DE4107329A1

DE4107329A1 - Verfahren und geraet zum reinigen von halbleitereinrichtungen

Info

Publication number: DE4107329A1
Application number: DE4107329A
Authority: DE
Inventors: Tomoaki Ishida; Kenji Kawai; Moriaki Akazawa; Takahiro Maruyama; Toshiaki Ogawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1991-09-12
Also published as: JPH03261138A; US5474615A; DE4107329C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Halbleitereinrichtungen nach dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1 und auf ein Gerät zum Reinigen von Halbleitereinrich tungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8. Insbeson dere bezieht sich das Verfahren auf das Reinigen von Halblei tereinrichtungen, bei denen Verunreinigungen an den Seitenwän den von Mustern oder Gräben effektiv entfernt werden sollen oder in der Art geändert werden sollen.

In einem Verfahren zum Herstellen von Halbleitereinrichtungen ist ein Schritt des Ätzverfahrens zum Bilden feiner Verbin dungsmuster enthalten. Bei diesem Ätzverfahren wird häufig das Plasmaätzen unter Einsatz eines Plasmas aus reaktivem Gas oder das reaktive Ionenätzen (im folgenden als "RIE" bezeichnet) eingesetzt.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, weist ein Prozeßgerät einen hohlen Container oder Behälter 10 auf. In dem Prozeßbehälter 10 sind eine Hochfrequenzelektrodenplatte 11 und eine Hochfrequenz elektrodenplatte 12, die sich gegenüberstehend vorgesehen sind, enthalten. Eine Ausgangsöffnung 8 zum Ausgeben des Gases in dem Prozeßbehälter 10 zum Einführen eines Vakuums in den Behälter ist in dem unteren Abschnitt des Prozeßbehälters 10 vorgesehen. Eine Gaseinlaßöffnung 7 zum Einlassen eines reak tiven Gases in den Prozeßbehälter 10 ist in dem oberen Ab schnitt des Prozeßbehälters vorgesehen. Ein Ausgang einer Hochfrequenzleistungsquelle 13 ist direkt mit der in dem obe ren Abschnitt vorgesehenen Hochfrequenzelektrodenplatte 11 verbunden. Der andere Ausgang der Hochfrequenzleistungsquelle 13 ist mit der in dem unteren Abschnitt vorgesehenen Hochfre quenzelektrodenplatte 12 durch einen Kondensator 14 verbunden. Ein zu behandelndes Substrat 4 ist auf der in dem unteren Ab schnitt vorgesehenen Hochfrequenzelektrodenplatte 12 angeord net.

Als nächstes wird die Tätigkeit zum Ätzen eines Aluminiumle gierungsfilmes zum Bilden eines Verbindungsmusters unter Be nutzung des oben beschriebenen RIE-Gerätes beschrieben.

Wie in Fig. 8A gezeigt ist, wird ein Siliciumoxidfilm 17 auf einem Halbleitersubstrat 18 gebildet. Ein Aluminiumlegierungs film 16, der ein Verbindungsmuster bilden soll, wird auf dem Siliciumoxidfilm 17 gebildet. Ein Photolackmuster 15 mit einer vorbestimmten Form wird auf dem Aluminiumlegierungsfilm 16 ge bildet.

Das zu behandelnde Substrat 4 wird auf der in dem unteren Ab schnitt vorgesehenen Hochfrequenzelektrodenplatte 12 angeord net, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Als nächstes wird ein chlorar tiges reaktives Gas (z. B. BCl₃, SiCl₄, Cl₂, CCl₄ usw.) in den Prozeßbehälter 10 durch die Gaseinlaßöffnung 7 eingeführt und nach einer gewissen Zeit durch die Auslaßöffnung 8 wieder aus geführt. Bei dieser Tätigkeit wird das Innere des Prozeßbehäl ters 10 auf einem vorbestimmten Druck gehalten. Wenn bei die ser Bedingung die Hochfrequenzleistungsquelle 13 eingeschaltet wird, wird eine Hochfrequenzspannung zwischen der Hochfre quenzelektrodenplatte 11 und der Hochfrequenzelektrodenplatte 12 angelegt. Durch das Anlegen der Hochfrequenzspannung wird ein Plasma des reaktiven Gases vom Chlortyp zwischen der Hoch frequenzelektrodenplatte und der Hochfrequenzelektrodenplatte 12 zum Bilden eines Plasmabereiches 21 in dem Prozeßbehälter 10 gebildet. Wenn die oben beschriebene Bedingung in dem Pro zeßbehälter 10 erreicht ist, ist die Hochfrequenzelektroden platte 12 (auf der das zum behandelnde Substrat 4 angeordnet ist) negativ aufgeladen. Dann wird ein starker elektrischer Feldbereich, der als Hüllen- oder Mantelbereich 22 bezeichnet wird, zwischen dem Plasmabereich 21 und der Hochfrequenzelek trodenplatte 12 gebildet. Die Geschwindigkeit, mit der sich die in dem Plasma reaktiven Ionen abwärts bewegen, wird durch das elektrische Feld dieses Hüllenbereiches beschleunigt, wo durch sie auf die Hochfrequenzelektrodenplatte 12 und auf das zu behandelnde Substrat 4 auftreffen. Wie in Fig. 8B gezeigt ist, wird allmählich der Aluminiumlegierungsfilm 16 durch das Auftreffen der reaktiven Ionen geätzt, wodurch ein Verbin dungsmuster 16a zu dem Zeitpunkt, an dem das Ätzen beendet ist, gebildet wird, wie in Fig. 8C gezeigt ist.

