JP2000150479A - Method and device for plasma process - Google Patents

Method and device for plasma process

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JP2000150479A JP10321978A JP32197898A JP2000150479A JP 2000150479 A JP2000150479 A JP 2000150479A JP 10321978 A JP10321978 A JP 10321978A JP 32197898 A JP32197898 A JP 32197898A JP 2000150479 A JP2000150479 A JP 2000150479A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress static damage to obtain for good electric contact by supplying hydrogen ion group in such state as the negative ion amount of hydrogen is more than the positive ion amount of it to a body to be processed for plasma processing with the inside surface of the groove of the body. SOLUTION: Hydrogen of a gas containing hydrogen atom is introduced into a plasma generating chamber 3 through a process gas introducing opening 4, and a current is allowed to flow a filament 2 so that low pressure arc discharge is caused. A bias means 14 applies a positive bias to an object W which is to be processed to increase the amount of negative ion (density) near the surface (a surface to be processed) of the object W. The low-release energy electron which occupies large part of energy distribution is pulled back to the surface to be processed while a high release energy electron is not pulled back. The electrified charge due to the high release energy electron is canceled with a negative ion. Thus, the damage to the body to be processed under electrification is prevented, for good surface process such as cleaning, and hydrogen termination, etc.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理体の表面を
処理する為のプラズマ処理装置及び処理方法に関し、特
にイオンを用いて、被処理体表面の表面処理を行う処理
装置及び処理方法の技術分野に属する。また、本発明
は、半導体製造プロセスにおける配線(電極)形成工程
の中で、コンタクトホール等の溝内部や導電体からなる
被処理面を負イオンを用いて表面処理した後、溝内部や
導電体の被処理面上に導電体を堆積させる半導体装置の
製造方法の技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a processing method for processing a surface of an object to be processed, and more particularly to a plasma processing apparatus and a processing method for performing surface processing on the surface of an object using ions. Belongs to the technical field. Further, in the present invention, in a wiring (electrode) forming step in a semiconductor manufacturing process, after the inside of a groove such as a contact hole or a surface to be processed made of a conductor is subjected to surface treatment using negative ions, the inside of the groove or the conductor is The present invention belongs to the technical field of a semiconductor device manufacturing method for depositing a conductor on a surface to be processed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のプラズマエッチングなどの表面処
理においては、主に正イオンを利用してきた。
2. Description of the Related Art In a conventional surface treatment such as plasma etching, positive ions are mainly used.

【0003】図18は、従来使われてきた平行平板型プ
ラズマ処理装置の断面を示している。図18において、
201は高周波電源、202は高周波電力が印加される
電極を兼ねる支持手段、Wは半導体基板、ISはイオン
シース、PMはプラズマ、206は真空容器、205は
接地された対向電極、203はプロセスガス導入口、2
04は排気口を示している。この装置では、支持手段2
02に高周波を印加すると、基板に平行に設置された対
向電極との間にプラズマPMが発生する。この時、プラ
ズマと支持手段202との間およびプラズマと真空容器
206との間には、プラズマ中のイオンと電子の易動度
の差によりイオンシースISと呼ばれる、電子の欠乏し
た領域が発生し、電極に対してプラズマは平均して正の
電位となる。高周波を印加している支持手段202で
は、接地している対向電極205に比べてプラズマに対
する電位差が大きく、最大で数百Vとなることもある。
このようなシースの電位にプラズマ内の正イオンが加速
されて、基板Wに、ある一定のエネルギーを持って入射
する。この正イオンを利用して、基体表面のエッチング
およびクリーニングを行う。これまで、半導体製造プロ
セスでは、上記の通り正イオンのみが利用され、負イオ
ンはほとんど利用されていなかった。しかし最近になっ
て、負性原子を含むプロセスプラズマ中での負イオンが
注目され、負イオンを利用したプラズマ処理方法がこれ
までにいくつか提案されている。
FIG. 18 shows a cross section of a conventionally used parallel plate type plasma processing apparatus. In FIG.
201 is a high-frequency power supply, 202 is a supporting means also serving as an electrode to which high-frequency power is applied, W is a semiconductor substrate, IS is an ion sheath, PM is plasma, 206 is a vacuum vessel, 205 is a grounded counter electrode, and 203 is a process gas. Inlet 2
04 indicates an exhaust port. In this device, the support means 2
When a high frequency is applied to 02, plasma PM is generated between it and a counter electrode provided in parallel with the substrate. At this time, an electron-deficient region called an ion sheath IS is generated between the plasma and the support means 202 and between the plasma and the vacuum vessel 206 due to a difference in mobility between ions and electrons in the plasma. On the other hand, the plasma has an average positive potential with respect to the electrode. In the supporting means 202 to which a high frequency is applied, the potential difference with respect to the plasma is larger than that of the counter electrode 205 which is grounded, and may be several hundred volts at the maximum.
Positive ions in the plasma are accelerated by such a potential of the sheath, and enter the substrate W with a certain energy. Using the positive ions, etching and cleaning of the substrate surface are performed. Heretofore, in the semiconductor manufacturing process, only positive ions have been used as described above, and negative ions have hardly been used. However, recently, attention has been paid to negative ions in a process plasma containing negative atoms, and several plasma processing methods using negative ions have been proposed.

【0004】例えば、特開平8-181125号公報には、基体
の帯電を防止すべく、酸素のアフターグロープラズマを
利用して、正イオンと負イオンを基体表面に交互照射す
るプラズマエッチング処理が記載されている。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-181125 describes a plasma etching process in which positive and negative ions are alternately irradiated on the surface of a substrate using oxygen afterglow plasma in order to prevent charging of the substrate. Have been.

【0005】また、特開平9―82689号公報には、
イオンのような荷電粒子を用いずに、中性活性粒子によ
って基体を処理するプラズマ処理装置がされている。同
様に、文献Mizutani,T. and Nishimatsu,S. , "Sputter
ing Yield and Radiation Damage by Neutral Beam Bom
bardment," J. Vac. Sci. & Technol. , Vol. A6,p141
7,(1988)にも、中性粒子によるプラズマ処理が記されて
いる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82689 discloses that
2. Description of the Related Art There is a plasma processing apparatus that treats a substrate with neutral active particles without using charged particles such as ions. Similarly, Mizutani, T. and Nishimatsu, S., "Sputter
ing Yield and Radiation Damage by Neutral Beam Bom
bardment, "J. Vac. Sci. & Technol., Vol. A6, p141
7, (1988) also describes a plasma treatment with neutral particles.

【0006】更に、特開平7―122539号公報に
は、水素を解離吸着させた酸化シリコンに20eV以下
のフッ素の負イオンのイオンビームを供給し、酸化シリ
コンをエッチングする表面処理方法が記されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-122539 describes a surface treatment method for etching silicon oxide by supplying an ion beam of negative ions of fluorine of 20 eV or less to silicon oxide to which hydrogen has been dissociated and adsorbed. I have.

【0007】そして、プラズマエッチングだけではな
く、プラズマクリーニング処理も、半導体装置の製造工
程にも適用されている。半導体装置において、基板の表
面側に形成された不純物拡散層と金属配線層との間を絶
縁層に設けられたコンタクトホールを介して接続する場
合、コンタクトホールのアスペクト比(深さ/開口寸
法)は1をはるかに越えるようになっている。そのため
コンタクトホール内に配線用金属膜を形成する方法とし
て、スパッタ法から、アスペクト比が2以上となっても
コンタクトホールを埋め込める方法として、化学気相成
長法(CVD法)が使用されはじめている。CVD法によ
る微細コンタクト孔への金属の埋め込みは、タングステ
ン、アルミニウム、銅、金等で様々な検討が為されてい
る。これらのうち、アルミニウムについては、DMAH(ジ
メチルアルミニウムハイドライド)と水素を用いた熱CV
D法により、高品質な膜質と高い成膜速度が達成されて
おり、タングステンに次ぐコンタクト孔の埋め込み材料
として、注目を集めている。
[0007] In addition to the plasma etching, a plasma cleaning process is also applied to a semiconductor device manufacturing process. In a semiconductor device, when an impurity diffusion layer formed on the front surface side of a substrate and a metal wiring layer are connected via a contact hole provided in an insulating layer, the aspect ratio of the contact hole (depth / opening dimension). Is much more than one. Therefore, as a method of forming a metal film for wiring in a contact hole, a chemical vapor deposition (CVD) method has begun to be used as a method of embedding a contact hole even when the aspect ratio becomes 2 or more from a sputtering method. . Various studies have been made on embedding a metal in a fine contact hole by a CVD method using tungsten, aluminum, copper, gold and the like. Of these, for aluminum, thermal CV using DMAH (dimethyl aluminum hydride) and hydrogen
A high quality film quality and a high film formation rate have been achieved by the D method, and are attracting attention as a material for filling contact holes next to tungsten.

【0008】CVD法によるアルミニウム配線形成プロセ
スは、以下の様に行われる。まず、ドライエッチングに
より絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、コンタク
トホール内部及び絶縁膜表面を含めた基体表面全体に、
バリアメタルと呼ばれる窒化チタン等の下地導電膜を形
成する。次に、バリアメタルの表面の汚染物質(例えば
窒化チタンのバリアメタルの場合は、酸化チタン)を除
去する目的で、プラズマを用いたクリーニングを行い、
更に、基体を真空中に保持したままでCVD室に搬送し、D
MAHと水素を用いてアルミニウム膜を堆積する。
The aluminum wiring forming process by the CVD method is performed as follows. First, after forming a contact hole in the insulating film by dry etching, the entire surface of the base including the inside of the contact hole and the surface of the insulating film,
A base conductive film such as titanium nitride called a barrier metal is formed. Next, in order to remove contaminants on the surface of the barrier metal (for example, in the case of a titanium nitride barrier metal, titanium oxide), cleaning using plasma is performed.
Further, the substrate is transferred to the CVD chamber while being held in a vacuum,
An aluminum film is deposited using MAH and hydrogen.

【0009】ここで、アルミニウムを堆積する前のプラ
ズマクリーニングとしては、アルゴン等の不活性ガスプ
ラズマを用いてバリアメタル表面をスパッタリングする
方法や、塩素等のハロゲンガスプラズマを用いてバリア
メタル表面をエッチングする方法(特開平7-226387号公
報参照)、及び水素プラズマを用いてバリアメタル表面
の自然酸化膜を還元し除去する方法(特開平8-298288号
公報参照)が知られている。
Here, as plasma cleaning before depositing aluminum, a method of sputtering the barrier metal surface using an inert gas plasma such as argon or etching the barrier metal surface using a halogen gas plasma such as chlorine is used. (See JP-A-7-226387) and a method of reducing and removing a natural oxide film on the barrier metal surface using hydrogen plasma (see JP-A-8-298288).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従来用いられてきた正
イオンによる処理では、処理中に被処理体表面に正電荷
が蓄積し、被処理体の表面電位が高い正電位に帯電して
しまう。中性粒子を用いたとしても、被処理体に入射す
る中性粒子のエネルギー衝撃による二次電子の放出が同
様に起こるため、被処理体表面はやはり正に帯電してし
まう。正負イオンの交互照射にしても、正イオンのみに
よる処理に比べれば帯電の程度は軽いものの、正イオン
入射による2次電子放出がなくなる訳ではないので、被
処理面はやはり高い正電位に帯電してしまう。
In the conventional treatment using positive ions, positive charges are accumulated on the surface of the object to be treated during the treatment, and the surface potential of the object is charged to a high positive potential. Even when the neutral particles are used, secondary electrons are similarly emitted due to the energy impact of the neutral particles incident on the object, so that the surface of the object is still positively charged. Even with the alternating irradiation of positive and negative ions, although the degree of charging is lighter than that of the treatment using only positive ions, the surface to be processed is still charged to a high positive potential since secondary electron emission due to the incidence of positive ions is not eliminated. Would.

【0011】また、導電体表面のクリーニングにおいて
は、引き続き堆積されるアルミニウム等の金属の特性や
下地導電体の特性を考慮すると、酸素負イオンでは、酸
化物を十分除去できないし、ハロゲンの負イオンでは、
残留ハロゲンによる導電体の腐蝕を防止する新たな工夫
が必要になる。水素を用いたとしても、従来のプラズマ
処理では、水素の正イオンを主体とする処理であるた
め、上述した帯電の問題が生じる。
In cleaning the surface of the conductor, taking into account the properties of a metal such as aluminum which is subsequently deposited and the properties of the underlying conductor, oxide negative ions cannot sufficiently remove oxides and halogen negative ions. Then
A new measure is required to prevent corrosion of the conductor due to residual halogen. Even if hydrogen is used, the conventional plasma processing is a processing mainly using positive ions of hydrogen, and thus causes the above-described charging problem.

【0012】特に、被処理面が溝を有する場合(表面に
エッチングパターン等による凹凸がある場合)には、溝
の形状異状や溝内のクリーニング不良が生じることが多
い。
In particular, when the surface to be processed has a groove (when the surface has irregularities due to an etching pattern or the like), irregularities in the shape of the groove and poor cleaning in the groove often occur.

【0013】このように、従来の方法では帯電による損
傷(チャージアップダメージ)が生じてしまう。
As described above, in the conventional method, damage due to charging (charge-up damage) occurs.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、帯電に
よる損傷が抑止され、被処理面を良好な状態に表面処理
できるプラズマ処理装置、処理方法を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a processing method capable of suppressing damage due to charging and capable of performing a good surface treatment on a surface to be treated.

【0015】本発明の別の目的は、導電体を堆積する前
の導電体からなる被処理面または溝内部の表面処理を行
う際に、帯電による損傷が抑止され、良好な電気的接触
状態が得られる半導体装置の製造方法を提供することが
できる。
Another object of the present invention is to prevent damage due to electrification when performing a surface treatment on a surface to be processed or an inside of a groove made of a conductor before depositing the conductor, and to obtain a good electrical contact state. A method for manufacturing the obtained semiconductor device can be provided.

【0016】本発明のプラズマ処理装置は、真空容器
と、該真空容器内に被処理体を支持する為の支持手段
と、該真空容器内にガスを導入する為のガス導入手段
と、該ガスのプラズマを発生させる為のプラズマ発生手
段とを有するプラズマ処理装置において、該プラズマか
ら水素負イオンを該被処理体に向けて優先的に引き出す
引き出し手段を有し、水素の負イオン量が水素の正イオ
ン量より多い状態の水素イオン群を該被処理体に供給し
て該被処理体の溝の内面をプラズマ処理することを特徴
とする。
The plasma processing apparatus according to the present invention comprises: a vacuum vessel; support means for supporting an object to be processed in the vacuum vessel; gas introducing means for introducing a gas into the vacuum vessel; A plasma generating apparatus having plasma generating means for generating plasma of the plasma processing apparatus, comprising: extracting means for preferentially extracting hydrogen negative ions from the plasma toward the object to be processed; The method is characterized in that a group of hydrogen ions in a state larger than the amount of positive ions is supplied to the object to be processed, and the inner surface of the groove of the object is subjected to plasma processing.

