JPS6231124A - 表面処理方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体製造プロセスにおける表面処理方法に
間する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

半導体素子製造工程においては、各プロセス間でウェハ
表面を清浄化、成形２表面の安定化等を行う後処理工程
、所謂表面処理工程が行われる。

現在、ＬＳＩ等のｙ！ｉｍ加工が行われるウェハ表面で
は、開口部径よりも深い溝等が形成され、このような溝
の内部までをも表面処理する必要がある。

従来、Ｓｉウェハ等の被処理基体に表面処理を施すには
、主に液体薬品を用いた技術が用いられていた。しかし
、上記のように深い溝を持つ被処理基体に対しては、液
体薬品が溝の内部まで入らない等のことがあり、十分に
処理できないと云う欠点がある。

また、液体を用いないドライ処理も考えられている。例
えば、高温中でガス雰囲気に晒す方法、放電により生成
した活性種を用いる等である。高温中での処理は、微細
素子を作る場合に、拡散層の広がりや熱歪みによる欠陥
の発生等が生じるため好ましくなく、このような処理は
低温で行った方がよい。放電により生成した活性種を用
いる方法は、低温処理であり、且つ低ガス圧領域での処
理で微細構造の内部まで処理できるために、この種の表
面処理に有利である。しかし、放電領域に被処理基体を
置く方法では、放電領域からの荷電粒子等の運動エネル
ギーを持った粒子による被処理基体のダメージを与える
こと等があり、素子特性に悪影響を及ぼす。

この運動エネルギーを持った粒子の影響をなくすものと
して、ケミカルドライエツチング（ＣＤＥ）と称される
方法がある。ＣＤＥで主として用いられるのは、ＣＦ４
　＋０２ガス放電により生成した活性種（特にＦラジカ
ル）を用いるものであるが、この活性種はＳｉに対する
反応性が強く、エツチングが速く進行するために、前述
のような微細ＩＩ造を処理すると、その形状がエツチン
グにより変化すると云う問題がある。そこで、３ｉに対
する反応性が弱い弗素以外のハロゲン元素を含むガスを
用いることが考えられるが、この種のガスで３ｉ表面を
表面処理することはできなかった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、微細構造を有する被処理基体表面を細
部に亙り清浄化、成形等の表面処理を行うことができ、
且つＦラジカルに比ベエツチング速度が遅く、エツチン
グ速度の制御性の良い表面処理方法を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の骨子は、ＦラジカルによりＳｉ等の被処理基体
の表面を薄くエツチングした後、Ｆ以外のハロゲン元素
を含むガスの活性種（例えばＣβラジカル）により被処
理基体表面をエツチングすることにある。

即ち本発明は、被処理基体の表面を薄くエツチングして
表面処理する表面処理方法において、まず弗素を含むガ
スを励起して生成した活性種により被処理基体の表面を
エツチングし、次いで弗素以外のハロゲン元素を含むガ
スを励起して生成した活性種により被処理基体の表面を
エツチングするようにした方法である。

Ｆ以外のＣＱ等のハロゲン元素を含む活性種によるＳｉ
のエツチングにおいては、前記Ｆラジカルのエツチング
程反応は発熱的ではなく、Ｓｉのエツチング速度の制御
は極めて容易である。しかし、Ｃａを含む活性種はＳｉ
Ｏ２と殆ど反応しないために８１表面上に自然酸化膜が
ある場合には、Ｓｉのエツチングは妨げられる。これが
、Ｆ以外のハロゲン元素によるＳｉの表面処理を不可能
としていたのである。一方、ＦラジカルによるＳｉＯ２
のエツチングは約１００〜２００［人／１ｎ］程度の速
度で進行し、自然酸化膜を除去するには実用的な速度で
ある。

そこで、まずＦラジカルにより自然酸化膜を除去し、そ
の後に０２等のＦ以外のハロゲン元素を含む活性種によ
り表面処理することにより、３ｉ表面を制御性良くエツ
チング処理することが可能となる。

なお、Ｆを含む活性種の発生は、ＣＦ４又はＣＦ４　十
０２の放電、ＳＦ２の放電、ＳＦＨの光分解等多くの方
法で得られる。また、Ｃａを含む活性種は、ＣＤ２．Ｃ
ＣＭ＋　、Ｃｌ−１ｃＬ３゜ＣＨ２Ｃ（１２，ＣＣＲＨ
ｉ等、少なくともＣＩ２を含むガスの放電或いは光分解
等により生成することができる。