Bei den oben beschriebenen Schritten werden, wie insbesondere in den Fig. 8B und 8C gezeigt ist, abgeschiedene Filme 19, die im wesentlichen aus den Produkten der Ätzreaktion zusammenge setzt sind, auf den Seitenwänden des Verbindungsmusters 18a gebildet. Wenn chlorartige Gase, wie BCl₃, SiCl₄, Cl₂, CCl₄ als reaktive Gase eingesetzt werden, werden abgeschiedene Filme 19, die aus kompliziert zusammengesetzten Aluminiumchlo riden, Kohlenstoff, Silicium usw. bestehen, gebildet. Wenn das zu bildende Substrat 4 bei den in Fig. 8C gezeigten Bedingun gen, d. h. wenn die abgeschiedenen Filme 19 gebildet sind, an der Luft belassen wird, tritt ein ernstes Problem auf. Das liegt daran, daß mit dem einen großen Anteil von Chorverbin dungen enthaltenden abgeschiedenen Film 19 die Chlorverbindun gen mit Feuchtigkeit in der Luft zum Erzeugen von HCl reagie ren. Wenn HCl auf den Seitenwänden des aus Aluminiumlegierung gebildeten Verbindungsmuster 16a gebildet, wird eine Korrosion des Aluminiums erzeugt. Die Geschwindigkeit der Korrosion ist so schnell, daß ein Verbindungsmuster mit einer Breite von einigen µm in einigen Minuten in dem schlimmsten Fall abge schnitten wird. Daher ist es zum Verhindern dieser Korrosion notwendig, ausreichend die an den Seitenwänden des Verbin dungsmusters 16a anhaftenden Chlorverbindungen zu entfernen oder ihre Art in andere Substanzen zu ändern, die keine Korro sion bewirken.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Verhindern von Korrosion der Seitenwände eines Widerstandsmusters beschrieben.

Wie in den Fig. 8C und 7 gezeigt ist, wird nach dem Ätzen das zu behandelnde Substrat 4 nicht sofort herausgenommen und an die Luft gebracht, sondern das Gas in dem Prozeßbehälter 10 wird herausgepumpt. Danach wird Gas vom Fluortyp wie z. B. CF₄ in den Prozeßbehälter 10 durch die Gaseinlaßöffnung 7 einge führt, wodurch ein Plasma auf eine Weise ähnlich wie bei dem Ätzen gebildet wird. Dann werden Fluorionen auf die Oberfläche des zu behandelnden Substrates 4 gerichtet, und das Chlor der Chlorverbindungen, die in den abgeschiedenen Filmen 19 vorhan den sind, wird durch Fluor ersetzt. Sobald das Chlor in den Chlorverbindungen durch Fluor ersetzt ist, erzeugt eine Reak tion mit der Feuchtigkeit in der Luft kein HCl mehr. Folglich wird das Verbindungsmuster daran gehindert zu korrodieren.

Bei diesem Verfahren zum Verhindern der Korrosion der Seiten wände von Verbindungsmustern wurde ebenfalls das mit paral lelen Elektrodenplatten versehene Plasmaprozeßgerät verwandt, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, so daß es schwierig war, direkt reaktive Ionen auf die Seitenwände des Verbindungsmusters 18a zu richten. Der Grund dafür wird als nächstes beschrieben.

Wie in Fig. 3B gezeigt ist, ist der scheinbare Geschwindig keitsvektor 25 der reaktiven Ionen (CF₃⁺) durch die Summe des Geschwindigkeitsvektors 23 der reaktiven Ionen in dem Plasma bereich 21 und des Geschwindigkeitsvektors 24 in dem Hül lenbereich 22 beschleunigten reaktiven Ionen. Während der erstere Geschwindigkeitsvektor 23 eine statistische Richtungs verteilung aufweist, steht der letztere Geschwindigkeitsvektor 24 senkrecht zu dem zu behandelnden Substrat 4. Bei dem RIE ist die Temperatur der Ionen im Plasma niedrig, so daß die er stere Geschwindigkeit sehr viel kleiner ist als die letztere Geschwindigkeit, so daß die reaktiven Ionen senkrecht auf die Oberfläche des zu behandelnden Substrates auftreffen. Daher treffen die Ionen nicht direkt auf die Seitenwände des Verbin dungsmusters 16a auf. Wie in Fig. 8C gezeigt ist, wird das Entfernen oder das Ändern der Art der abgeschiedenen Filme 19 nicht ausreichend ausgeführt, wenn die Ionen (CF₃⁺) nicht di rekt auf die Seitenwände des Verbindungsmusters 16a auftref fen. Daher sind Schwierigkeiten wie das Abschneiden oder Ab trennen von Verbindungsmustern, wie oben beschrieben wurde, aufgetreten.