【0017】また、真空容器と、該真空容器内に被処理
体を支持する為の支持手段と、該真空容器内にガスを導
入する為のガス導入手段と、該ガスのプラズマを発生さ
せる為のプラズマ発生手段とを有する処理装置におい
て、水素負イオンを生成すべく、該プラズマ発生手段に
より生成された水素ラジカル及び又は水素正イオンに接
触するように設けられた金属部材を有し、水素の負イオ
ン量が水素の正イオン量より多い状態の水素イオン群を
該被処理体に供給して該被処理基体の溝の内面を処理す
ることを特徴とする。
[0017] Further, a vacuum vessel, supporting means for supporting an object to be processed in the vacuum vessel, gas introducing means for introducing a gas into the vacuum vessel, and generating plasma of the gas. And a metal member provided in contact with hydrogen radicals and / or hydrogen positive ions generated by the plasma generating means to generate hydrogen negative ions, The method is characterized in that a group of hydrogen ions in which the amount of negative ions is larger than the amount of positive ions of hydrogen is supplied to the object to be processed, and the inner surface of the groove of the object to be processed is processed.

【0018】そして、真空容器と、該真空容器内に被処
理体を支持する為の支持手段と、該真空容器内にガスを
導入するガス導入手段と、を有する処理装置において、
該ガス導入手段により導入されたガスから水素イオンを
生成する水素イオン生成手段を有し、水素の負イオン量
が水素の正イオン量より多い状態の水素イオン群を該被
処理体に供給して該被処理体の溝の内面を処理すること
を特徴とする。
The processing apparatus includes a vacuum vessel, support means for supporting the object to be processed in the vacuum vessel, and gas introducing means for introducing gas into the vacuum vessel.
A hydrogen ion generating means for generating hydrogen ions from the gas introduced by the gas introducing means, and supplying a hydrogen ion group in a state where the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen to the object to be processed. The inner surface of the groove of the object is processed.

【0019】本発明の処理方法は、導電体からなる被処
理面の処理方法において、前記被処理面を水素の負イオ
ン量が水素の正イオン量より多い状態の水素イオン群に
晒す工程を含むことを特徴とする。
The processing method according to the present invention, in the method for processing a surface to be processed made of a conductor, includes a step of exposing the surface to be processed to a group of hydrogen ions in which the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen. It is characterized by the following.

【0020】本発明の半導体装置の製造方法は、基板上
に設けられた絶縁膜に形成された溝の内面をクリーニン
グするクリーニング工程と、該溝内に配線用導電体を堆
積する工程を含む半導体装置の製造方法において、クリ
ーニング工程は、水素の負イオン量が水素の正イオン量
より多い状態の水素イオン群を前記溝内に供給して処理
を行う工程を含むことを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a cleaning step of cleaning an inner surface of a groove formed in an insulating film provided on a substrate, and a step of depositing a wiring conductor in the groove. In the method for manufacturing an apparatus, the cleaning step includes a step of performing processing by supplying a hydrogen ion group in which the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen into the groove.

【0021】また、導電体からなる被処理面を表面処理
する表面処理工程と、表面処理された該被処理面上に導
電体を堆積する堆積工程を含む半導体装置の製造方法に
おいて、前記表面処理工程は、前記被処理面を水素の負
イオン量が水素の正イオン量より多い状態の水素イオン
群に晒す工程を含むことを特徴とする。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device, the method further comprises a surface treatment step of performing a surface treatment on a surface to be treated made of a conductor, and a deposition step of depositing a conductor on the surface-treated surface to be treated. The step includes exposing the surface to be treated to a group of hydrogen ions in which the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】(処理装置)図1は本発明の一実
施の形態によるプラズマ処理装置を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Processing Apparatus) FIG. 1 shows a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【0023】図1において、プラズマ発生手段として、
直流電源1、フィラメント2が設けられている。3は真
空容器内のプラズマ発生室であり、そこがプラズマ発生
空間となる。4は水素ガス等のプロセスガス導入口、5は
真空容器内の処理室であり、溝を有する被処理体Wの処
理空間となる。9は排気口である。10は必要に応じて
設けられる絶縁板、11は被処理体を真空容器内に支持す
る支持手段としての支持台、12、13は、それぞれ必要
に応じて設けられるプラズマ閉込めのためのマルチポー
ル型永久磁石及び磁気フィルタを示している。14は被
処理体Wの表面(被処理面)近傍での負イオンの量(密
度)を高める為に、被処理体Wに正のバイアスを印加す
るためのバイアス手段である。図1ではプラズマ発生室3
と処理室5を同一の真空容器内に設け、排気口9から、
真空ポンプ(不図示)で排気しているが、高いプラズマ
密度と最適な被処理基体の処理を同時に実現するため
に、プラズマ発生室3と処理室5を別の真空ポンプで排気
しても良い。
In FIG. 1, as plasma generating means,
A DC power supply 1 and a filament 2 are provided. Reference numeral 3 denotes a plasma generation chamber in a vacuum vessel, which is a plasma generation space. Reference numeral 4 denotes an inlet for a process gas such as hydrogen gas, and reference numeral 5 denotes a processing chamber in a vacuum vessel, which serves as a processing space for the processing target W having a groove. 9 is an exhaust port. Reference numeral 10 denotes an insulating plate provided as needed, reference numeral 11 denotes a support base as a support means for supporting the object to be processed in the vacuum vessel, and reference numerals 12 and 13 denote multipoles for plasma confinement provided respectively as necessary. 1 shows a permanent magnet and a magnetic filter. Reference numeral 14 denotes a bias unit for applying a positive bias to the object W to increase the amount (density) of negative ions near the surface (object surface) of the object W. In Fig. 1, the plasma generation chamber 3
And the processing chamber 5 are provided in the same vacuum vessel, and from the exhaust port 9,
Although the air is evacuated by a vacuum pump (not shown), the plasma generation chamber 3 and the processing chamber 5 may be evacuated by different vacuum pumps in order to simultaneously realize high plasma density and optimal processing of the substrate to be processed. .

【0024】プロセスガス導入口4よりプラズマ発生室3
内に水素又は水素原子を含むガスを導入して圧力を例え
ば、1Pa〜7Pa程度に設定し、フィラメント2に電
流を流すことにより低圧アーク放電を起こす。
Plasma generation chamber 3 from process gas inlet 4
A gas containing hydrogen or a hydrogen atom is introduced therein, the pressure is set to, for example, about 1 Pa to 7 Pa, and a current flows through the filament 2 to cause a low-pressure arc discharge.

【0025】水素負イオン生成のメカニズムの詳細につ
いては、特開平7―142020号公報や、文献Journa
l of Physics B Vol.12 (1979) p3441に記述されてい
る。上記文献によれば、水素負イオンの反応式は以下の
通りである。
For details of the mechanism of hydrogen negative ion generation, see Japanese Patent Application Laid-Open No.
l of Physics B Vol. 12 (1979) p3441. According to the above literature, the reaction formula of the hydrogen negative ion is as follows.

【0026】H3 ++e-→H-+H2 + [0026] H 3 + + e - → H - + H 2 +

【0027】図2に示すように、この文献によると、上
記付着解離反応の断面積は、電子温度(電子エネルギ
ー)が8eV付近でピークを持っている。通常の半導体製
造プロセスに使われるプラズマでは、電子温度は2eV
〜5eVである事から、負イオンの効率的な生成のために
は、この電子温度より高い電子温度のプラズマ、例えば
電子温度が6eV〜9eV程度のプラズマが必要であ
る。
As shown in FIG. 2, according to this document, the cross-sectional area of the above-mentioned attachment / dissociation reaction has a peak at an electron temperature (electron energy) of about 8 eV. In a plasma used in a normal semiconductor manufacturing process, the electron temperature is 2 eV
Since it is 55 eV, a plasma having an electron temperature higher than this electron temperature, for example, a plasma having an electron temperature of about 6 eV to 9 eV is required for efficient generation of negative ions.

【0028】負イオン入射により放出される2次電子の
エネルギー分布をみると、1eV〜2eVにピークがあ
り、それより高いエネルギーの電子は急激に減少する。
よって、エネルギー分布の多くを占める低放出エネルギ
ーの電子は被処理面に引き戻され、高放出エネルギーの
電子は引き戻されない。しかし、高放出エネルギーの電
子による帯電電荷は負イオンと相殺される。これらの電
荷バランスから被処理体の表面電位は非常に低い値で飽
和し定常状態となる。よって、負イオンの量(負イオン
密度)が正イオンの量(正イオン密度)より多い状態の
水素イオン群により、表面処理することが重要である。
この場合は勿論100%負イオンの群を照射してもよ
い。
Looking at the energy distribution of secondary electrons emitted by the incidence of negative ions, there is a peak at 1 eV to 2 eV, and electrons with higher energies sharply decrease.
Therefore, electrons of low emission energy that occupy most of the energy distribution are returned to the surface to be processed, and electrons of high emission energy are not returned. However, the charged charges due to the high emission energy electrons are offset by the negative ions. From these charge balances, the surface potential of the object to be processed is saturated at a very low value and becomes a steady state. Therefore, it is important to perform surface treatment with a group of hydrogen ions in which the amount of negative ions (negative ion density) is larger than the amount of positive ions (positive ion density).
In this case, of course, a group of 100% negative ions may be irradiated.

【0029】特に、負イオンの入射エネルギーが10e
V以上あれば引き戻されない二次電子が確実に放出され
るため、負への帯電は妨げられる。また、入射エネルギ
ーが数十eV以上となり、二次電子の放出数が2個以上
となった場合でも、正に帯電した被処理基体に電子が引
き戻される効果が働くため、表面電位は結局+5〜+8
Vとなり安定する。20eV以上のエネルギーでも上記
帯電抑制効果は失われることはない。
In particular, when the incident energy of the negative ions is 10 e
If the voltage is equal to or higher than V, secondary electrons that are not pulled back are reliably emitted, so that negative charging is prevented. Further, even when the incident energy becomes several tens of eV or more and the number of emitted secondary electrons becomes two or more, the effect that the electrons are pulled back to the positively charged substrate to be processed is exerted. +8
It becomes V and becomes stable. Even with an energy of 20 eV or more, the above-described charge suppressing effect is not lost.

【0030】また負イオンのこれ以外の利点として、負
イオンが入射した被処理体表面の温度が正イオンに比べ
て低いという点がある。これは、正イオンが中性原子に
戻る反応は17eVの発熱反応であるのに対し、負イオンが
中性原子に戻る反応は3eVの吸熱反応であることに起因
している。この結果、負イオンが被処理体に入射して
も、イオン入射点近傍での局所的な表面温度が正イオン
入射の時と比べて低くなり、基体に対する熱的なダメー
ジ(例えば結晶の乱れなど)が小さくなる。以上のよう
に、負イオンを用いることにより、被処理体表面の帯電
が少なく、ゲート酸化膜の静電破壊やイオンの曲がりに
よる形状異常のない、また、被処理体に対する熱的なダ
メージが少ない、良好な表面処理が実現できる。
Another advantage of the negative ions is that the temperature of the surface of the object to which the negative ions are incident is lower than that of the positive ions. This is because the reaction of returning positive ions to neutral atoms is an exothermic reaction of 17 eV, while the reaction of returning negative ions to neutral atoms is an endothermic reaction of 3 eV. As a result, even if negative ions are incident on the object, the local surface temperature near the ion incident point is lower than when positive ions are incident, and thermal damage to the substrate (for example, disorder of the crystal, etc.) ) Becomes smaller. As described above, by using negative ions, the surface of the object to be processed is less charged, there is no shape abnormality due to electrostatic breakdown of the gate oxide film and bending of the ions, and there is less thermal damage to the object to be processed. And good surface treatment can be realized.

【0031】図1では、フィラメントに直流を流すタイ
プの低圧アーク放電を図示したが、高周波を印加するこ
とによっても、同様のアーク放電を生成することができ
る。アーク放電以外の、電力を狭い空間に集中的に投入
する放電形式としては、例えば低圧力で大きな電力を投
入したECR放電プラズマや、スロットアンテナやラジア
ルラインスロットアンテナ(RLSA)等のアンテナを
用いたマイクロ波放電プラズマなどが考えられる。これ
らを用いた場合には、一般的なグロー放電の時の条件と
は異なるところの電子温度が6eV〜9eV程度になる
ような放電条件を選ぶ必要がある。
FIG. 1 shows a low-pressure arc discharge of a type in which a direct current flows through a filament, but a similar arc discharge can be generated by applying a high frequency. Other than arc discharge, as a discharge type for intensively supplying power to a narrow space, for example, an ECR discharge plasma in which large power is supplied at a low pressure, or an antenna such as a slot antenna or a radial line slot antenna (RLSA) is used. Microwave discharge plasma and the like are conceivable. In the case where these are used, it is necessary to select discharge conditions such that the electron temperature, which is different from the general glow discharge conditions, is about 6 eV to 9 eV.

【0032】また、放電中に電子を解離しやすい原子を
添加することにより、電子密度が増加し、前記反応がよ
り一層促進されると考えられる。電子を解離しやすい原
子としては、例えばセシウム(Cs)、ルビジウム(R
b)などのアルカリ金属又は、バリウム(Ba)、スト
ロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)などのアルカ
リ土類金属である。
It is also considered that the addition of atoms that easily dissociate electrons during discharge increases the electron density and further promotes the reaction. Examples of atoms that can easily dissociate electrons include cesium (Cs) and rubidium (R
b) and alkaline earth metals such as barium (Ba), strontium (Sr) and calcium (Ca).

【0033】図1に示した、アーク放電によるプラズマ
は、フィラメント2近傍に局在して発生するプラズマで
あり、大面積の基体の場合には単一のフィラメントでは
処理の均一性が劣る場合がある。この場合は、フィラメ
ントを複数個設置すればよい。
The plasma generated by the arc discharge shown in FIG. 1 is a plasma generated locally near the filament 2. In the case of a substrate having a large area, the processing uniformity may be poor with a single filament. is there. In this case, a plurality of filaments may be provided.