Ｆを含む活性種、Ｃりを含む活性種の生成は処理を行う
チャンバとは別の所で生成される。それは、活性種を生
成するための放電により生成した荷電粒子が被処理基体
にダメージ等の影響を及ぼさないためである。被処理基
体は、比較的低圧力のチャンバ内に置かれるために、微
細な溝等を表面に有する試料においては、その微細な溝
の内部までガス粒子が入ってゆき、表面を清浄化するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被処理基体にダメージを与えることな
く、該基体の表面を薄くエツチングすることができ、表
面の汚染物質等を除去し清浄にすることができる。また
、Ｆラジカルのみで表面処理する方法に比べ、エツチン
グ速度が極めて遅いので、エツチングの制御性が良く、
適度な表面処理を容易に行うことができる。さらに、表
面に微細な溝を有する場合に特に有効であり、超ＬＳＩ
製造プロセスにおいて極めて有効である。

なお、本発明では活性種の生成を被処理基体とは別の領
域で行っているので、被処理基体に荷電粒子によるダメ
ージが生じることはない。さらに、Ｃり等のＦ以外のハ
ロゲン元素の活性種を用いるために、エツチングの制御
性が良いのである。

また、反応性イオンエツチング等で溝を形成した場合、
その溝の側壁部に汚染が生じることがあり、これらの汚
染を取り除こうとする場合、従来の液体を用いた方法で
は、溝の開口部が狭くなった時には液体が溝の内部まで
入らず、その部分を処理できないことがある。これに対
し本発明では、ガス状の活性種を用いるために、極めて
微細な溝の内部にも容易に活性種が入り、その内部を十
分に清浄化することができる。また、Ｃλ等を含む活性
種に０２を混合し、昇温したＳｉに供給することにより
８１表面に酸化膜を形成することができるが、該Ｓｉ表
面を清浄化した後にその表面を上記の方法により酸化し
、次のプロセスヘウエハを移すことにより、移す過程で
の汚染を防止することも可能となる。

〔発明の実流例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる表面処理装置を示す
概略構成因である。図中１１は真空容器であり、この容
器１１内には半導体ウニへ等の被処理基体１２を載置す
る試料台１３が設置されている。また、容器１１の側壁
には、該容器１１内にガス及びその活性種を導入するた
めの放電管１４ａ、１４ｂの一端がそれぞれ接続されて
いる。

放電管１４ａ、１４ｂは、マイクロ波電源１５ａ。

１５ｂに接続された導波管１６ａ、１６ｂにカップリン
グされている。放電管１４ａの他端には、弗素を含むガ
スとして、ＣＦ４　＋０２　ａ合ガスが導入される。放
電管１４ｂの他端には、弗素以外のハロゲン元素を含む
ガスとして、ＣＱ２ガスが導入される。そして、容器１
１内のガスはガス排気口１７ａ、１７ｂを介して排気さ
れるものとなっている。

次に、上記装置を用いた３ｉの表面処理方法について、
第２図を参照して説明する。

まず、被処理基体１２としては、第２図（ａ）に示す如
＜Ｓｉ基板２１上に５ｉＱ２マスク２２が形成され、Ｒ
ＩＥにより溝２３が形成されたものを用いた。この被処
理基体１２には、ＲＩＥにより表面では溝２３の側壁及
び底部にＣ等の汚染物質があり、さらに表面の結晶性の
乱れがある。

また、一度大気に晒した場合には、表面に自然酸化１１
２４が形成されている。

上記被処理基体１２を前記第１図に示す装置の試料台１
３上に載置し、まず放電管１４ａからＣＦ４　＋０２ガ
スを導入して、放電により弗素ガスの活性種であるＦラ
ジカルを生成し、このＦラジカルを容器１１内に導入す
る。そして、このＦラジカルにより、第２図（ｂ）に示
す如く被処理基体１２の８１基板２１の表面に形成され
た自然酸化膜２４をエツチングする。このとき、処理時
間は自然酸化１！２４を除去できればよく、極めて短い
時間でよい。なお、自然酸化膜２４を除去されたのちは
、上記ガスの導入は停止しておく。

次いで、放電管１４ｂにＣλ２ガスを導入し、放電によ
り生成した塩素ガスの活性種であるＣ２ラジカルを容器
１１内に導入する。そして、このＣρラジカルによりＳ
ｉ基板２１の表面を極１かにエツチングする。このエツ
チングにより、８１基板２１の表面を清浄化することが
できる。

次いで、放電管１４ｂにＯｆｆ＋０２ガスを導入し、放
電により生成した活性種を送り込むことにより、第２図
（Ｃ）に示す如＜Ｓ＋基板２１の表面に薄い保護用酸化
膜２５を形成する。これ仁より、Ｓｉｎ板２１の清浄化
表面を安定化することが可能となる。