Als Stand der Technik, der für die vorliegende Erfindung rele vant ist, ist in der japanischen Offenlegungsschrift 63-1 17 426 eine Technik offenbart, die eine Elektronencyclotronresonanz einsetzt zum Erzeugen von ultraviolettem Licht, das zum Reini gen der Oberflächen von zu behandelnden Substraten eingesetzt wird. Dieses Verfahren weist jedoch auch ein Problem auf, daß nämlich die Verunreinigungen, die auf den Seitenwänden eines Verbindungsmusters anhaften, nicht ausreichend entfernt wer den, da ultraviolettes Licht auf das zu behandelnde Substrat gerichtet wird, das nur geradeausgeht. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Reinigen von Halbleiterein richtungen vorzusehen, bei dem Verunreinigungen, die auf den Seitenwänden eines Musters bzw. Verbindungsmusters anhaften oder auf den Seitenwänden einer Mulde oder von Gräben anhaf ten, effektiv zu entfernen oder in ihrer Art zu ändern. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Gerät zum Reinigen von Halbleitereinrichtungen vorzusehen, durch das auf den Seiten wänden eines Musters anhaftende Verunreinigungen effektiv ent fernt oder in ihrer Art geändert werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen von Halbleiterein richtungen ist ein Verfahren zum Entfernen und Ändern der Art von an den Seitenwänden eines Musters oder eines Grabens an haftenden Verunreinigungen zum Lösen der obigen Aufgabe. Dabei wird ein zu behandelndes Substrat, auf dem Muster oder in dem Gräben gebildet sind, in einem Prozeßbehälter angeordnet. In den Prozeßbehälter wird reaktives Gas, das reaktive Ionen er zeugt, die mit den auf den Seitenwänden des Musters oder des Grabens anhaftenden Verunreinigungen reagieren, zum Entfernen der Verunreinigungen oder zum Ändern der Art oder Qualität der Verunreinigungen eingeführt. Das Plasma des reaktiven Gases wird zum Erzeugen von reaktiven Ionen aus dem in den Prozeßbe hälter eingeführten reaktiven Gas durch Elektronencyclotronre sonanz erzeugt.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens zum Reinigen von Halbleitereinrichtungen wird Xenon oder Krypton in den Prozeßbehälter zusammen mit dem obigen reaktiven Gas einge führt. Dann wird durch die obige Elektronencyclotronresonanz Plasma des gemischten Gases aus dem obigen reaktiven Gas und dem obigen Xenon oder Krypton erzeugt.

Das bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte reaktive Gas enthält bevorzugt Verbindungen mit Atomen, die aus der Gruppe gewählt sind, die Fluor, Chlor, Brom oder Jod enthält.

Der Schritt des Erzeugens des Plasmas aus reaktivem Gas durch die Elektronencyclotronresonanz enthält den Schritt des Zufüh rens einer Mikrowelle in den Prozeßbehälter, in den das reak tive Gas eingeführt wird, und den Schritt des Erzeugens eines Magnetfeldes in dem Prozeßbehälter.

Das Gerät zum Reinigen von Halbleitereinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Gerät zum Entfernen der Ver unreinigungen oder des Änderns der Eigenschaften der Verunrei nigungen, die an den Seitenwänden der Muster oder Gräben an haften, auf. Das Reinigungsgerät weist einen Prozeßbehälter zum Aufnehmen eines zu behandelnden Substrates auf, auf dem Muster oder in dem Gräben gebildet sind. In dem Prozeßbehälter ist eine Versorgungsvorrichtung für reaktives Gas zum Versor gen des Prozeßbehälters mit reaktivem Gas, das reaktive Ionen erzeugt, die mit den an den Seitenwänden des Musters oder des Grabens zum Entfernen oder Wandeln der Verunreinigungen rea gieren, vorgesehen. Das Gerät enthält weiterhin eine Vorrich tung zum Erzeugen von Plasma des reaktiven Gases durch Elek tronencyclotronresonanz zum Erzeugen von reaktiven Ionen aus dem in den Prozeßbehälter eingeführten Gases.

Die Vorrichtung zum Erzeugen von Plasma des reaktiven Gases durch Elektronencyclotronresonanz enthält eine Vorrichtung zum Zuführen einer Mikrowelle in den Prozeßbehälter und eine Vor richtung zum Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Prozeßbehäl ter.

Gemäß dem Verfahren zum Reinigen von Halbleitereinrichtungen wird das Plasma des reaktiven Gases durch Elektronencyclotron resonanz erzeugt, so daß die Temperatur der reaktiven Ionen in dem Plasma höher wird im Vergleich mit dem Fall, in dem das Plasma durch ein herkömmliches Plasmaverarbeitungsgerät er zeugt wird, bei dem parallele Elektrodenplatten vorgesehen sind. Dadurch wird eine aktivere Bewegung der reaktiven Ionen in dem Plasma erzeugt. Wie daher in Fig. 3A gezeigt ist, wird der Geschwindigkeitsvektor 23 des reaktiven Ions (CF₃⁺) in dem Plasmabereich 21 größer, wodurch der scheinbare Geschwindig keitsvektor 25 des reaktiven Ions ein Vektor ist, der schräg abwärts zeigt. Daher kann das reaktive Ion direkt auf die Sei tenwände des Musters auftreffen. Als Resultat können die an den Seitenwänden des Musters oder Grabens anhaftenden Verun reinigungen effektiv entfernt oder gewandelt werden.