【0034】アーク放電を用いた方法では、負イオン以
外にも、多量の熱電子がフィラメントより放出される。
負イオンと電子の両方が含まれるプラズマ中より電子を
取り除くため、プラズマ発生室3と処理室5との間に、
磁気フィルタ113を設置することが望ましい。
In the method using arc discharge, a large amount of thermoelectrons are emitted from the filament in addition to negative ions.
In order to remove electrons from the plasma containing both negative ions and electrons, between the plasma generation chamber 3 and the processing chamber 5,
It is desirable to provide a magnetic filter 113.

【0035】以上の構造の装置を用いて処理を行った場
合には、中性ラジカルの排除を意図的には行っていない
ので、被処理基体には負イオン以外に中性ラジカルも入
射する。しかし、入射するラジカルの運動エネルギーは
非常に低いため、被処理基体表面に付着するのみで、自
発的な反応によるクリーニング効果はほとんど期待でき
ない。しかし、水素が吸着した表面にエネルギーを持っ
た負イオンが入射すると、所謂イオンアシスト反応が起
こり、負イオンだけが入射する時よりも、反応速度が増
速されると考えられる。即ち、中性ラジカルの存在は、
クリーニング速度の増速と言うメリットはあるものの、
デメリットはほとんどないため、意図的な排除を行う必
要はない。
When processing is performed using the apparatus having the above structure, neutral radicals are incident on the substrate to be processed in addition to negative ions because neutral radicals are not intentionally eliminated. However, since the kinetic energy of the incident radical is very low, the radical only adheres to the surface of the substrate to be treated, and a cleaning effect by a spontaneous reaction cannot be expected. However, when negative ions having energy are incident on the surface where hydrogen is adsorbed, a so-called ion assist reaction occurs, and the reaction speed is considered to be faster than when only negative ions are incident. That is, the presence of a neutral radical
Although there is an advantage of increasing the cleaning speed,
There are few disadvantages, so there is no need to intentionally eliminate them.

【0036】プラズマ発生室3より下流の処理室5内に
配置された被処理体Wの表面近傍では、バイアス電圧の
作用により、水素負イオンの量(密度)が水素正イオン
の量(密度)より十分大きい。
In the vicinity of the surface of the processing object W disposed in the processing chamber 5 downstream of the plasma generation chamber 3, the amount (density) of hydrogen negative ions is reduced by the action of a bias voltage. Bigger than enough.

【0037】バイアス電圧を+50V〜+200V、よ
り好ましくは+80V〜+200V程度とすると正イオ
ンの密度の100倍以上の密度をもつ負イオンが得られ
る。負イオンの密度は市販の4重極質量分析器等で測定
できる。
When the bias voltage is set to about +50 V to +200 V, more preferably about +80 V to +200 V, negative ions having a density 100 times or more the density of positive ions can be obtained. The density of the negative ions can be measured with a commercially available quadrupole mass analyzer or the like.

【0038】こうして得られた負イオンが正イオンより
多い状態のイオンで被処理面を処理すると帯電のない良
好な表面処理が行われる。とりわけ、水素負イオンによ
る導電体からなる被処理面のクリーニング又は水素終端
化処理、水素負イオンによる溝内面のクリーニング又は
水素終端化処理等に好適である。
When the surface to be treated is treated with ions having a larger amount of negative ions than positive ions, a favorable surface treatment without charge is performed. In particular, it is suitable for cleaning or hydrogen terminating the surface to be processed made of a conductor with negative hydrogen ions, cleaning or hydrogen terminating the inner surface of the groove with negative hydrogen ions.

【0039】図3は別の実施の形態によるプラズマ処理
装置を示している。図3の処理装置は、負イオンをプラ
ズマ発生室から引き出す為の手段として、溝を有する被
処理体Wをバイアスする代わりに、グリッド電極8をプ
ラズマ発生室と被処理体Wとの間に設け、電源15によ
りグリッド電極8に正の直流バイアスを印加して、グリ
ッド電極を正の電位に保持するように構成されている。
グリッド電極に印加される電圧として、+20V〜+2
00V、より好ましくは+80V〜+200V程度を選
ぶと、正イオンの100倍以上の密度の負イオンが容易
に得られる。本形態の装置は、負イオンの引き出し手段
の構成以外は、図1に示したものと同じ構成になってい
る。
FIG. 3 shows a plasma processing apparatus according to another embodiment. In the processing apparatus of FIG. 3, as a means for extracting negative ions from the plasma generation chamber, a grid electrode 8 is provided between the plasma generation chamber and the processing target W instead of biasing the processing target W having a groove. The power supply 15 applies a positive DC bias to the grid electrode 8 to maintain the grid electrode at a positive potential.
As a voltage applied to the grid electrode, +20 V to +2
When 00V, more preferably about + 80V to + 200V is selected, negative ions having a density of 100 times or more of positive ions can be easily obtained. The apparatus of this embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 1 except for the configuration of the negative ion extracting means.

【0040】図4は、本発明の更に別の実施の形態によ
るプラズマ処理装置を示す。図4の処理装置は、負イオ
ンをプラズマ発生室から引き出す為の手段として、被処
理体Wをバイアスするとともに、第1の予備グリッド
6、第2の予備グリッド7及びグリッド電極8をプラズ
マ発生室3と被処理体Wとの間に設け、電源15により
第1及び第2のグリッド6、7とグリッド電極8に正の直
流バイアスを印加して、各グリッドを正の電位に保持す
るように構成されている。本形態の装置は、負イオンの
引き出し手段の構成以外は、図1に示したものと同じ構
成になっている。
FIG. 4 shows a plasma processing apparatus according to still another embodiment of the present invention. The processing apparatus of FIG. 4 biases the object W to be processed and extracts the first preliminary grid 6, the second preliminary grid 7, and the grid electrode 8 as means for extracting negative ions from the plasma generation chamber. A positive DC bias is applied to the first and second grids 6 and 7 and the grid electrode 8 by the power supply 15 so as to maintain each grid at a positive potential. It is configured. The apparatus of this embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 1 except for the configuration of the negative ion extracting means.

【0041】以上のようにして生成された、負イオンを
多量に含むプラズマより負イオンを取り出すために、更
に、第一、第二のグリッド6、7にそれぞれにV1,V2の直
流正電圧を印加し、その電圧はV2>V1>Vp>0となるように
する。ここでVpはプラズマポテンシャルであり、通常は
数Vの値を示す。このようなグリッド電極の配置によ
り、負イオンはV2-Vp(eV)に加速され、2枚のグリッドに
対して垂直方向に引き出される。V1,V2の値を調整する
ことにより、負イオンのエネルギーを任意に調整するこ
とが可能である。中性粒子を利用するプラズマ処理装置
で、例えば特開平9-82689号公報にも同様にプラズマ下
流に2枚のグリッドを有する構造が示されているが、中
性粒子を取り出すためには2枚のグリッドのうち一方に
正の電位を、他方に負の電位を与えるのに対し、負イオ
ンを取り出すためには、複数のグリッドに全て正の電位
を与えるという点で異なっている。また図4では負イオ
ン引き出し用として予備グッドを2枚を設置する例を示
したが、予備グリッドは1枚でもよい。
In order to extract negative ions from the plasma containing a large amount of negative ions generated as described above, DC positive voltages V1 and V2 are further applied to the first and second grids 6 and 7, respectively. And V2>V1>Vp> 0. Here, Vp is a plasma potential and usually indicates a value of several volts. With such a grid electrode arrangement, negative ions are accelerated to V2−Vp (eV) and are extracted in a direction perpendicular to the two grids. By adjusting the values of V1 and V2, the energy of the negative ions can be arbitrarily adjusted. In a plasma processing apparatus using neutral particles, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82689 also shows a structure having two grids downstream of the plasma in the same manner. The difference is that a positive potential is applied to one of the grids and a negative potential is applied to the other grid, whereas a positive potential is applied to a plurality of grids in order to extract negative ions. FIG. 4 shows an example in which two spares are provided for extracting negative ions. However, one spare grid may be provided.

【0042】また、支持台の直前に配されたグリッド電
極8は、ここでは二次電子捕獲用の電極としても働く。
支持台11とグリッド電極8にそれぞれ直流電圧Vs,V3
を印加し、V3>Vs>0となるように電圧値を設定する。以
上のようにして、プラズマ中より引き出された負イオン
は、Vs-Vp(eV)のエネルギーを持って、被処理体Wに入
射する。また、被処理体Wの表面より放出された二次電
子は、V3-Vsの電位に加速されて二次電子捕獲用のグリ
ッド電極8に捕獲され、被処理体Wの表面に過剰の負の
電荷がたまるのを防止する。V3,Vsの電位を調整するこ
とにより、被処理体Wへの負イオンの入射エネルギーお
よび被処理体表面からの二次電子放出量を任意に調整す
ることが可能である。
The grid electrode 8 disposed immediately before the support also functions as a secondary electron capture electrode here.
DC voltages Vs and V3 are applied to the support 11 and the grid electrode 8, respectively.
And set the voltage value so that V3>Vs> 0. As described above, the negative ions extracted from the plasma have an energy of Vs-Vp (eV) and enter the workpiece W. The secondary electrons emitted from the surface of the object W are accelerated to the potential V3-Vs and are captured by the grid electrode 8 for capturing secondary electrons. Prevent charge build up. By adjusting the potentials of V3 and Vs, it is possible to arbitrarily adjust the incident energy of negative ions to the object W and the amount of secondary electrons emitted from the surface of the object.

【0043】よって、図4の装置から2つの予備グリッ
ド6、7を取り除いた装置になるように、図4の装置を
変更することもできる。
Therefore, the apparatus shown in FIG. 4 can be modified so that the apparatus shown in FIG. 4 is obtained by removing the two spare grids 6 and 7.

【0044】また、比較的耐圧の低いゲート絶縁膜をも
つトランジスタが形成された被処理体を処理する場合、
支持台11上に直接被処理体9を設置すると、被処理体9の
表面に蓄積した負電荷がゲート酸化膜を通して支持台11
に流れ込み、結果としてゲート酸化膜破壊をもたらすこ
ともある。これを防止するため、支持台11と被処理体W
の間に絶縁性の板10を設置するとよい。板10の材質とし
ては、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなど
が考えられるが、絶縁性であり且つプラズマ耐性が高い
性質を有している材料は全て適用することが可能であ
る。
In the case of processing an object on which a transistor having a gate insulating film having a relatively low withstand voltage is formed,
When the object 9 is placed directly on the support 11, the negative charges accumulated on the surface of the object 9 are transferred through the gate oxide film to the support 11.
And may result in gate oxide breakdown. In order to prevent this, the support base 11 and the workpiece W
Preferably, an insulating plate 10 is provided between them. As a material of the plate 10, for example, aluminum oxide, aluminum nitride, or the like can be considered. However, any material having an insulating property and high plasma resistance can be used.

【0045】図5は本発明の別の実施の形態による処理
装置を示す。この装置では水素ラジカルのような中性活
性種を金属部材に接触させることにより水素負イオン大
量に発生させるものである。この装置では、中性粒子が
金属表面に接触した際に、金属中の自由電子を中性粒子
が受け取るという、所謂電荷交換反応による負イオン生
成の原理を採用している。図5 において、21はマイク
ロ波電源、3はプラズマ発生室、24は輸送管、4はプロ
セスガス導入口、5は処理室、25は金属板、6は第一の予
備グリッド、7は第二の予備グリッド、8はグリッド電
極、10は絶縁板、11は支持台を表わしている。
FIG. 5 shows a processing apparatus according to another embodiment of the present invention. In this apparatus, a large amount of hydrogen negative ions are generated by bringing a neutral active species such as a hydrogen radical into contact with a metal member. This device employs the principle of generating negative ions by a so-called charge exchange reaction, in which when neutral particles come into contact with the metal surface, the neutral particles receive free electrons in the metal. In FIG. 5, 21 is a microwave power supply, 3 is a plasma generation chamber, 24 is a transport pipe, 4 is a process gas inlet, 5 is a processing chamber, 25 is a metal plate, 6 is a first spare grid, and 7 is a second grid. , 8 denotes a grid electrode, 10 denotes an insulating plate, and 11 denotes a support.

【0046】まず、ガス導入口4よりプラズマ発生室3中
に水素又は水素原子を含むガスを導入し、マイクロ波電
源21によりマイクロ波を供給してプラズマを発生させ
る。ここで、プラズマの発生方法は、平行平板型、ICP
型、マグネトロン型、ECR型、ヘリコン波型、表面波
型、平板マルチスロットアンテナによる表面波干渉型、
RLSA型の何れでも良いが、下流である処理室5に拡
散させる際のプラズマ密度の減少を考えると、プラズマ
密度は可能な限り高い方が良い。次に、プラズマ発生室
3で発生した水素ラジカルを、輸送管24を介して処理室5
に輸送する。一方、マイクロ波放電により発生した水素
正イオンも電子との再結合で輸送途中に消滅し、水素活
性種の大半は中性活性種となる。次に、処理室5内に、
金属部材25を設置する。この金属部材25の材質は、電荷
交換反応確率が金属表面の仕事関数が低いほど高くなる
ことを考慮すると、セシウム、ルビジウムといったアル
カリ金属又はバリウム、カルシウム、ストロンチウムと
いったアルカリ土類金属のような仕事関数の小さい材料
により、少なくとも表面が構成されるとよい。また、プ
ラズマに晒され高温になることによる金属部材25の腐食
を防止するため、冷却水などの冷媒による冷却が必要で
ある。
First, a gas containing hydrogen or a hydrogen atom is introduced into the plasma generation chamber 3 from the gas inlet 4, and a microwave is supplied from the microwave power supply 21 to generate plasma. Here, the plasma generation method is parallel plate type, ICP
Type, magnetron type, ECR type, helicon wave type, surface wave type, surface wave interference type with flat multi-slot antenna,
Any type of the RLSA type may be used, but considering the reduction in plasma density when diffusing into the processing chamber 5 downstream, the plasma density is preferably as high as possible. Next, the plasma generation chamber
The hydrogen radicals generated in 3 are transferred to the processing chamber 5 through the transport pipe 24.
Transport to On the other hand, hydrogen positive ions generated by microwave discharge also disappear during transport due to recombination with electrons, and most of the hydrogen active species are neutral active species. Next, in the processing chamber 5,
The metal member 25 is installed. Considering that the material of the metal member 25 has a higher charge exchange reaction probability as the work function of the metal surface is lower, the work function of an alkali metal such as cesium and rubidium or an alkali earth metal such as barium, calcium and strontium is considered. It is preferable that at least the surface is made of a material having a small size. Further, in order to prevent the metal member 25 from being corroded due to being exposed to the plasma and becoming high in temperature, it is necessary to cool with a coolant such as cooling water.

