバーエッチングされた。エッチレイトは約２２０オン
グストローム／分であった。エッチング深さは、ウエハ
の端から端までで１６０オングストローム〜３２７オン
グストロームの範囲で変化し、標準偏差は１９．７９％
であり、これは受容されない程高いものであった。この
ときの厚さ変化のマップを、図３に示す。
【００１９】実施例１ チャンバに供給されるガスが、アルゴン５ｓｃｃｍ、酸
素３ｓｃｃｍであった他は、比較例Ａの手順が繰り返さ
れた。エッチレイトは２８５オングストローム／分であ
り、ウエハの端から端までの厚さの変化は、６．２％で
あった。このときの厚さ変化のマップを、図４に示す。
【００２０】比較例Ｂ チャンバ内にアルゴン５ｓｃｃｍのみが単独で供給され
た事以外は、実施例１と同じ手順が繰り返された。スパ
ッタエッチレイトは６１４オングストローム／分であっ
たが、プラズマを維持することができなかった。このと
きの厚さ変化のマップを、図５に示す。
【００２１】特定の具体例及びチャンバに関して本発明
を説明してきたが、この技術分野の通常の知識を有する
者には明らかであるように、他の構成の真空システム、
プレクリーンチャンバ、不活性ガス及び酸素と置き換え
ることが可能である。
【００２２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、良好なエッチング均一性と良好な効率を共に維持
することが可能になるように、非常に低い圧力における
プレクリーンチャンバ内のプラズマ発生の効率を改善す
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウエハを、真空環境から取り出すことな
く様々なチャンバで処理することが可能な、真空システ
ムの平面図である。
【図２】本発明のクリーニングプロセスに適するプレク
リーンプラズマチャンバの模式的な断面図である。
【図３】ウエハ全面の厚さ分布を表すマップの図であ
る。
【図４】ウエハ全面の厚さ分布を表すマップの図であ
る。
【図５】ウエハ全面の厚さ分布を表すマップの図であ
る。
【符号の説明】
１２…メインハウジング、１３…側壁、１４…真空ロー
ドロックチャンバ、１５…ウエハ、１６、１８、２０…
処理チャンバ、２２…プレクリーンチャンバ、２６…ロ
ードロックチャンバ、３８…スリットバルブ、８０…移
送ロボット、１００…プレクリーンチャンバ、１１７…
ウエハ、１１８…スパッタ部、１１９…支持電極、１２
１…第１のＲＦジェネレータ、１２３…プラズマ発生
部、１２４…排気チャンネル、１２６…高真空ポンプ、
１３８…第２のＲＦジェネレータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェイム ナルマン アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94306， パロ アルト， エル カミノ ウェイ 4155−ジー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコンウエハの表面から自然シリコン
    酸化物を除去する方法であって、 ａ）ＲＦ電源に接続された真空チャンバのカソードの上
    にシリコンチャンバを載置するステップと、 ｂ）チャンバの圧力を約３ミリトールよりも低く維持す
    るステップと、 ｃ）アルゴンと酸素との混合物をチャンバへ供給するス
    テップと、 ｄ）チャンバ内にプラズマを形成して、該プラズマ中に
    存在する酸素を、スパッタされたシリコン原子と反応さ
    せるステップとを有する方法。
  2. 【請求項２】 スパッタエッチング中の基板の温度が約
    ５００℃よりも低い請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 アルゴンと酸素との該混合物が、約５体
    積％〜９５体積％の酸素を含有する請求項１に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 該プラズマが、前記真空チャンバのプラ
    ズマ部分に誘導結合された４００ｋＨｚの電源によって
    形成される請求項１に記載の方法。
JP8056439A 1995-03-13 1996-03-13 ウエハ清浄化スパッタリングプロセス Withdrawn JPH08321491A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/402,676 US5759360A (en) 1995-03-13 1995-03-13 Wafer clean sputtering process
US08/402676 1995-03-13

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JPH08321491A true JPH08321491A (ja) 1996-12-03

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ID=23592902

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8056439A Withdrawn JPH08321491A (ja) 1995-03-13 1996-03-13 ウエハ清浄化スパッタリングプロセス

Country Status (4)

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US (1) US5759360A (ja)
EP (1) EP0732732A3 (ja)
JP (1) JPH08321491A (ja)
KR (1) KR100386713B1 (ja)

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