Da das Reinigungsgerät für Halbleitereinrichtungen eine Ver sorgungsvorrichtung für reaktives Gas zum Zuführen von reakti vem Gas und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Plasma des obi gen reaktiven Gases durch Elektronencyclotronresonanz zum Er zeugen von reaktiven Ionen aus dem reaktiven Gas, das in den Prozeßbehälter eingeführt ist, aufweist, kann das Plasma des reaktiven Gases durch die Elektronencyclotronresonanz erzeugt werden. Folglich kann die Temperatur der reaktiven Ionen in dem Plasma höher gemacht werden im Vergleich mit dem Fall des in einem herkömmlichen Plasmaverarbeitungsgerät erhaltenen Plasma, das parallele Elektronenplatten aufweist, wodurch die Bewegung der reaktiven Ionen in dem Plasma aktiver wird. Daher wird, wie in Fig. 3A gezeigt ist, der Geschwindigkeitsvektor 23 in dem Plasmabereich 21 größer, wodurch der scheinbare Ge schwindigkeitsvektor 25 der reaktiven Ionen ein Vektor ist, der schräg abwärts zeigt. Daher können die Ionen direkt auf die Seitenwände des Musters auftreffen. Als Resultat können die an den Seitenwänden des Musters oder Grabens anhaftende Verunreinigungen effektiv entfernt oder gewandelt werden.

Vorteilhafterweise kann das Reinigen kontinuierlich durchge führt werden, ohne daß die Halbleitersubstrate herausgenommen werden und an die Luft gebracht werden müssen, nachdem sie ge ätzt sind.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungs form eines Gerätes zum Reinigen von Halblei tern;

Fig. 2A-2E Schnittansichten der Schritte zum Bilden ei nes Verbindungsmusters auf einem Halbleiter substrat;

Fig. 3A ein Diagramm der Richtung eines reaktiven Ions, das durch die Elektronencyclotronreso nanz erzeugt ist;

Fig. 3B ein Diagramm der Richtung eines reaktiven Ions, das durch ein RIE-Gerät erzeugt ist;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer anderen Aus führungsform eines Halbleiterherstellungsge rätes;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines anderen zu behan delnden Substrates;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines noch anderen zu be handelnden Substrates;

Fig. 7 eine schematische Ansicht eines vorhandenen Gerätes für reaktives Ionenätzen;

Fig. 8A-8C Schnittansichten von vorhandenen Schritten zum Bilden eines Verbindungsmusters auf einem Halbleitersubstrat;

Fig. 9A ein Diagramm des Verhältnisses der Ionentem peratur und des Gehaltes von Xe (oder Kr), wenn Xe (oder Kr) zu NF₃ addiert werden;

Fig. 9B ein Diagramm des Verhältnisses der Ionentem peratur und des Gehaltes von Xe (oder Kr), wenn Xe (oder Kr) zu HCl addiert wird;

Fig. 9C ein Diagramm des Verhältnisses der Ionentem peratur und des Gehaltes von Xe (oder Kr), wenn Xe (oder Kr) zu HBr addiert wird;

Fig. 9D ein Diagramm des Verhältnisses der Ionentem peratur und des Gehaltes von Xe (oder Kr), wenn Xe (oder Kr) zu HI addiert wird.

Das Reinigungsgerät weist eine Probenkammer 2 zum Aufnehmen eines zu behandelnden Substrates 4 auf. In der Probenkammer 2 ist ein Probenträger 3 vorgesehen, auf dem das zu behandelnde Substrat 4 angeordnet ist. Mit dem oberen Abschnitt der Pro benkammer 2 ist eine Plasmaerzeugerkammer 1 zum Erzeugen eines Plasmas darin verbinden. Eine Mikrowelleneinlaßöffnung 5 ist in dem oberen Abschnitt der Plasmaerzeugerkammer 1 vorgesehen. Eine Mikrowellenquelle 6 ist mit der Mikrowelleneinlaßöffnung 5 über einen Wellenleiter 40 verbunden. Die Mikrowellenquelle 6 ist z. B. ein Magnetron oder ein Klystron. Magnetspulen 9a, 9b zum Erzeugen eines Magnetfeldes in der Plasmaerzeugerkammer 1 sind um die Plasmaerzeugerkammer 1 vorgesehen. Ein Gasein laßrohr 7 ist mit dem oberen Abschnitt der Plasmaerzeugerkam mer 1 verbunden. Eine Bombe oder Behälter 41a, die mit reakti vem Gas gefüllt ist, ist mit dem Gaseinlaßrohr 7 über eine Massenflußsteuerung 42a und ein Ventil 43a verbunden. Eine Bombe oder Behälter 41b, die mit Krypton oder Xenon gefüllt ist, ist ebenfalls mit dem Gaseinlaßrohr 7 über eine Massen flußsteuerung 42b und ein Ventil 43b verbunden. Schließlich ist eine Hilfsbombe oder ein Hilfsbehälter 41c, der mit Fluor, Stickstoff, Wasserstoff oder Ammoniak gefüllt ist, mit dem Gaseinlaßrohr 7 über eine Massenflußsteuerung 41c und ein Ven til 43c verbunden. Eine Auslaßöffnung 8 zum Auslassen von Gas in der Probenkammer 2 ist in dem unteren Abschnitt der Proben kammer 2 vorgesehen.