【0047】負イオンが発生する過程は次の通りであ
る。輸送管24を通って処理室5に到達した中性活性種が
金属板25表面に接触すると、金属中の自由電子を粒子が
受け取る、所謂電荷交換反応が起こり、中性活性種は負
イオンへと転換される。この時、金属部材25に負の電位
Vp(Vp<0)を与えれば、電荷交換反応の効率を改善するこ
ともできる。
The process of generating negative ions is as follows. When the neutral active species reaching the processing chamber 5 through the transport pipe 24 comes into contact with the surface of the metal plate 25, the particles receive free electrons in the metal, a so-called charge exchange reaction occurs, and the neutral active species is converted to negative ions. Is converted. At this time, a negative potential is applied to the metal member 25.
By giving Vp (Vp <0), the efficiency of the charge exchange reaction can be improved.

【0048】図6 は、本実施の形態に好適に用いられ
る金属部材を示している。水素負イオンの生成は金属部
材25表面での電荷交換反応を利用することから、金属部
材の構造は、可能な限り表面積が大きい方が望ましく、
例えば、この図6に示すように微細な穴31を多数、金属
部材25に空けた形状が好適な形状の一例として挙げられ
る。32は水等の冷媒を流す為の冷媒入口、33は冷媒
出口である。
FIG. 6 shows a metal member suitably used in the present embodiment. Since the generation of hydrogen negative ions utilizes a charge exchange reaction on the surface of the metal member 25, the structure of the metal member preferably has a surface area as large as possible.
For example, as shown in FIG. 6, a shape in which a number of fine holes 31 are formed in the metal member 25 is an example of a suitable shape. 32 is a refrigerant inlet for flowing a refrigerant such as water, and 33 is a refrigerant outlet.

【0049】また、中性活性種を負イオンへ転換するだ
けでなく、正イオンと金属部材とを用いても電荷交換反
応により負イオンを生成することができる。その場合
は、発生したプラズマを長距離輸送する必要はなく、プ
ラズマ発生領域の近傍に金属部材を設置すれば良い。ま
た、金属部材25に負の電位Vp(Vp<0)を与え、正イオン
を金属板に積極的に引き込むことで、電荷交換反応の効
率をさらに改善することもできる。
In addition to converting a neutral active species into a negative ion, a negative ion can be generated by a charge exchange reaction using a positive ion and a metal member. In that case, it is not necessary to transport the generated plasma over a long distance, and a metal member may be provided near the plasma generation region. Further, by applying a negative potential Vp (Vp <0) to the metal member 25 and positively attracting positive ions to the metal plate, the efficiency of the charge exchange reaction can be further improved.

【0050】(処理方法)本発明の一実施の形態による
導電体からなる被処理面の処理方法は、被処理面を水素
の負イオン量が水素の正イオン量より多い状態の水素イ
オンに晒す工程を含むことを特徴とする。図7は、本実
施の形態による処理方法を示している。被処理体50
は、図1、図3乃至図5に示した装置を用いて処理さ
れ、導電体からなる被処理面SFを有する被処理体50
上の自然酸化膜等の異物は、水素負イオンにより還元さ
れ除去される。
(Treatment Method) In a method of treating a surface to be processed made of a conductor according to an embodiment of the present invention, the surface to be processed is exposed to hydrogen ions in a state where the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen. It is characterized by including a step. FIG. 7 shows a processing method according to the present embodiment. Workpiece 50
Is processed using the apparatus shown in FIGS. 1 and 3 to 5 and has a processing target surface 50 made of a conductor.
Foreign matter such as the upper native oxide film is reduced and removed by hydrogen negative ions.

【0051】上述した本発明の処理方法によれば、帯電
による損傷を抑えながら、導電体表面に付着している自
然酸化膜、ホトレジスト残さ等の有機物、等の異物を除
去し表面を清浄化することができる。
According to the above-described treatment method of the present invention, foreign substances such as a natural oxide film and organic substances such as photoresist residues attached to the surface of the conductor are removed and the surface is cleaned while suppressing damage due to charging. be able to.

【0052】本発明に用いられる導電体からなる被処理
面を有する被処理体としては、シリコン(Si)、アル
ミニウム(Al)、銅(Cu)を主成分とする導電体
(勿論、純Si、純Al、純Cuを含む)自体で構成さ
れた基体がある。又は、そうした導電体の膜が、絶縁性
基材、導電性基材、半導体基材等の基材の表面全面或い
は表面の一部に形成された基体であってもよい。導電体
としては、上記Si、Al、Cu以外にTi,V,C
r,Co,Ni,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Pd,
Hf,Ta,W,Ir,Ptのような遷移金属から選択
される少なくともいずれか一種を含む導電体であっても
よい。導電体の具体例は、N型或いはP型にドープされ
た多結晶シリコン(ドープされたシリコンは物性的には
半導体であるが、機能上導電体とみなせるため)、Al
Cu、AlSi、AlSiCu、AlGe、AlSiG
e、AlCuGe、CuGe、AlTi、AlSiT
i、TiN、TiSi、TiSiN、AlCr、CoS
i、NiSi、MoSi、AlPd、TaN、TaS
i、TaSiN、TiW、TaW、WN、PtSiであ
る。これらは化学量論比を満足するものでも、満足しな
い組成のものであってもよい。
The object to be treated having a surface to be treated made of a conductor used in the present invention includes a conductor containing silicon (Si), aluminum (Al) and copper (Cu) as main components (of course, pure Si, (Including pure Al and pure Cu) itself. Alternatively, such a conductor film may be a substrate formed on the entire surface or a part of the surface of a substrate such as an insulating substrate, a conductive substrate, and a semiconductor substrate. As the conductor, other than Si, Al, and Cu, Ti, V, C
r, Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Pd,
The conductor may include at least one selected from transition metals such as Hf, Ta, W, Ir, and Pt. Specific examples of the conductor include N-type or P-type doped polycrystalline silicon (doped silicon is a semiconductor physically, but can be regarded as a conductor in function), Al
Cu, AlSi, AlSiCu, AlGe, AlSiG
e, AlCuGe, CuGe, AlTi, AlSiT
i, TiN, TiSi, TiSiN, AlCr, CoS
i, NiSi, MoSi, AlPd, TaN, TaS
i, TaSiN, TiW, TaW, WN, and PtSi. These may have a stoichiometric ratio or may have a composition that does not.

【0053】より具体的には、トレンチが形成されたS
iウエハ,ゲート電極パターンが形成されたSiウエハ
やガラス基板や石英基板,コンタクトホールやスルーホ
ールが形成された絶縁膜を有するSiウエハやガラス基
板や石英基板,金属配線やバリアメタルが形成されたS
iウエハやガラス基板や石英基板,ダマシンプロセス用
の溝が形成されたSiウエハやガラス基板や石英基板,
等である。更には、光学薄膜が形成された石英や蛍石や
ガラス、表面に凹凸が形成された回折格子用の石英や蛍
石やガラス,等の光学部品にも本発明は適用可能であ
る。
More specifically, the S in which the trench is formed
i-wafer, Si wafer or glass substrate or quartz substrate with gate electrode pattern formed, Si wafer or glass substrate or quartz substrate with insulating film formed with contact holes or through holes, metal wiring or barrier metal formed S
i-wafer, glass substrate, quartz substrate, Si wafer, glass substrate, quartz substrate with grooves for damascene process,
And so on. Further, the present invention can be applied to optical components such as quartz, fluorite, and glass on which an optical thin film is formed, and quartz, fluorite, and glass for a diffraction grating having an uneven surface.

【0054】更に、本発明の別の実施の形態による表面
処理方法は、導電体からなる被処理面を表面処理する表
面処理工程と、表面処理された該被処理面上に導電体を
堆積する堆積工程を含む半導体装置の製造方法に適用す
ることができる。この場合は、前述した実施の形態によ
り処理された導電体からなる被処理面上に、更に導電体
を堆積すればよい。この場合は、下地導電体と同じもの
を堆積してもよいし、異なるものであってもよい。
Further, in a surface treatment method according to another embodiment of the present invention, a surface treatment step of surface-treating a surface to be treated made of a conductor, and depositing a conductor on the surface-treated surface to be treated. The present invention can be applied to a semiconductor device manufacturing method including a deposition step. In this case, the conductor may be further deposited on the surface to be processed made of the conductor processed according to the above-described embodiment. In this case, the same material as the underlying conductor may be deposited or may be different.

【0055】図8は、導電体の層51の表面SFを水素
負イオンにより表面処理した後、被処理面SF上に導電
体の層52を形成した装置を示している。本実施の形態
によれば、帯電による損傷なく電気的接触が良好な積層
導電体が得られる。
FIG. 8 shows an apparatus in which the surface SF of the conductor layer 51 is surface-treated with hydrogen negative ions, and then the conductor layer 52 is formed on the surface SF to be processed. According to the present embodiment, a laminated conductor with good electrical contact without damage due to charging can be obtained.

【0056】また、本発明の一実施の形態による半導体
装置の製造方法は、基板上の設けられた絶縁膜に形成さ
れた溝の内面をクリーニングするクリーニング工程と、
該溝内に配線用導電体を堆積する工程を含み、クリーニ
ング工程は、水素の負イオン量が水素の正イオン量より
多い状態の水素イオンを前記溝内に供給して処理を行う
工程を含むことを特徴とする。
Further, the method of manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a cleaning step of cleaning an inner surface of a groove formed in an insulating film provided on a substrate;
A step of depositing a wiring conductor in the groove; and a step of supplying hydrogen ions in a state where the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen into the groove to perform processing. It is characterized by the following.

【0057】図9は、溝としての開孔が形成された絶縁
膜を有する基板を水素負イオンにて表面処理した後、別
の導電体を形成する方法を示している。
FIG. 9 shows a method of forming another conductor after subjecting a substrate having an insulating film in which openings as grooves are formed to surface treatment with negative hydrogen ions.

【0058】先ず、シリコンウエハ等の基体60の一部
にバリアメタル61を形成し、その上に酸化シリコン等
の絶縁膜62を形成する。反応性イオンエッチング等に
よりコンタクトホール、スルーホール、ビアホールと呼
ばれる開孔63を形成する。(工程S1)
First, a barrier metal 61 is formed on a part of a substrate 60 such as a silicon wafer, and an insulating film 62 such as silicon oxide is formed thereon. Openings 63 called contact holes, through holes, and via holes are formed by reactive ion etching or the like. (Step S1)

【0059】次に、図1、図3〜5に示した装置を用い
て、開孔63から露出したバリアメタル61の被処理面
SFを水素負イオンによりクリーニングする。この時開
孔63の側面や絶縁膜62の上面もクリーニングされ
る。(工程S2)
Next, the surface to be processed SF of the barrier metal 61 exposed from the opening 63 is cleaned with negative hydrogen ions using the apparatus shown in FIGS. At this time, the side surface of the opening 63 and the upper surface of the insulating film 62 are also cleaned. (Step S2)

【0060】そして、配線用の導電体64をCVD法等
により開孔63内及び絶縁膜62上面に堆積する。(工
程S3)
Then, a conductor 64 for wiring is deposited in the opening 63 and on the upper surface of the insulating film 62 by a CVD method or the like. (Step S3)

【0061】本実施の形態によれば、帯電による損傷が
抑制され、且つバリアメタル表面が清浄化されるので、
導電体64とバリアメタルとの電気的接触が良くなり、
配線の高抵抗化を抑制できる。
According to the present embodiment, damage due to charging is suppressed, and the surface of the barrier metal is cleaned.
The electrical contact between the conductor 64 and the barrier metal is improved,
High resistance of the wiring can be suppressed.

【0062】本実施の形態においては、絶縁膜62の形
成及び開孔63の形成後にバリアメタル61を形成して
もよい。この場合は、開孔形成後、露出した底面を窒化
処理したり、シリサイド化すればよい。
In the present embodiment, the barrier metal 61 may be formed after the formation of the insulating film 62 and the formation of the opening 63. In this case, after the opening is formed, the exposed bottom surface may be nitrided or silicided.

【0063】また、配線用の導電体64は、CVD法等
によりW、Al、Cu、Au等の導電体を開孔内に選択
堆積した後、CVD法やスパッタリング法により開孔内
に堆積した導電体と絶縁膜62の上に再び導電体を堆積
するという、2工程で形成することもできる。或いは、
少なくとも開孔63内に導電体を堆積した後、化学機械
研磨(CMP)により絶縁膜62の上面レベルまで不要
な導電体の研磨除去を行い開孔内に導電体を形成した
後、再びCVD法やスパッタリング法により導電体を形
成してもよい。
The conductor 64 for wiring is formed by selectively depositing a conductor such as W, Al, Cu, Au or the like in the opening by a CVD method or the like, and then depositing in the opening by a CVD method or a sputtering method. It can also be formed in two steps of depositing a conductor again on the conductor and the insulating film 62. Or,
After depositing a conductor at least in the opening 63, unnecessary conductors are polished and removed to the upper surface level of the insulating film 62 by chemical mechanical polishing (CMP) to form a conductor in the opening, and then the CVD method is performed again. Alternatively, the conductor may be formed by a sputtering method.

【0064】図10は、本発明の別の実施の形態による
半導体装置の製造方法、即ち、溝としての開孔が形成さ
れた絶縁膜を有する基板を水素負イオンにて表面処理し
た後、別の導電体を形成する別の方法を示している。
FIG. 10 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. That is, after a substrate having an insulating film in which an opening as a groove is formed is subjected to a surface treatment with hydrogen negative ions, 5 shows another method of forming the conductor of FIG.

【0065】先ず、シリコンウエハ等の基体60に拡散
層及び/又は第1のバリアメタルからなる層65を形成
し、その上に酸化シリコン等の絶縁膜62を形成する。
反応性イオンエッチング等によりコンタクトホール、ス
ルーホール、ビアホールと呼ばれる開孔63を形成す
る。そして、開孔内面及び絶縁膜62上面に第2のバリ
アメタル66をCVD法又はスパッタリング法等により
形成する(工程S11)
First, a diffusion layer and / or a layer 65 made of a first barrier metal is formed on a substrate 60 such as a silicon wafer, and an insulating film 62 such as silicon oxide is formed thereon.
Openings 63 called contact holes, through holes, and via holes are formed by reactive ion etching or the like. Then, a second barrier metal 66 is formed on the inner surface of the opening and the upper surface of the insulating film 62 by a CVD method, a sputtering method, or the like (step S11).