かくして本実施例方法によれば、まずＦラジカルにより
３ｉ基板２１の表面の自然酸化１１１１４を除去してい
るので、その後に続くＣＣラジカルの導入により３ｉ基
板２１の表面をエツチング処理することができる。即ち
、Ｓｉ基板２１の表面をＦ以外のハロゲン元素の活性種
でエツチングすることができるので、エツチング速度の
制御性が良くなり、適度な表面処理を容易に行うことが
できる。また、ドライ処理であることから、微細な溝内
であっても十分に表面処理することが可能であ。

さらに、活性種を生成する領域を容器１１内とは別に設
けているので、荷電粒子が被処理基体に照射されること
もなく、荷電粒子によるダメージ発生を防止することが
できる。

第３図は本発明の他の実施例方法に使用した表面処理装
置を示す概略構成図である。なお、第１図と同一部分に
は同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

この装置が前記第１図に示した装置と異なる点は、活性
種を生成するための放電部を単一にしたことにある。即
ち、容器１１には１つの放電管１４の一端が接続されて
おり、この放電管１４はマイクロ波電源１５に接続され
た導波管１６にカップリングされている。そして、放電
管１４の他端には、バルブ１９ａ、１９ｂ、１９ｃを介
してＣＦ４ガス、０２ガス、ＣＱ２ガスがそれぞれ供給
されるものとなっている。

このような装置を用いれば、処理の順にバルブを開閉操
作することにより、前記第２図（ａ）〜（Ｃ）に示す如
く被処理基体１２の表面処理を行うことができる。即ち
、まずバルブ１９ａ、１９ｂを開いてＣＦ４　＋０２ガ
スの放電により生成したＦラジカルで自然酸化ｐ！２４
を除去し、バルブ１９ａ、１９ｂを閉じると共にバルブ
１９ｃを開き、Ｃ／１２ガスの放電により生成したＣＪ
２ラジカルによりＳＩＭ板２１の表面をエツチングし、
次いでバルブ１９ｂを開くことにより３ｉ基板２１の清
浄化表面に保護用の酸化Ｂ１２５を形成することができ
る。

このように本実施例方法によっても、Ｆラジカルにより
Ｓｉ基板２１表面の自然酸化膜２４を除去した後、ＣＱ
ラジカルによりＳｉｌ板２１の表面をエツチング処理す
ることができる。従って、先の実施例と同様の効果が得
られる。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるもの
ではない。例えば、前記自然酸化膜を除去するために用
いるガスはＣＦ４　＋０２ガスに限るものではなく、弗
素を含むガスであればよい。

また、Ｓｉ表面を実際にエツチングするガスとしては、
Ｃａ２に限るものではなく、ＣＣ２ｑ　。

ＣＨＣｆｆ３．ＣＨ２Ｃ（１２，ＣＣｊ２１−ｈ等の塩
素を含むガス、さらには弗素以外のハロゲン元素を含む
ガスであればよい。また、活性種を生成する手段として
は、放電に限らず、電子ビーム照射。

光照射或いは熱を用いる方法が考えられる。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に使用した表面処理装置
を示す概略構成図、第２図（ａ）〜（Ｃ）は上記装置を
用いたＳｉの表面処理工程を示す断面図、第３図は他の
実施例方法に使用した表面処理装置を示す概略構成図で
ある。 １１・・・真空容器、１２・・・被処理基体、１３・・
・試料台、１４．１４ａ、　１４ｂ・・・放電管、１５
゜１５ａ、　１．５’ｏ−ｗイクロ波電源、１６．１６
ａ。 １６ｂ・・・導波管、１７・・・排気口、１９ａ、〜。 １９ｃ・・・バルブ、２１・・・Ｓｉ基板、２２・・・
５ｉＱ２マスク、２３・・・溝、２４・・・自然酸化膜
、２５・・・保護用酸化膜。 第２図 第３図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理基体の表面を薄くエッチングして表面処理
   する表面処理方法において、まず弗素を含むガスを励起
   して生成した活性種により被処理基体の表面をエッチン
   グし、次いで弗素以外のハロゲン元素を含むガスを励起
   して生成した活性種により被処理基体の表面をエッチン
   グすることを特徴とする表面処理方法。
2. （２）前記弗素以外のハロゲン元素を含むガスとして塩
   素ガスを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の表面処理方法。
3. （３）前記被処理基体はＳｉであり、その表面に薄い自
   然酸化膜が形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の表面処理方法。
4. （４）前記弗素を含むガスの活性種により前記被処理基
   体の表面酸化膜を除去し、前記弗素以外のハロゲン元素
   を含むガスの活性種により被処理基体自身の表面をエッ
   チングすることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   の表面処理方法。
5. （５）前記ガスを励起して活性種を生成する手段として
   、放電、電子ビーム照射、光照射或いは熱を用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面処理方法
   。
6. （６）前記ガスを励起して活性種を生成する手段として
   、前記被処理基体が配置される領域とは分離された領域
   で上記活性種を生成することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項又は第５項記載の表面処理方法。