Als nächstes wird ein Verfahren zum Wandeln der an den Seiten wänden eines Musters anhaftenden Verunreinigungen unter Benut zung des oben beschriebenen Gerätes beschrieben.

Die in den Fig. 2A bis 2C gezeigten Schritte sind die gleichen wie die in den Fig. 8A bis 8C gezeigten Schritte, die zum Bei spiel mit dem in Fig. 7 gezeigten RIE-Gerät ausgeführt werden. Da dieser Prozeß bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8C beschrieben ist, werden die gleichen Bezugszeichen den gleichen oder entsprechenden Abschnitten zugeordnet, und die Beschreibung wird weggelassen.

Wie in Fig. 2C und 1 gezeigt ist, ist das zu behandelnde Sub strat 4, das mit einem Verbindungsmuster 16a versehen ist, auf dessen Seitenwänden abgeschiedene Filme 19 anhaften, auf dem Probenträger 3 getragen. Als nächstes wird das Gas in der Plasmaerzeugerkammer 1 und der Probenkammer 2 ausreichend durch die Auslaßöffnung 8 herausgezogen. Darauffolgend wird das Ventil 43a geöffnet und das reaktive Gas wird in die Plas maerzeugerkammer 1 von dem Behälter 41a für reaktives Gas ein geführt. Gleichzeitig wird das Ventil 43b zum Einführen von Xenon in die Plasmaerzeugerkammer 1 aus dem Behälter 41b ge öffnet. Der eingeführte Betrag von Xenon beträgt ungefähr 25 bis 75% des reaktiven Gases, was im folgenden noch genauer unter Bezugnahme auf die Daten beschrieben wird. Das reaktive Gas ist eine Verbindung mit dem Fluorelement wie z. B. CF₄, SF₆, NF₃, CHF₃. Es kann ebenfalls Krypton anstelle von Xenon eingesetzt werden. Gleichzeitig mit dem Einführen des reakti ven Gases und des Xenons in die Plasmaerzeugerkammer 1 wird das Gas aus der Auslaßöffnung 8 abgesaugt. Durch diese Tätig keit wird das Innere der Plasmaerzeugerkammer 1 und der Pro benkammer 2 auf einem vorbestimmten Druck gehalten (bevorzugt unterhalb 10 Torr). Bei dieser Bedingung wird ein Magnetfeld in der Plasmaerzeugerkammer 1 durch die Magnetspule 9a, 9b er zeugt. Mikrowellen werden in die Plasmaerzeugerkammer 1 durch den Wellenleiter 40 von der Mikrowellenquelle 6 zugeführt. Die Stärke des Magnetfeldes beträgt 875 Gauss zum Beispiel, und dann beträgt die Frequenz der Mikrowelle 2,45 GHz, zum Bei spiel. Auf diese Weise absorbieren die Elektronen des reakti ven Gases Energie von der Mikrowelle, wodurch die Gasmoleküle ionisiert werden. Dieses wird Elektronencyclotronresonanz ge nannt, die ein Plasmagebiet 20 in der Plasmaerzeugerkammer 1 erzeugt. Wenn das reaktive Gas CF₄ ist, werden die folgenden reaktiven Ionen erzeugt:

CF₄ → CF₄⁺+CF₃⁺+F⁺ . . .

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Teile oder Elemente, die mit den Bezugszeichen 4, 21-25 bezeichnet sind, vollständig die gleichen wie die in Fig. 3B beschriebenen, so daß deren Beschreibung nicht wiederholt wird.

Im allgemeinen ist die Temperatur der Ionen in dem durch Elek tronencyclotronresonanz erzeugten Plasma deutlich höher (ungefähr 2 eV) als die der Ionen in dem in einem RIE-Gerät erzeugten Plasma (ungefähr 0,5 eV). Obwohl der Grund dafür noch nicht ganz verstanden ist, erhöht sich die Ionentempera tur weiterhin (ungefähr 4 eV), wenn Krypton oder Xenon in das reaktive Gas gemischt wird. Fig. 9A ist ein Diagramm, das die Beziehung der Ionentemperatur und des Gehalts (in einem Fluß ratenverhältnis ausgedrückt) von Xe (oder Kr) für den Fall zeigt, wenn Xe (oder Kr) zu dem NF₃ hinzugefügt wird. Wie deutlich aus der Figur zu sehen ist, kann erkannt werden, daß die Ionentemperatur steigt, wenn Xe (oder Kr) zu NF₃ hinzuge fügt wird. Aus der Figur kann bestimmt werden, daß das Flußra tenverhältnis von Xe (oder Kr) bevorzugt im Bereich von 25 bis 75% liegt. Die Daten sind unter den Bedingungen eines Gas druckes von 0,5 mTorr, einer Mikrowellenleistung von 400 W er zielt. Wie in den Fig. 9B bis 9D gezeigt ist, sind selbst bei dem Einsatz von HCl, HBr, HI ähnliche Resultate zu erhalten.