【0066】次に、図1、図3〜5に示した装置を用い
て、開孔63内及び絶縁膜62上のバリアメタル66の
被処理面SFを水素負イオンによりクリーニングする。
(工程S12)
Next, using the apparatus shown in FIG. 1 and FIGS. 3 to 5, the processing surface SF of the barrier metal 66 in the opening 63 and on the insulating film 62 is cleaned with hydrogen negative ions.
(Step S12)

【0067】そして、配線用の導電体64をCVD法や
スパッタリング等によりバリアメタル66上に堆積す
る。(工程S13)
Then, a conductor 64 for wiring is deposited on the barrier metal 66 by a CVD method, sputtering or the like. (Step S13)

【0068】本実施の形態によれば、バリアメタル表面
が清浄化されるので、導電体64とバリアメタル66と
の電気的接触が良くなり、配線の高抵抗化を抑制でき
る。
According to the present embodiment, since the surface of the barrier metal is cleaned, the electrical contact between the conductor 64 and the barrier metal 66 is improved, and the increase in the resistance of the wiring can be suppressed.

【0069】本実施の形態においては、絶縁膜62の形
成及び開孔63の形成後に層65を形成してもよい。こ
の場合は、開孔形成後、露出した底面にP型又はN型ド
ーパントを拡散させたり、底面を窒化処理したり、底面
をシリサイド化すればよい。
In this embodiment, the layer 65 may be formed after the formation of the insulating film 62 and the formation of the opening 63. In this case, after the opening is formed, the P-type or N-type dopant may be diffused into the exposed bottom surface, the bottom surface may be nitrided, or the bottom surface may be silicided.

【0070】また、配線用の導電体64は、CVD法に
よりW、Al、Cu、Au等の導電体(CVD導電体)
をバリアメタル66上に薄く堆積した後、スパッタリン
グ法によりCVD導電体上に再度導電体を堆積し、必要
に応じてリフローすることにより、形成することもでき
る。或いは、少なくとも開孔63内が埋まるようにバリ
アメタル66上に導電体を堆積した後、化学機械研磨
(CMP)により絶縁膜62の上の不要な導電体の研磨
除去を行い、開孔内にのみ導電体を残した後、再びCV
D法やスパッタリング法により導電体を形成してもよ
い。
The conductor 64 for wiring is made of a conductor (CVD conductor) such as W, Al, Cu, Au or the like by the CVD method.
Can be formed by depositing a thin film on the barrier metal 66, depositing a conductor again on the CVD conductor by a sputtering method, and reflowing as necessary. Alternatively, after depositing a conductor on the barrier metal 66 so that at least the inside of the opening 63 is filled, unnecessary conductors on the insulating film 62 are polished and removed by chemical mechanical polishing (CMP). After leaving only the conductor, CV again
The conductor may be formed by a D method or a sputtering method.

【0071】図11は、本発明の更に別の実施の形態に
よる半導体装置の製造方法、即ち、溝として配線用の凹
部及び開孔が形成された絶縁膜を有する基板を水素負イ
オンにて表面処理した後、別の導電体を形成する別の方
法を示している。
FIG. 11 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention. That is, a substrate having an insulating film in which a concave portion for wiring and an opening are formed as grooves is surface-treated with hydrogen negative ions. Figure 7 illustrates another method of forming another conductor after processing.

【0072】先ず、シリコンウエハ等の基体60の上に
酸化シリコン等の絶縁膜62を形成する。反応性イオン
エッチング等によりコンタクトホール、スルーホール、
ビアホールと呼ばれる開孔63と配線用の凹部67を形
成する。そして、開孔内面、凹部内面及び絶縁膜62上
面にバリアメタル66をCVD法又はスパッタリング法
等により形成する(工程S21)
First, an insulating film 62 such as silicon oxide is formed on a substrate 60 such as a silicon wafer. Contact holes, through holes,
An opening 63 called a via hole and a recess 67 for wiring are formed. Then, a barrier metal 66 is formed on the inner surface of the opening, the inner surface of the concave portion, and the upper surface of the insulating film 62 by a CVD method or a sputtering method (Step S21).

【0073】次に、図1、図3〜5に示した装置を用い
て、バリアメタル66の被処理面SFを水素負イオンに
よりクリーニングする。(工程S22)
Next, using the apparatus shown in FIG. 1 and FIGS. 3 to 5, the surface to be processed SF of the barrier metal 66 is cleaned with negative hydrogen ions. (Step S22)

【0074】そして、配線用の導電体64をCVD法や
スパッタリング等によりバリアメタル66上に堆積す
る。(工程S23)
Then, a conductor 64 for wiring is deposited on the barrier metal 66 by CVD or sputtering. (Step S23)

【0075】更に、CMPにより不要な導電体64を研
磨除去して、溝内に配線68を形成する。このような研
磨を用いた配線の形成法はデュアルダマシンプロセスと
して知られている。(工程S24)
Further, unnecessary conductors 64 are polished and removed by CMP to form wirings 68 in the grooves. A method of forming a wiring using such polishing is known as a dual damascene process. (Step S24)

【0076】本実施の形態によれば、帯電による損傷を
抑えつつ、バリアメタル表面が清浄化されるので、導電
体64とバリアメタル66との電気的接触が良くなり、
配線の高抵抗化を抑制できる。
According to the present embodiment, since the barrier metal surface is cleaned while suppressing damage due to charging, the electrical contact between the conductor 64 and the barrier metal 66 is improved.
High resistance of the wiring can be suppressed.

【0077】また、配線用の導電体64は、CVD法に
よりW、Al、Cu、Au等の導電体(CVD導電体)
をバリアメタル66上に薄く堆積した後、スパッタリン
グ法によりCVD導電体上に再度導電体を堆積し、必要
に応じてリフローすることにより、形成することもでき
る。
The conductor 64 for wiring is made of a conductor (CVD conductor) such as W, Al, Cu, Au or the like by the CVD method.
Can be formed by depositing a thin film on the barrier metal 66, depositing a conductor again on the CVD conductor by a sputtering method, and reflowing as necessary.

【0078】次に、本発明の他の実施の形態による半導
体装置の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention will be described.

【0079】先ず、シリコンウエハ等の基体を用意し、
シリコン層の表面にゲート絶縁膜を形成する。次に、多
結晶シリコンを堆積し、必要に応じてTi、Ta、P
t、Co、W、Mo等の高融点金属を堆積し、ゲート電
極又は他の電極となる導電層を形成する。これを、RI
E等により所望の電極パターンにパターニングする。そ
して、図1、図2〜図5に示した装置を用いて水素負イ
オンによる処理を行う。この時の様子を図12に示す。
First, a substrate such as a silicon wafer is prepared.
A gate insulating film is formed on a surface of the silicon layer. Next, polycrystalline silicon is deposited, and Ti, Ta, P
A high melting point metal such as t, Co, W, and Mo is deposited to form a conductive layer serving as a gate electrode or another electrode. This is RI
Patterning into a desired electrode pattern by E or the like. Then, the treatment using hydrogen negative ions is performed using the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 to 5. The situation at this time is shown in FIG.

【0080】図12、図13は、溝内のクリーニングに
ついて説明する為の模式図である。図12において、7
0は基体、71は絶縁膜、72は導電体、73は溝、7
4は正イオン、76は水素負イオン、75は電子、79
は形状異常、77は二次電子である。
FIG. 12 and FIG. 13 are schematic views for explaining cleaning in the groove. In FIG.
0 is a base, 71 is an insulating film, 72 is a conductor, 73 is a groove, 7
4 is a positive ion, 76 is a hydrogen negative ion, 75 is an electron, 79
Is an abnormal shape, and 77 is a secondary electron.

【0081】図13は、正イオンを用いた場合を示す。
交流電場1周期の間で正イオン74と電子75が交互に
基体70に入射することにより、基体70表面の帯電量
を一定に保とうとしているが、前記正イオンの入射に伴
う2次電子放出により、絶縁体表面はわずかに正電荷を
帯びている。電子75は正イオン74に比べて質量が軽
くその軌道を容易に曲げられるため、前記正電荷による
電界で電子は曲げられ図13に示すように、断面形状の
縦横比(アスペクト比)の大きい、即ち深い穴の底には
電子75よりも正イオン74の到達量が多くなり、正に
帯電してしまう。その結果、コンタクトホール底に大き
な正電荷が蓄積し、その電界でイオンが曲げられること
により、孔底に正イオンすら到達することが困難とな
り、クリーニング不良が発生する。
FIG. 13 shows a case where positive ions are used.
Positive ions 74 and electrons 75 alternately enter the substrate 70 during one cycle of the AC electric field to maintain a constant charge amount on the surface of the substrate 70, but secondary electron emission accompanying the incidence of the positive ions is attempted. Due to this, the insulator surface is slightly positively charged. Since the electron 75 has a smaller mass than the positive ion 74 and its orbit can be easily bent, the electron is bent by the electric field due to the positive charge, and as shown in FIG. 13, the cross-sectional shape has a large aspect ratio. That is, the amount of the positive ions 74 reaching the bottom of the deep hole becomes larger than that of the electrons 75, and the hole is positively charged. As a result, a large positive charge is accumulated at the bottom of the contact hole, and the ions are bent by the electric field, so that it is difficult to even reach the bottom of the hole, and cleaning failure occurs.

【0082】一方、図12は負イオンを主として用いて
いる為、水素負イオン76は質量が大きいため、アスペ
クト比に依存せず均一に基体70表面に入射し、基体7
0表面は僅かに負に帯電する。負イオン入射により発生
する二次電子77は、半導体基板421表面に再付着す
ることはなく、放出される。よって基体70表面が大き
く正または負に帯電することはない。このように、負イ
オンを用いた処理を行うことにより基体70表面が均一
に若干帯電している状況では、局所的な電界の発生によ
りイオンの軌道が曲げられることはなく、形状異常が発
生しないものと考えられる。
On the other hand, in FIG. 12, since the negative ions are mainly used, the hydrogen negative ions 76 have a large mass, and therefore uniformly enter the surface of the substrate 70 without depending on the aspect ratio, and
The 0 surface is slightly negatively charged. Secondary electrons 77 generated by the incidence of negative ions are emitted without reattaching to the surface of the semiconductor substrate 421. Therefore, the surface of the base 70 is not significantly positively or negatively charged. As described above, in the situation where the surface using the negative ions is uniformly and slightly charged by performing the treatment using the negative ions, the trajectory of the ions is not bent by the generation of the local electric field, and the shape abnormality does not occur. It is considered something.

【0083】以上説明した実施の形態では、溝として、
コンタクトホール、スルーホール等の開孔、及びダマシ
ンプロセス用の凹部を例に挙げたが、DRAMのキャパ
シタ形成用のトレンチ、素子分離用のトレンチ内のクリ
ーニングにも本発明は適用できる。但し、この場合は、
クリーニングされる面は半導体であったり絶縁体であっ
たりする。
In the embodiment described above, the grooves are
Although an opening such as a contact hole and a through hole and a concave portion for a damascene process have been described as an example, the present invention can be applied to cleaning in a trench for forming a capacitor of a DRAM and a trench for element isolation. However, in this case,
The surface to be cleaned may be a semiconductor or an insulator.

【0084】また、図12に示したようにゲート電極パ
ターンや配線パターンが形成された状態の基体にも本発
明は適用できる。この場合、複数のゲート電極パターン
や配線パターンの間隙が溝になる。そして、水素負イオ
ンによるゲート電極パターンのクリーニングやゲート電
極パターンを構成する多結晶シリコンの水素終端化等が
行える。
The present invention can be applied to a substrate on which a gate electrode pattern and a wiring pattern are formed as shown in FIG. In this case, a gap is formed between a plurality of gate electrode patterns and wiring patterns. Then, cleaning of the gate electrode pattern by hydrogen negative ions, hydrogen termination of polycrystalline silicon constituting the gate electrode pattern, and the like can be performed.

【0085】本発明に用いられるバリアメタルとして
は、高融点金属又は耐火性金属とよばれる導電体が好ま
しく用いられる。このような導電体の多くは、前述した
遷移金属、遷移金属のけい化物(シリサイド)、遷移金
属の窒化物等である。具体的には、Ti、Cr、Co、
Ni、Mo、W、Ta、Pt、TiSi、CoSi、N
iSi、MoSi、WSi、TaSi、PtSi、Ti
N、TiSiN、TaN、TaSiN、TiW、Ta
W、WN、である。これらは化学量論比を満足するもの
でも、満足しない組成のものであってもよい。
As the barrier metal used in the present invention, a conductor called a high melting point metal or a refractory metal is preferably used. Many of such conductors are the above-mentioned transition metals, transition metal silicides (silicides), transition metal nitrides, and the like. Specifically, Ti, Cr, Co,
Ni, Mo, W, Ta, Pt, TiSi, CoSi, N
iSi, MoSi, WSi, TaSi, PtSi, Ti
N, TiSiN, TaN, TaSiN, TiW, Ta
W, WN. These may have a stoichiometric ratio or may have a composition that does not.

【0086】また、本発明に用いられる配線用の導電体
としては、例えばAl、Cu、AlCu、AlSi、A
lSiCu、AlGe、AlSiGe、AlCuGe、
CuGe、AlTi、AlSiTi、AlPd等のA
l、Cu、Au等を主成分とする金属が好ましく用いら
れる。
The conductors for wiring used in the present invention include, for example, Al, Cu, AlCu, AlSi, A
lSiCu, AlGe, AlSiGe, AlCuGe,
A such as CuGe, AlTi, AlSiTi, AlPd
Metals containing l, Cu, Au, etc. as main components are preferably used.

【0087】そして、本発明においては、水素負イオン
によるクリーニング工程の後、大気に晒すことなく前記
配線用導電体を堆積することが好ましく、これは、イン
ライン式又は枚葉式のマルチチャンバ装置により実施で
きる。
In the present invention, it is preferable that after the cleaning step using hydrogen negative ions, the wiring conductor be deposited without being exposed to the air. This is performed by an in-line or single-wafer multi-chamber apparatus. Can be implemented.

【0088】図14は本発明に用いられるプラズマ処理
装置と導電体のCVD装置とを有する枚葉式マルチチャ
ンバ装置を示す模式的斜視図である。この装置を用いて
図9〜図11に示した構造体の一部を作製することもで
きる。
FIG. 14 is a schematic perspective view showing a single-wafer multi-chamber apparatus having a plasma processing apparatus and a conductor CVD apparatus used in the present invention. Using this apparatus, a part of the structure shown in FIGS. 9 to 11 can also be manufactured.