Nun wird der scheinbare Geschwindigkeitsvektor 25 eines reak tiven Ions (CF₃⁺) als Summe des Geschwindigkeitsvektors 23 des reaktiven Ions in dem Plasmabereich 21 und des Geschwindig keitsvektors 24, den das in dem Hüllenbereich 22 erzeugte re aktive Ion beschleunigt, erreicht, bestimmt. Wie in Fig. 3B gezeigt ist, ist der Geschwindigkeitsvektor 23 viel kleiner als der Geschwindigkeitsvektor 24, da die Temperatur der reak tiven Ionen in dem Plasma in einem RIE-Gerät gering ist. Folg lich treffen die reaktiven Ionen (CF₃⁺) senkrecht auf die Oberfläche des zu behandelnden Substrates 4 auf.

Dagegen, wie in Fig. 3A gezeigt ist, wird der Geschwindig keitsvektor 23 größer, da die Ionentemperatur der durch Elek tronencyclotronresonanz erzeugten reaktiven Ionen (CF₃⁺) hoch ist. Als Resultat zeigt der scheinbare Geschwindigkeitsvektor 25 (ein Vektor, der durch Addieren der Geschwindigkeitsvekto ren 23 und 24 erhalten wird) des reaktiven Ions (CF₃⁺) schräg abwärts. Folglich können, wie in Fig. 2C gezeigt ist, die re aktiven Ionen (CF₃⁺) auf die Seitenwände des Verbindungsmu sters 16a und des Photolacks 15 auftreffen. Folglich werden, wie in Fig. 2D gezeigt ist, die Chloratome in den abgeschie denen Filmen 19, die auf den Seitenwänden des Verbindungsmu sters 16a und des Photolacks 15 anhaften, effektive durch Fluoratome ersetzt, so daß die abgeschiedenen Filme 19 in der Art oder Qualität geändert werden. Die verwandelten Filme 19 emittieren kein HCl, selbst wenn sie mit Feuchtigkeit in der Luft reagieren, so daß sie nicht das Verbindungsmuster 16a korrodieren.

Darauffolgend wird das zu behandelnde Substrat 4, bezugnehmend auf Fig. 2D und 2E, in ein Veraschungsgerät (nicht gezeigt) gebracht zum Veraschen und Entfernen des Photolacks 15. Da durch wird ein Halbleitersubstrat 18 erhalten, auf dem ein Verbindungsmuster 16a gebildet ist.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Fall be schrieben, in dem der abgeschiedene Film 19 durch Anwendung eines reaktiven Gases vom Fluortyp umgewandelt ist, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der abgeschiedene Film 19 kann ebenfalls durch Ätzen durch ein geeignet ausgewähltes reaktives Gas entfernt werden.

Ebenfalls kann gleichzeitig mit dem Einführen des reaktiven Gases in die Plasmaerzeugerkammer 1 auch O₂, N₂, H₂ oder NH₃ in die Plasmaerzeugerkammer 1 von dem Hilfsbehälter 41c einge führt werden. Das Beimischen von O₂ hat den Effekt, daß der Kohlenstoff in dem abgeschiedenen Film 19 entfernt wird. Das Beimischen von NH₃ hat den Effekt, daß Chlorionen neutrali siert werden. Das Beimischen von N₂, H₂ hat den Effekt, daß ein natürlicher auf dem zu behandelnden Substrat 4 gebildeter Oxidfilm ebenfalls entfernt wird.

In der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Fall be schrieben, in dem eine Ätzkammer und eine Reinigungskammer diskrete Einheiten sind, die in einem Abstand voneinander an geordnet sind. In der oben beschriebenen Ausführungsform wird das zu behandelnde Substrat aus der Ätzkammer herausgenommen und an die Luft gebracht, nachdem ein Aluminiumlegierungsfilm in der Ätzkammer bemustert ist. Darauffolgend wird der Reini gungsprozeß durchgeführt, nachdem das zu behandelnde Substrat in ein Reinigungsgerät gebracht ist. Bei diesem Fall hat es das Problem gegeben, daß der abgeschiedene Film mit Feuchtig keit in der Luft zum Erzeugen von HCl reagiert, wenn das zu behandelnde Substrat an die Luft gebracht ist. Das in Fig. 4 gezeigte Halbleiterherstellungsgerät ist zum Lösen dieses Pro blemes ausgerichtet.

Dieses Halbleiterherstellungsgerät weist eine Reinigungskammer 46 auf. In der Reinigungskammer 46 werden die an den Seiten wänden eines Musters oder eines Grabens anhaftenden Verunrei nigungen entfernt oder verwandelt durch Elektronencyclotronre sonanz, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Eine Vakuumkammer 45, in der ein Vakuum errichtet werden kann, ist mit der Reinigungs kammer 46 verbunden. Eine Ätzkammer 44, in der Ätzen zum Bil den von Mustern oder Gräben darin durchgeführt werden kann, ist mit der Vakuumkammer 45 verbunden. Eine Veraschungskammer 47, in der Photolacke verascht werden können, ist mit der Va kuumkammer 45 verbunden. Eine Transportvorrichtung 48 zum Transportieren des zu behandelnden Substrates ist in einer Va kuumbedingung zwischen der Reinigungskammer 46, der Vakuumkam mer 48, der Ätzkammer 44 und der Veraschungskammer 47 ist in der Vakuumkammer 45 vorgesehen.

Als nächstes wird der Betrieb dieses Gerätes beschrieben.

In der Ätzkammer 44 werden die in Fig. 2A bis 2C gezeigten Reinigungsschritte durchgeführt. Als nächstes wird, wobei Va kuum in der Vakuumkammer 45 gebildet ist, die Transportvor richtung 48 zum Transportieren des zu behandelnden Substrates 4 zu der Vakuumkammer 45 angetrieben und danach zum Führen des zu behandelnden Substrates 4 zu der Reinigungskammer 46. Der in Fig. 2D gezeigte Reinigungsschritt wird in der Reinigungs kammer 46 durchgeführt. Als nächstes wird die Transportvor richtung 48 zum Transportieren des zu behandelnden Substrates 4 zu der Vakuumkammer 45 angetrieben und dann zum Führen des zu behandelnden Substrates 4 zu der Veraschungskammer 47. In der Veraschungskammer 47 wird der in Fig. 2E gezeigte Ver aschungsschritt durchgeführt. Wenn dieses Gerät benutzt wird, kommt das zu behandelnde Substrat 4 nicht in Kontakt mit Luft, wenn es von der Ätzkammer 44 zu der Reinigungskammer 46 bewegt wird. Folglich wird beim Transportieren des zu behandelnden Substrates HCl nicht aus dem abgeschiedenen Film erzeugt.

Bei der oben gezeigten Ausführungsform wird ein Reinigungsver fahren zum Entfernen oder Wandeln von an den Seitenwänden ei nes Verbindungsmusters haftenden Verunreinigungen dargestellt, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es ist möglich, die Erfindung auf ein Verfahren zum Entfernen von an den Seitenwänden eines Grabens anhaftenden Verunreinigungen einzusetzen.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist ein Graben 50 in einem Silici umsubstrat 49 gebildet. Eine Verunreinigung 51, die durch SiCl_x bezeichnet ist, ist auf der Seitenwand des Grabens 50 gebildet. Eine solche Verunreinigung 51 haftet an der Seiten wand des Grabens 50, da ein reaktives Gas vom Halogentyp ein gesetzt ist, wenn ein Graben in einem Siliciumsubstrat 49 ge bildet werden soll. Damit die Verunreinigung 51 entfernt wer den kann, wird das Siliciumsubstrat 49 in das in Fig. 1 ge zeigte Reinigungsgerät gebracht. Darauffolgend wird durch das Ausführen von Elektronencyclotronresonanz unter Einsatz eines reaktiven Gases wie CF₄-Gas die an der Seitenwand des Grabens 50 anhaftende Verunreinigung 51 entfernt, indem sie zu SiF₄ wird. Der Mechanismus ist der gleiche, wie der unter Fig. 3A beschriebene, so daß die Beschreibung hier nicht wiederholt wird.

Die Erfindung kann auch zum Entfernen von an der Seitenwand eines Grabens wie in Fig. 6 gezeigt anhaftenden Verunreinigun gen benutzt werden (in diesem Fall also ein Durchgangsloch). Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist eine erste Aluminiumverbin dungsschicht 53 auf einem Substrat 52 gebildet. Ein SiO₂-Film 54 ist auf der ersten Aluminiumverbindungsschicht 53 gebildet. Ein Durchgangsloch 55 zum Freilegen eines Teiles der Oberflä che der ersten Aluminiumverbindungsschicht 54 ist in dem SiO₂- Film 54 gebildet. Wenn das Durchgangsloch 55 gebildet wird, haften Verunreinigungen 56 an der Seitenwand des Durchgangslo ches 55. Zum Entfernen der Verunreinigung 56 wird das Substrat 52 in das in Fig. 1 gezeigte Reinigungsgerät gebracht. Darauf folgend wird durch Ausführen von Elektronencyclotronresonanz unter Einsatz eines reaktiven Gases wie CF₄ die an der Seiten wand des Durchgangsloches 55 haftende Verunreinigung 56 ätz entfernt.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Fall darge stellt, in dem eine Verbindung mit Fluoratomen als reaktives Gas benutzt ist, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Es können auch Verbindungen benutzt werden, die Chloratome enthalten, Verbindungen, die Bromatome enthalten, oder Verbin dungen, die Jodatome enthalten.

Wie oben beschrieben ist, wird das Plasma des reaktiven Gases durch Elektronencyclotronresonanz erzeugt, so daß die Tempera tur der reaktiven Ionen in dem Plasma höher ist im Vergleich mit dem des Plasmas, das in einer Plasmaerzeugereinrichtung erzeugt ist, in der parallele Elektrodenplatten vorgesehen sind. Folglich wird die Bewegung der reaktiven Ionen in dem Plasma heftiger. Daher wird der Anteil des Geschwindigkeits vektors in die parallele Richtung zu dem Substrat der reakti ven Ionen größer, dadurch wird es möglich, die an den Seiten wänden der Muster oder Gräben anhaftenden Verunreinigungen effektiv zu entfernen oder zu verwandeln.