【0089】図14に置いて、101および102は処
理すべき基体を収容するためのロードロック室、10
3、104、106および107は反応室、105は加
熱室、108は内部に図示を省略した基体搬送手段を有
する搬送室である。各室は支持台111上に載置されて
いる。
Referring to FIG. 14, reference numerals 101 and 102 denote load lock chambers and 10 for accommodating a substrate to be processed.
Reference numerals 3, 104, 106, and 107 denote reaction chambers, 105 denotes a heating chamber, and 108 denotes a transfer chamber having a substrate transfer means (not shown) therein. Each chamber is placed on a support 111.

【0090】上述した各室は、それぞれ排気管110を
介して排気ポンプ109に連通しており、室内を適切な
圧力に維持できるようになっている。この装置はクラス
タ式といって、反応室103、104、106および1
07を有しているが、製造プロセスに応じて、このうち
の少なくとも一つを使用しないこともでき、また、その
時には不使用の反応室を切り放すこともできる。
Each of the above-mentioned chambers is connected to an exhaust pump 109 via an exhaust pipe 110 so that the interior of the chamber can be maintained at an appropriate pressure. This apparatus is called a cluster type, and the reaction chambers 103, 104, 106 and 1
07, but depending on the manufacturing process, at least one of them may not be used, and then the unused reaction chamber may be cut off.

【0091】以下に述べる本発明の半導体装置の製造法
においては、反応室107は不使用状態とする。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention described below, the reaction chamber 107 is not used.

【0092】此の装置によれば、各処理が、基体を大気
にさらすことなく、連続して行えるので、構造体の製造
再現性に優れている。
According to this apparatus, each process can be performed continuously without exposing the substrate to the atmosphere, so that the reproducibility of the structure is excellent.

【0093】操作方法は以下の通りである。The operation method is as follows.

【0094】まず、ロードロック室101を基体搬入室
とする。開閉手段112を開けて、表面にバリアメタル
が形成された基体を搬入室101内に収容する。内部を
排気した後、搬入室101と搬送室108との間にある
ゲートバルブを開けて、基体を搬送室108内に移送す
る。
First, the load lock chamber 101 is set as a substrate loading chamber. The opening / closing means 112 is opened, and the substrate having the barrier metal formed on the surface is accommodated in the carry-in room 101. After evacuating the inside, the gate valve between the carry-in chamber 101 and the transfer chamber 108 is opened, and the substrate is transferred into the transfer chamber 108.

【0095】必要に応じて、加熱室105に基体を収容
して基板を加熱する。
If necessary, the substrate is housed in the heating chamber 105 and the substrate is heated.

【0096】予備加熱された基体を反応室103に移送
し、反応室103を密閉する。この反応室は図1、図2
〜図5のように構成されている。反応室内の圧力を1
3.3Pa〜133Paに保持し、基体温度を100℃
〜200℃として基体の表面、すなわちバリアメタルの
表面をクリーニングする。用いるガスはH2を希釈した
ガスであり、バリアメタルの表面を水素負イオンを用い
て5nm〜10nm程度エッチングすることでクリーニ
ングを行う。
The preheated substrate is transferred to the reaction chamber 103, and the reaction chamber 103 is sealed. This reaction chamber is shown in FIGS.
5 are configured as shown in FIG. When the pressure in the reaction chamber is 1
The pressure is maintained at 3.3 Pa to 133 Pa, and the substrate temperature is 100 ° C.
At 200 ° C., the surface of the substrate, that is, the surface of the barrier metal is cleaned. The gas used is a gas obtained by diluting H 2 , and cleaning is performed by etching the surface of the barrier metal by about 5 nm to 10 nm using negative hydrogen ions.

【0097】反応室103のゲートバルブを開け、搬送
室108を介してクリーニングされた基体を反応室10
3から反応室104内に移送し、反応室104のゲート
バルブを閉じる。反応室104内では窒素プラズマ処理
を行う。反応室104内を13.3Pa〜133Pa程
度に減圧保持し、基体を200℃〜450℃に加熱保持
する。この反応室では平行平板型の電極を用いて窒素ガ
スのグロー放電プラズマを生成する。こうして基体表面
のバリアメタルは窒化処理されて窒化物となりバリア特
性が向上する。
The gate valve of the reaction chamber 103 is opened, and the cleaned substrate is transferred through the transfer chamber 108 to the reaction chamber 10.
3 and transferred into the reaction chamber 104, and the gate valve of the reaction chamber 104 is closed. In the reaction chamber 104, a nitrogen plasma treatment is performed. The inside of the reaction chamber 104 is kept under reduced pressure at about 13.3 Pa to 133 Pa, and the substrate is heated and kept at 200 ° C. to 450 ° C. In this reaction chamber, glow discharge plasma of nitrogen gas is generated using parallel plate type electrodes. Thus, the barrier metal on the surface of the substrate is nitrided to become nitride, and the barrier characteristics are improved.

【0098】反応室104のゲートバルブを開けて、基
体を反応室104から搬送室108を介して反応室10
6に移送する反応室106内では基板を160℃〜45
0℃に保持し、DMAHガスと水素ガスとを導入して、
CVD法によりアルミニウムを窒化物バリアメタル上に
堆積させる。
The gate valve of the reaction chamber 104 is opened, and the substrate is transferred from the reaction chamber 104 through the transfer chamber 108 to the reaction chamber 10.
In the reaction chamber 106 which is transferred to
Holding at 0 ° C., introducing DMAH gas and hydrogen gas,
Aluminum is deposited on the nitride barrier metal by a CVD method.

【0099】アルミニウムの堆積後は、反応室106の
ゲートバルブを開けて、搬送室108に基体を移送し、
搬出室となるロードロック室102のゲートバルブを開
けて、ロードロック室102内に基体を回収する。
After the deposition of aluminum, the gate valve of the reaction chamber 106 is opened, and the substrate is transferred to the transfer chamber 108.
The gate valve of the load lock chamber 102 serving as the carry-out chamber is opened, and the base is collected in the load lock chamber 102.

【0100】各反応室における処理条件を調整し、各反
応室03、104、106内で同時に処理がなされるよ
うにすれば、所定時間当たりの基板の処理枚数が増え
る。
If the processing conditions in each of the reaction chambers are adjusted so that the processing is performed simultaneously in each of the reaction chambers 03, 104, and 106, the number of substrates processed per predetermined time increases.

【0101】図15および図16を参照して、図9の構
造体をMOSトランジスタのソースまたはドレインに採
用した例の製造工程を説明する。
Referring to FIGS. 15 and 16, a description will be given of a manufacturing process of an example in which the structure shown in FIG. 9 is used as a source or a drain of a MOS transistor.

【0102】SiウエハWの表面側に選択酸化法により
フィールド絶縁膜151を形成し、ゲート絶縁膜52を
形成した後、ポリシリコンからなるゲート電極153を
形成する。次いで、Asイオンをイオン注入する(工程
S31)。
After a field insulating film 151 is formed on the front side of the Si wafer W by a selective oxidation method and a gate insulating film 52 is formed, a gate electrode 153 made of polysilicon is formed. Next, As ions are implanted (step S31).

【0103】次に、熱処理してソース・ドレインとなる
- 型の半導体層155を形成するとともに、表面を熱
酸化する。基板全面を異方性エッチングして、ゲート電
極153の側面に酸化シリコンからなるサイドウォール
154を残す。そして、Asイオンをイオン注入する
(工程S32)。
Next, heat treatment is performed to form an n -type semiconductor layer 155 to be a source / drain, and the surface is thermally oxidized. The entire surface of the substrate is anisotropically etched to leave sidewalls 154 made of silicon oxide on the side surfaces of the gate electrode 153. Then, As ions are ion-implanted (step S32).

【0104】熱処理してソース・ドレインとなるn+
の半導体層158を形成した後、ソース・ドレイン上お
よびゲート電極上の酸化膜をエッチング除去し、スパッ
タリング法またはCVD法によりTi膜を全面に堆積す
る。その後、熱処理して、ソース・ドレイン上およびゲ
ート電極上のTiとその下部のSiとを反応結合させて
シリサイド化し、その後エッチングしてTi膜を除去す
る。こうして、ゲート電極上およびソース・ドレイン上
のみにチタンシリサイド156および157が残る(工
程S33)。
After heat treatment to form an n + -type semiconductor layer 158 serving as a source / drain, the oxide film on the source / drain and the gate electrode is removed by etching, and a Ti film is formed on the entire surface by sputtering or CVD. accumulate. Thereafter, heat treatment is performed to cause Ti on the source / drain and the gate electrode to react with Si under the Ti and silicide to form silicide, followed by etching to remove the Ti film. Thus, titanium silicides 156 and 157 remain only on the gate electrode and on the source / drain (step S33).

【0105】CVD法により絶縁膜159を成膜し、リ
アクティブイオンエッチングによりコンタクトホール1
60を形成する。望ましくは、エッチング前に絶縁膜1
59の表面をCMPにより研磨し平滑化するとよい。
An insulating film 159 is formed by the CVD method, and the contact hole 1 is formed by the reactive ion etching.
Form 60. Preferably, before etching, the insulating film 1
The surface of 59 may be polished and smoothed by CMP.

【0106】次に図14に示した枚葉式マルチチャンバ
装置を用いて工程S35、S36を行う。
Next, steps S35 and S36 are performed using the single-wafer multi-chamber apparatus shown in FIG.

【0107】チタンシリサイド157の表面を水素負イ
オンによりクリーニングする(工程S34)。
The surface of titanium silicide 157 is cleaned with negative hydrogen ions (step S34).

【0108】次にウエハWを400℃に保持し、圧力を
27PaとしてN2 プラズマに基板の表面をさらす。こ
うして、コンタクトホールから露出したチタンシリサイ
ド層が窒化され、厚さ9nmのα−TiSiN膜161
が生成される(工程S35)。
Next, the wafer W is kept at 400 ° C., the pressure is set to 27 Pa, and the surface of the substrate is exposed to N 2 plasma. Thus, the titanium silicide layer exposed from the contact hole is nitrided, and the α-TiSiN film 161 having a thickness of 9 nm is formed.
Is generated (step S35).

【0109】この時、酸化シリコンのような絶縁膜15
9の表面やコンタクトホールの側面は窒素原子がドーピ
ングされている。窒化処理はプラズマレスで行ってもよ
い。
At this time, the insulating film 15 such as silicon oxide
9 and the side surfaces of the contact holes are doped with nitrogen atoms. The nitriding treatment may be performed without plasma.

【0110】次に、DMHAとH2 とを用いた選択CV
D法によりコンタクトホール内にAlプラグ162を形
成する(工程S36)。
Next, selection CV using DMHA and H 2 was performed.
The Al plug 162 is formed in the contact hole by the D method (Step S36).

【0111】そして、図14の装置から基板を取り出
す。次に、必要に応じて不要なAl堆積物をエッチング
やCMPにより除去し、更に別の装置を用いてスパッタ
リング法またはCVD法によりAlCu等の導電膜16
3を成膜する(工程S37)。
Then, the substrate is taken out of the apparatus shown in FIG. Next, if necessary, unnecessary Al deposits are removed by etching or CMP, and a conductive film 16 of AlCu or the like is formed by sputtering or CVD using another apparatus.
3 is formed (Step S37).

【0112】最後にエッチングして導電膜63をソース
・ドレイン配線形状にパターニングする(工程S3
8)。
Finally, the conductive film 63 is etched and patterned into a source / drain wiring shape (step S3).
8).

【0113】以上説明したように、本実施の態様によれ
ば、非晶質窒化硅素チタン(α−TiSiN)層をバリ
ア層とするので、バリア層の上に良質の導電体の膜が形
成できる。特に本発明のバリア層は10nm未満に厚さ
を薄くしても良質な連続薄膜となり、しかもその厚さ方
向の抵抗値も充分低くなる。また、コンタクトホールの
側壁にはバリア層は存在せず、バリア層上に成長した低
抵抗のプラグが側壁に接して設けられるので、コンタク
ト抵抗が低くなる。こうして、微細でも低抵抗のコンタ
クトホール部分の構造体を得ることができる。
As described above, according to this embodiment, since the amorphous silicon titanium nitride (α-TiSiN) layer is used as the barrier layer, a high-quality conductor film can be formed on the barrier layer. . In particular, the barrier layer of the present invention becomes a good quality continuous thin film even if its thickness is reduced to less than 10 nm, and the resistance value in the thickness direction is sufficiently low. In addition, since no barrier layer exists on the side wall of the contact hole, and a low-resistance plug grown on the barrier layer is provided in contact with the side wall, the contact resistance is reduced. In this manner, it is possible to obtain a fine structure of a contact hole portion having a low resistance even if it is small.

【0114】[0114]

【実施例】(実施例1)本実施例において処理された半
導体基板の断面構造を図17を用いて説明する。図17にお
いて、Wはシリコン基板、432は素子分離絶縁膜、433は
ゲート酸化膜、434はゲート電極、435は第一層間酸化
膜、436は第一層金属配線、437は第一層金属配線のバリ
アメタル、438は第一層金属配線の反射防止膜、439は第
二層間酸化膜、440はドライエッチングにより形成した
ビアホール(スルーホール)、441は反射防止膜表面の
薄い酸化層である。
(Embodiment 1) A sectional structure of a semiconductor substrate processed in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 17, W is a silicon substrate, 432 is an element isolation insulating film, 433 is a gate oxide film, 434 is a gate electrode, 435 is a first interlayer oxide film, 436 is a first layer metal wiring, and 437 is a first layer metal. A barrier metal for wiring, 438 is an anti-reflection film of the first layer metal wiring, 439 is a second interlayer oxide film, 440 is a via hole (through hole) formed by dry etching, and 441 is a thin oxide layer on the surface of the anti-reflection film. .

【0115】シリコン基板表面のビアホール底には、自
然酸化膜またはエッチングの際のイオン衝撃により導入
される結晶欠陥441が残留しているため、このまま第二
層金属配線を形成すると、自然酸化膜や結晶欠陥により
ビアホールの抵抗値が上昇し、回路遅延や配線の導通不
良をもたらす。そこで、これらの残留物はクリーニング
により除去する必要がある。但し、クリーニング処理後
に大気中に取り出すと、清浄となった表面に再び自然酸
化膜が成長するため、クリーニングから第二層金属配線
形成の間は真空中に維持したままにするのが望ましい。
この要求を満たすクリーニング方法として、プラズマを
用いる方法が広く一般的に使われている。ここで問題と
なるのがプラズマによるチャージアップ現象である。こ
のクリーニングを従来の正イオン処理で行った場合、プ
ラズマより導入された正電荷は第一層金属配線436を通
ってゲート電極434に流れ、最終的には、シリコン基板W
とゲート電極434の間に存在するゲート酸化膜433に電圧
がかかる。この電圧が破壊電圧に達するとゲート酸化膜
433は静電破壊に至り、また破壊電圧以下でもゲート酸
化膜433に微少なトンネル電流が流れることにより、そ
の寿命を著しく劣化させる。
At the bottom of the via hole on the surface of the silicon substrate, a natural oxide film or a crystal defect 441 introduced by ion bombardment at the time of etching remains. Due to crystal defects, the resistance value of the via hole increases, resulting in circuit delay and poor wiring continuity. Therefore, these residues need to be removed by cleaning. However, if the substrate is taken out into the air after the cleaning process, a natural oxide film grows again on the cleaned surface. Therefore, it is desirable that the substrate be kept in a vacuum from the cleaning to the formation of the second-layer metal wiring.
As a cleaning method satisfying this requirement, a method using plasma is widely and generally used. The problem here is the charge-up phenomenon due to plasma. When this cleaning is performed by the conventional positive ion treatment, the positive charges introduced from the plasma flow to the gate electrode 434 through the first layer metal wiring 436, and finally, the silicon substrate W
A voltage is applied to the gate oxide film 433 existing between the gate electrode 434 and the gate electrode 434. When this voltage reaches the breakdown voltage, the gate oxide film
433 leads to electrostatic breakdown, and a very small tunnel current flows through the gate oxide film 433 even at a breakdown voltage or less, so that its life is significantly deteriorated.

【0116】そこで図17の基体を、図4に示した装置
の基体支持台11上に設置した。その後、排気系を介して
プラズマ発生室3及び処理室5を排気し、その真空度が6.
7×10-4Paとなるまで減圧した。その後、プラズマ発生
室3内に水素ガス150sccmを供給し、排気系に設置された
スロットルバルブを調整して圧力を1.3Paに設定した。
ここで、直流電源1より、フィラメント2に100Aの電流を
流し、プラズマ発生室3内にアーク放電プラズマを発生
させた。アーク放電により生成した負イオンを取り出す
ため、第1の予備グリッド6に+50V、第2の予備グリッド
7に+75Vの直流電圧を印加した。更に、支持台11には+
100V、グリッド電極8には+105Vの直流電圧を印加し
た。アーク放電プラズマ中での電位は数V程度になって
いると考えられるため、上記電圧を各グリッドに印加し
た場合、半導体基板Wには約100eVのエネルギーで負イオ
ンを入射させていることになる。以上に示した水素負イ
オンによる処理を30秒間実施した後、基板を真空に保持
したまま金属配線成膜室へと移動し、第2層金属配線の
堆積を行った。堆積された膜の表面モフォロジーは良好
であり、その反射率は、シリコン基板に対して200%と
いう値を示した。引き続き、フォトレジストによるパタ
ーニング及びドライエッチング等の工程を経て、第2層
金属配線を形成し、半導体素子の特性を評価した。
Therefore, the base shown in FIG. 17 was set on the base support 11 of the apparatus shown in FIG. Thereafter, the plasma generation chamber 3 and the processing chamber 5 are evacuated through the exhaust system, and the degree of vacuum is set to 6.
The pressure was reduced to 7 × 10 −4 Pa. Thereafter, 150 sccm of hydrogen gas was supplied into the plasma generation chamber 3, and the pressure was set to 1.3 Pa by adjusting the throttle valve provided in the exhaust system.
Here, a current of 100 A was passed from the DC power supply 1 to the filament 2 to generate arc discharge plasma in the plasma generation chamber 3. +50 V to the first spare grid 6 and the second spare grid to take out the negative ions generated by the arc discharge
A +75 V DC voltage was applied to 7. In addition, +
A DC voltage of +105 V was applied to the grid electrode 8 at 100 V. Since it is considered that the potential in the arc discharge plasma is about several volts, when the above voltage is applied to each grid, negative ions are incident on the semiconductor substrate W with an energy of about 100 eV. . After the above-described treatment with hydrogen negative ions was performed for 30 seconds, the substrate was moved to a metal wiring film forming chamber while the vacuum was maintained, and the second-layer metal wiring was deposited. The surface morphology of the deposited film was good and its reflectance showed a value of 200% with respect to the silicon substrate. Subsequently, through a process such as patterning with a photoresist and dry etching, a second-layer metal wiring was formed, and the characteristics of the semiconductor element were evaluated.

【0117】本実施例を用いた場合は、ゲート酸化膜の
性能劣化を起こした素子は全くなかった。
In the case of using this embodiment, there was no device in which the performance of the gate oxide film was deteriorated.

【0118】このように、負イオンによる処理を行った
場合、第一層金属配線の電位は半導体素子の動作電圧で
ある数V以下に抑えられるため、静電破壊はもちろん起
こらず、またその寿命もほとんど劣化することはない。
As described above, when the treatment with negative ions is performed, the potential of the first-layer metal wiring is suppressed to several volts or less, which is the operating voltage of the semiconductor element. Hardly deteriorates.

【0119】(実施例2)図17に示した構造を持った基
体を、図5に示した装置の支持台11上に設置した。その
後、排気系を介してプラズマ発生室3及び処理室5を排気
し、その真空度が6.7×10-4Paとなるまで減圧した。そ
の後、プラズマ発生室3内に水素ガス150sccmを供給し、
排気系に設置されたスロットルバルブを調整して圧力を
10mTorrに設定した。次に、マイクロ波電源21により2.4
5GHzのマイクロ波を500Wの電力で供給することにより、
プラズマ発生室3内にプラズマを発生させた。このよう
にして生成したプラズマは、輸送管24を通って、プラズ
マ発生室3に連結されている処理室5側へと輸送された。
輸送管24内では、プラズマ中の正イオンが再結合し、多
量の中性活性種を生成した。前記中性活性種を、処理室
5内に設置されている、−10Vの電圧を印加した金属部材
25に接触させ、電荷交換することで負イオンを生成し
た。生成した負イオンを取り出すため、第1の予備グリ
ッド6に+50V、第2の予備グリッド7に+75Vの直流電圧
を印加した。更に、支持台11には+100V、グリッド8に
は+105Vの直流電圧を印加した。上記電圧を各グリッド
に印加した場合、基板Wには110eVのエネルギーで負イオ
ンを入射させていることになる。以上に示した水素負イ
オンによる処理を30秒間実施した後、基板を真空に保持
したまま金属配線成膜室へと移動し、第2層金属配線の
堆積を行った。堆積された膜の表面モフォロジーは良好
であり、その反射率は、シリコンウエハに対して210%
という値を示した。引き続き、フォトレジストによるパ
ターニング及びドライエッチング等の工程を経て、第2
層金属配線を形成し、半導体素子の特性を評価した。本
実施例の場合は、ゲート酸化膜の性能劣化を起こした素
子は全くなかった。
Example 2 A substrate having the structure shown in FIG. 17 was set on the support 11 of the apparatus shown in FIG. Thereafter, the plasma generation chamber 3 and the processing chamber 5 were evacuated through the exhaust system, and the pressure was reduced until the degree of vacuum reached 6.7 × 10 −4 Pa. After that, 150 sccm of hydrogen gas is supplied into the plasma generation chamber 3,
Adjust the pressure by adjusting the throttle valve installed in the exhaust system.
Set to 10mTorr. Next, 2.4
By supplying 5GHz microwave with 500W power,
Plasma was generated in the plasma generation chamber 3. The plasma generated in this manner was transported to the processing chamber 5 side connected to the plasma generation chamber 3 through the transport pipe 24.
In the transport tube 24, the positive ions in the plasma recombine to generate a large amount of neutral active species. The neutral active species is treated in a processing chamber.
Metal members with a voltage of -10V applied, installed in 5
The negative electrode was generated by contacting with 25 and exchanging charges. To remove the generated negative ions, a DC voltage of +50 V was applied to the first auxiliary grid 6 and a DC voltage of +75 V was applied to the second auxiliary grid 7. Further, a DC voltage of +100 V was applied to the support 11 and a DC voltage of +105 V was applied to the grid 8. When the above voltage is applied to each grid, negative ions are incident on the substrate W with an energy of 110 eV. After performing the treatment with hydrogen negative ions described above for 30 seconds, the substrate was moved to a metal wiring film forming chamber while the substrate was kept in a vacuum, and the second layer metal wiring was deposited. The surface morphology of the deposited film is good and its reflectivity is 210% for silicon wafer
It showed the value. Subsequently, through processes such as patterning with a photoresist and dry etching, the second
Layer metal wiring was formed, and the characteristics of the semiconductor element were evaluated. In the case of the present example, there was no device in which the performance of the gate oxide film was deteriorated.

【0120】[0120]

【発明の効果】本発明によれば、水素負イオンがドミナ
ントな水素イオン群により処理するので被処理体の帯電
による損傷が防止出来き、クリーニング、水素終端化等
の表面処理が良好に行える。
According to the present invention, since hydrogen negative ions are treated with a dominant hydrogen ion group, damage to the object to be treated due to charging can be prevented, and surface treatments such as cleaning and hydrogen termination can be favorably performed.

【0121】また、溝を有する被処理体の場合、面内に
おいて不均一な帯電が生じない為に、形状を良好に保
ち、溝内を良好に処理できる。
In the case of an object to be processed having a groove, non-uniform charging does not occur in the plane, so that the shape can be kept good and the inside of the groove can be processed well.

【0122】このように、本発明によれば帯電による損
傷が抑止される。
As described above, according to the present invention, damage due to charging is suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態によるプラズマ処理装置
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】付着解離反応の断面積と電子エネルギーの関係
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a cross-sectional area of an attachment-dissociation reaction and electron energy.

【図3】本発明の別の実施の形態によるプラズマ処理装
置を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の更に別の実施の形態によるプラズマ処
理装置を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a plasma processing apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の別の実施の形態による処理装置を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態に好適に用いられる金属部
材を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a metal member suitably used in the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施の形態による処理方法を説明す
るための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a processing method according to an embodiment of the present invention.

【図8】表面処理した面上に導電体の層が形成された物
品を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an article in which a conductor layer is formed on a surface that has been subjected to a surface treatment.

【図9】本発明の一実施の形態による半導体装置の製造
工程を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention;

【図10】本発明の別の実施の形態による半導体装置の
製造工程を示す図である。
FIG. 10 is a view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;

【図11】本発明の更に別の実施の形態による半導体装
置の製造工程を示す図である。
FIG. 11 is a view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の更に別の実施の形態による半導体装
置の製造方法を説明するための図である。
FIG. 12 is a view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention.

【図13】正イオンを用いた処理を説明するための図で
ある。
FIG. 13 is a diagram for explaining a process using positive ions.

【図14】本発明の半導体装置の製造方法に用いられる
枚葉式マルチチャンバ装置の斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view of a single-wafer multi-chamber apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.

【図15】本発明の更に別の実施の形態による半導体装
置の製造方法のうち前半の工程を示す図である。
FIG. 15 is a view showing a first half of a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention;

【図16】本発明の更に別の実施の形態による半導体装
置の製造方法のうち前半の工程を示す図である。
FIG. 16 is a view showing a first half of a method of manufacturing a semiconductor device according to still another embodiment of the present invention;

【図17】本発明の一実施例による半導体装置の模式的
断面図である。
FIG. 17 is a schematic sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.

【図18】従来の平行平板型プラズマ処理装置を示す図
である。
FIG. 18 is a view showing a conventional parallel plate type plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直流電源 2 フィラメント 3 プラズマ発生室 4 プロセスガス導入口 5 処理室 8 グリッド 11 支持台 12 マルチポール型永久磁石 13 磁気フィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC power supply 2 Filament 3 Plasma generation chamber 4 Process gas introduction port 5 Processing chamber 8 Grid 11 Support base 12 Multipole permanent magnet 13 Magnetic filter

フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 AA06 AA09 AA13 AA14 BA03 BA04 BA05 BA08 BA09 BA11 BA12 BA13 BA14 BB07 BB11 BB14 BB18 BB26 BB28 BB29 BC08 BD07 DA00 DA02 DA03 DA04 DA05 DA06 DA07 DA08 DA09 DA10 DA11 DA12 DA13 DA14 DA15 DA16 DA17 DA18 DA19 DA20 DA23 DA24 DA26 DA29 DB01 DB02 DB03 DB08 DB09 DB10 DB12 DB13 DB15 DB16 DB17 DB18 DB26 DB27 EB01 EB04 EB05 EB06 FA01 FA07 5F045 DP02 EH16 EH18 HA03 Continued on the front page F-term (reference) DA19 DA20 DA23 DA24 DA26 DA29 DB01 DB02 DB03 DB08 DB09 DB10 DB12 DB13 DB15 DB16 DB17 DB18 DB26 DB27 EB01 EB04 EB05 EB06 FA01 FA07 5F045 DP02 EH16 EH18 HA03