Claims

1. Verfahren zum Reinigen von Halbleitereinrichtungen zum Ent fernen und Umwandeln von an einer Seitenwand eines Musters (16a) oder eines Grabens (50, 55) anhaftenden Verunreinigungen (19, 51, 56) mit den Schritten:
Anordnen eines zu behandelnden Substrates (4), auf dem das Muster (16a) oder in dem der Graben (50, 55) gebildet ist, in einem Prozeßbehälter (1, 2) und
Einführen eines reaktiven Gases, das mit den an der Seitenwand des Musters (16a) oder des Grabens (50, 55) anhaftenden Verun reinigungen (50, 51, 56) zum Erzeugen von die Verunreinigungen (19, 51, 56) entfernenden oder umwandelnden reaktiven Ionen reagiert, in den Prozeßbehälter (1, 2), gekennzeichnet durch
Erzeugen eines Plasmas des reaktiven Gases durch Elektronen cyclotronresonanz zum Erzeugen der reaktiven Ionen aus dem in dem Prozeßbehälter (1, 2) eingeführten reaktiven Gas.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Xenon zusammen mit dem reaktiven Gas in den Prozeßbehälter (1, 2) eingeführt wird und daß ein Plasma aus einem Gasgemisch aus dem reaktiven Gas und Xenon durch die Elektronencyclotronresonanz gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Krypton zusammen mit dem reaktiven Gas in den Prozeßbehälter (1, 2) eingeführt wird und daß ein Plasma aus einem Gasgemisch aus dem reaktiven Gas und Krypton durch die Elektronencyclotronresonanz gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußratenverhältnis von Xenon bzw. Krypton in dem Gasgemisch 25 bis 75% beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Gas ein Gas mit Ato men enthält, die aus der Gruppe gewählt werden, die aus Fluor, Chlor, Brom und Jod besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas, das aus der Gruppe ge wählt wird, die aus Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Ammoniak besteht, in das reaktive Gas gemischt wird und daß ein Plasma dieses Gasgemisches durch die Elektronencyclo tronresonanz gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen des Plasmas des reak tiven Gases durch die Elektronencyclotronresonanz die Schritte aufweist:
Zuführen von Mikrowellen in den Prozeßbehälter (1, 2), in den das reaktive Gas eingeführt wird, und
Erzeugen eines Magnetfeldes in dem Prozeßbehälter (1, 2).

8. Gerät zum Reinigen von Halbleitereinrichtungen, mit dem auf einer Seitenwand eines Musters (16a) oder eines Grabens (50, 55) anhaftende Verunreinigungen entfernt oder umgewandelt wer den, mit:
einem Prozeßbehälter (1, 2) zum Aufnehmen eines zu behandeln den Substrates (4), auf dem das Muster 16a oder in dem der Graben (50, 55) gebildet ist, und
eine mit dem Prozeßbehälter (1, 2) verbundene Versorgungsein richtung (7) für ein reaktives Gas zum Zuführen des reaktiven Gases, das mit den auf der Seitenwand des Musters (16a) oder des Grabens (50, 55) anhaftenden Verunreinigungen (19, 51, 56) reagiert, in den Prozeßbehälter (1, 2) zum Erzeugen von die Verunreinigungen (19, 51, 56) entfernende oder umwandelnde re aktive Ionen, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (6, 9a, 9b) zum Erzeugen eines Plasmas des reaktiven Gases durch Elektronencyclotronresonanz zum Erzeugen der reaktiven Ionen aus dem in den Prozeßbehälter (1, 2) ein geführten Gas.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaerzeugereinrichtung auf weist:
eine Einrichtung (6, 40) zum Einführen von Mikrowellen in den Prozeßbehälter (1, 2) und
eine Einrichtung (9a, 9b) zum Erzeugen eines Magnetfeldes in den Prozeßbehälter (1, 2).

10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungseinrichtung (7) für reaktives Gas eine Einrichtung (41a, 42a, 43a) zum Zuführen eines Gases aufweist, das Atome enthält, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus Fluor, Chlor, Brom und Jod besteht.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch:
eine mit dem Prozeßbehälter (46) verbundene Vakuumkammer (45), in der ein Vakuum gebildet werden kann;
eine mit der Vakuumkammer (45) verbundene Ätzkammer (44), in der Ätzen zum Bilden des Musters oder des Grabens ausgeführt wird; und
eine Transportvorrichtung (48) zum Transportieren des zu be handelnden Substrates (4) zwischen dem Prozeßbehälter (46), der Vakuumkammer (45) und der Ätzkammer (44).

12. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine mit dem Prozeßbehälter (1, 2) ver bundene Einrichtung (41b, 42b, 43b) zum Einführen von Xenon oder Krypton in den Prozeßbehälter (1, 2).

13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine mit dem Prozeßbehälter (1, 2) ver bundene Einrichtung (41c, 42c, 43c) zum Einführen eines Hilfs gases, das aus der Gruppe gewählt ist, die Sauerstoff, Stick stoff, Wasserstoff und Ammoniak enthält, in den Prozeßbehälter (1, 2).