Claims (45)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空容器と、該真空容器内に被処理体を
支持する為の支持手段と、該真空容器内にガスを導入す
る為のガス導入手段と、該ガスのプラズマを発生させる
為のプラズマ発生手段とを有するプラズマ処理装置にお
いて、 該プラズマから水素負イオンを該被処理体に向けて優先
的に引き出す引き出し手段を有し、水素の負イオン量が
水素の正イオン量より多い状態の水素イオン群を該被処
理体に供給して該被処理体の溝の内面をプラズマ処理す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A vacuum vessel, supporting means for supporting an object to be processed in the vacuum vessel, gas introducing means for introducing a gas into the vacuum vessel, and generating a plasma of the gas. A plasma processing apparatus having a plasma generating means, comprising: extracting means for preferentially extracting hydrogen negative ions from the plasma toward the object to be processed, wherein a negative ion amount of hydrogen is larger than a positive ion amount of hydrogen. A plasma processing apparatus for supplying the hydrogen ions to the object to perform plasma processing on the inner surface of the groove of the object.
【請求項2】 前記プラズマ発生手段は、アーク放電を
発生させる手段である請求項1記載のプラズマ処理装
置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said plasma generating means is means for generating an arc discharge.
【請求項3】 前記プラズマ発生手段は、アーク放電中
にアルカリ金属又はアルカリ土類金属から選択される少
なくとも一種の金属原子を添加する請求項2記載のプラ
ズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein said plasma generating means adds at least one metal atom selected from an alkali metal or an alkaline earth metal during the arc discharge.
【請求項4】 前記プラズマ発生手段は、アーク放電中
にセシウム、ルビジウム、バリウム、ストロンチウム、
カルシウムから選択される少なくとも一種の金属原子を
添加する請求項3記載のプラズマ処理装置。
4. The method according to claim 1, wherein the plasma generating means performs cesium, rubidium, barium, strontium,
The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein at least one kind of metal atom selected from calcium is added.
【請求項5】 該引き出し手段は、被処理体を正の電位
に保持するバイアス手段である請求項1記載のプラズマ
処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said drawing means is a bias means for holding the object to be processed at a positive potential.
【請求項6】 前記引き出し手段は、正の電位に保持さ
れるグリッド電極である請求項1記載のプラズマ処理装
置。
6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said drawing means is a grid electrode held at a positive potential.
【請求項7】 前記引き出し手段は被処理体を正の電位
に保持するバイアス手段であり、該被処理体から発生し
た2次電子を捕獲する為のグリッド電極を更に有する請
求項1記載のプラズマ処理装置。
7. The plasma according to claim 1, wherein said extraction means is bias means for maintaining the object to be processed at a positive potential, and further comprises a grid electrode for capturing secondary electrons generated from said object to be processed. Processing equipment.
【請求項8】 前記引き出し手段は、被処理体を正の電
位に保持するバイアス手段と、正の電位に保持される複
数のグリッド電極と、を有する請求項1記載のプラズマ
処理装置。
8. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the extracting means includes a biasing means for maintaining the object to be processed at a positive potential, and a plurality of grid electrodes which are maintained at a positive potential.
【請求項9】 該引き出し手段は、複数のグリッド電極
を有しており、最も被処理体に近いグリッド電極を正の
最高電位にバイアスする請求項1記載のプラズマ処理装
置。
9. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the extracting means has a plurality of grid electrodes, and biases the grid electrode closest to the object to be processed to the highest positive potential.
【請求項10】 前記プラズマ処理装置は、クリーニン
グ装置である請求項1記載のプラズマ処理装置。
10. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said plasma processing apparatus is a cleaning apparatus.
【請求項11】 前記プラズマ処理装置は、被処理体に
形成された溝内部をクリーニングする為のクリーニング
装置である請求項1に記載のプラズマ処理装置。
11. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is a cleaning apparatus for cleaning the inside of a groove formed in a target object.
【請求項12】 真空容器と、該真空容器内に被処理体
を支持する為の支持手段と、該真空容器内にガスを導入
する為のガス導入手段と、該ガスのプラズマを発生させ
る為のプラズマ発生手段とを有する処理装置において、 水素負イオンを生成すべく、該プラズマ発生手段により
生成された水素ラジカル及び又は水素正イオンに接触す
るように設けられた金属部材を有し、 水素の負イオン量が水素の正イオン量より多い状態の水
素イオン群を該被処理体に供給して該被処理基体の溝の
内面を処理することを特徴とする処理装置。
12. A vacuum vessel, supporting means for supporting an object to be processed in the vacuum vessel, gas introducing means for introducing a gas into the vacuum vessel, and generating a plasma of the gas. A metal member provided to come into contact with hydrogen radicals and / or hydrogen positive ions generated by the plasma generating means in order to generate hydrogen negative ions; A processing apparatus, wherein a hydrogen ion group in which the amount of negative ions is larger than the amount of positive ions of hydrogen is supplied to the object to be processed to process the inner surface of the groove of the object to be processed.
【請求項13】 前記プラズマ発生手段が、平行平板
型、マグネトロン型、ICP型、ECR型、ヘリコン波型、表
面波型、平板マルチスロットアンテナによる表面波干渉
型、RLSA型のいずれかの電気エネルギー供給手段を
である請求項12に記載の処理装置。
13. The electric energy of any one of a parallel plate type, a magnetron type, an ICP type, an ECR type, a helicon wave type, a surface wave type, a surface wave interference type using a flat plate multi-slot antenna, and an RLSA type. 13. The processing apparatus according to claim 12, wherein the supply unit is a supply unit.
【請求項14】 前記金属部材の少なくとも表面が、ア
ルカリ金属又はアルカリ土類金属から選択される少なく
とも一種の原子で構成されている請求項12に記載の処
理装置。
14. The processing apparatus according to claim 12, wherein at least a surface of the metal member is made of at least one atom selected from an alkali metal or an alkaline earth metal.
【請求項15】 前記金属部材の少なくとも表面が、セ
シウム、ルビジウム、バリウム、ストロンチウム、カル
シウムから選択される少なくとも一種の原子で構成され
ている請求項12に記載のプラズマ処理装置。
15. The plasma processing apparatus according to claim 12, wherein at least a surface of the metal member is composed of at least one atom selected from cesium, rubidium, barium, strontium, and calcium.
【請求項16】 更に、被処理体を正の電位に保持する
バイアス手段或いは、正の電位に保持されるグリッド電
極の少なくともいずれかを有する請求項12記載の処理
装置。
16. The processing apparatus according to claim 12, further comprising at least one of a bias unit that holds the object to be processed at a positive potential and a grid electrode that is held at a positive potential.
【請求項17】 更に、該被処理体を正の電位に保持す
るバイアス手段と、該被処理体から発生した2次電子を
捕獲する為のグリッド電極を有する請求項12記載の処
理装置。
17. The processing apparatus according to claim 12, further comprising: bias means for holding the object to be processed at a positive potential; and a grid electrode for capturing secondary electrons generated from the object to be processed.
【請求項18】 更に、該被処理体を正の電位に保持す
るバイアス手段と、正の電位に保持される複数のグリッ
ド電極と、を有する請求項12記載の処理装置。
18. The processing apparatus according to claim 12, further comprising: bias means for holding the object at a positive potential; and a plurality of grid electrodes held at a positive potential.
【請求項19】 更に、複数のグリッド電極を有してお
り、最も被処理体に近いグリッド電極を正の最高電位に
バイアスする請求項12記載の処理装置。
19. The processing apparatus according to claim 12, further comprising a plurality of grid electrodes, wherein the grid electrode closest to the object to be processed is biased to the highest positive potential.
【請求項20】 前記プラズマ処理装置は、クリーニン
グ装置である請求項1記載の処理装置。
20. The processing apparatus according to claim 1, wherein said plasma processing apparatus is a cleaning apparatus.
【請求項21】 前記プラズマ処理装置は、被処理体に
形成された溝内部をクリーニングする為のクリーニング
装置である請求項1に記載の処理装置。
21. The processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is a cleaning apparatus for cleaning the inside of a groove formed in a processing target.
【請求項22】 真空容器と、該真空容器内に被処理体
を支持する為の支持手段と、該真空容器内にガスを導入
するガス導入手段と、を有する処理装置において、 該ガス導入手段により導入されたガスから水素イオンを
生成する水素イオン生成手段を有し、水素の負イオン量
が水素の正イオン量より多い状態の水素イオン群を該被
処理体に供給して該被処理体の溝の内面を処理すること
を特徴とする処理装置。
22. A processing apparatus comprising: a vacuum vessel; support means for supporting an object to be processed in the vacuum vessel; and gas introduction means for introducing gas into the vacuum vessel. Hydrogen ion generating means for generating hydrogen ions from the gas introduced by the method, and supplying a hydrogen ion group in which the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen to the object to be processed, A processing device for processing the inner surface of the groove.
【請求項23】 前記水素イオン生成手段は、水素プラ
ズマを発生させるプラズマ発生手段と、水素負イオンを
優先的に該被処理体に向けて引き出す引き出し手段とを
有する請求項22記載の処理装置。
23. The processing apparatus according to claim 22, wherein said hydrogen ion generating means includes plasma generating means for generating hydrogen plasma, and extracting means for preferentially extracting negative hydrogen ions toward said object.
【請求項24】 前記水素イオン生成手段は、水素ラジ
カルを含むプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
水素ラジカルと金属部材とを接触させて水素負イオンを
生成する水素負イオン生成手段とを有する請求項22記
載の処理装置。
24. The hydrogen ion generating means, comprising: a plasma generating means for generating a plasma containing hydrogen radicals;
23. The processing apparatus according to claim 22, further comprising hydrogen negative ion generating means for generating negative hydrogen ions by bringing the hydrogen radical into contact with the metal member.
【請求項25】 前記水素イオン生成手段は、水素ラジ
カルを含むプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
水素ラジカルと金属部材とを接触させて水素負イオンを
生成する水素負イオン生成手段と、該水素負イオンを優
先的に該被処理体に向けて引き出す引き出し手段とを有
する請求項22記載の処理装置。
25. The hydrogen ion generating means, comprising: a plasma generating means for generating a plasma containing hydrogen radicals;
23. The processing according to claim 22, comprising: hydrogen negative ion generating means for generating hydrogen negative ions by contacting the hydrogen radical with the metal member; and extracting means for preferentially extracting the hydrogen negative ions toward the object to be processed. apparatus.
【請求項26】 請求項1のプラズマ処理装置を用いて
被処理体を処理するプラズマ処理方法。
26. A plasma processing method for processing an object to be processed using the plasma processing apparatus according to claim 1.
【請求項27】 請求項12又は22の処理装置を用い
て被処理体を処理する処理方法。
27. A processing method for processing an object to be processed using the processing apparatus according to claim 12.
【請求項28】 基板上の設けられた絶縁膜に形成され
た溝の内面をクリーニングするクリーニング工程と、該
溝内に配線用導電体を堆積する工程を含む半導体装置の
製造方法において、 クリーニング工程は、水素の負イオン量が水素の正イオ
ン量より多い状態の水素イオン群を前記溝内に供給して
処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
28. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a cleaning step of cleaning an inner surface of a groove formed in an insulating film provided on a substrate; and a step of depositing a wiring conductor in the groove. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising the step of supplying a group of hydrogen ions in which the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen into the groove to perform processing.
【請求項29】前記水素の負イオンをアーク放電により
生成する請求項28記載の半導体装置の製造方法。
29. The method according to claim 28, wherein the negative ions of hydrogen are generated by arc discharge.
【請求項30】 前記水素の負イオンを、水素ラジカル
と金属板を接触させることにより生成する請求項28記
載の半導体装置の製造方法。
30. The method according to claim 28, wherein the negative ions of hydrogen are generated by bringing a hydrogen radical into contact with a metal plate.
【請求項31】 前記基板に正の直流バイアスを印加す
ることにより前記水素負イオンを前記溝内に供給する請
求項28記載の半導体装置の製造方法。
31. The method according to claim 28, wherein the hydrogen negative ions are supplied into the groove by applying a positive DC bias to the substrate.
【請求項32】 少なくとも1つ以上のグリッド電極に
正の直流電圧を印加することにより、前記水素負イオン
を前記溝内に供給することを特徴とする請求項28記載
の半導体装置の製造方法。
32. The method according to claim 28, wherein the hydrogen negative ions are supplied into the groove by applying a positive DC voltage to at least one or more grid electrodes.
【請求項33】 前記溝は、コンタクトホール、スルー
ホール、トレンチ用凹部、電極間の凹部、ダマシンプロ
セス用の凹部の少なくともいずれか1つである請求項2
8記載の半導体装置の製造方法。
33. The groove is at least one of a contact hole, a through hole, a trench recess, a recess between electrodes, and a damascene process recess.
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 8.
【請求項34】 前記溝の内面は、バリアメタルからな
る請求項28記載の半導体装置の製造方法。
34. The method according to claim 28, wherein an inner surface of the groove is made of a barrier metal.
【請求項35】 前記溝の内面は、バリアメタルからな
る底面と絶縁体からなる側面からなる請求項28記載の
半導体装置の製造方法。
35. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 28, wherein the inner surface of the groove comprises a bottom surface made of a barrier metal and a side surface made of an insulator.
【請求項36】 前記バリアメタルは高融点金属原子を
含む導電体である請求項34又は35記載の半導体装置
の製造方法。
36. The method according to claim 34, wherein the barrier metal is a conductor containing a high melting point metal atom.
【請求項37】 前記バリアメタルは、Ti,V,C
r,Co,Ni,Y,Zr,Nb,Mo,Ru,Pd,
Hf,Ta,W,Ir,Ptから選択される少なくとも
いずれか一種を含む導電体である請求項34又は35記
載の半導体装置の製造方法。
37. The barrier metal is made of Ti, V, C
r, Co, Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Pd,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 34 or 35, wherein the conductor is a conductor containing at least one selected from Hf, Ta, W, Ir, and Pt.
【請求項38】 前記溝の内面には自然酸化膜が形成さ
れている請求項28記載の半導体装置の製造方法。
38. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 28, wherein a natural oxide film is formed on an inner surface of said groove.
【請求項39】前記配線用導電体は金属又は多結晶シリ
コンである請求項28記載の半導体装置の製造方法。
39. The method according to claim 28, wherein said wiring conductor is made of metal or polycrystalline silicon.
【請求項40】 前記配線用導電体はCVD法及び/又
はPVD法により堆積された金属又は多結晶シリコンで
ある請求項28記載の半導体装置の製造方法。
40. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 28, wherein said wiring conductor is metal or polycrystalline silicon deposited by a CVD method and / or a PVD method.
【請求項41】 前記配線用導電体はCVD法により堆
積されたAl又はCuを主成分とする金属を含む請求項
28記載の半導体装置の製造方法。
41. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 28, wherein the wiring conductor contains a metal mainly composed of Al or Cu deposited by a CVD method.
【請求項42】 前記クリーニング工程の後、大気に晒
すことなく前記配線用導電体を堆積する請求項28記載
の半導体装置の製造方法。
42. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 28, wherein after the cleaning step, the conductor for wiring is deposited without exposing to the atmosphere.
【請求項43】 導電体からなる被処理面の処理方法に
おいて、 前記被処理面を水素の負イオン量が水素の正イオン量よ
り多い状態の水素イオン群に晒す工程を含むことを特徴
とする処理方法。
43. A method for treating a surface to be treated comprising a conductor, comprising exposing the surface to be treated to a group of hydrogen ions in which the amount of negative ions of hydrogen is greater than the amount of positive ions of hydrogen. Processing method.
【請求項44】 導電体からなる被処理面を表面処理す
る表面処理工程と、表面処理された該被処理面上に導電
体を堆積する堆積工程を含む半導体装置の製造方法にお
いて、 前記表面処理工程は、前記被処理面を水素の負イオン量
が水素の正イオン量より多い状態の水素イオン群に晒す
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
44. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a surface treatment step of performing a surface treatment on a surface to be treated made of a conductor; and a deposition step of depositing a conductor on the surface-treated surface to be treated. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: exposing the surface to be processed to a group of hydrogen ions in which the amount of negative ions of hydrogen is larger than the amount of positive ions of hydrogen.
【請求項45】 前記表面処理工程の後、大気に晒すこ
となく前記導電体を堆積する請求項44記載の半導体装
置の製造方法。
45. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 44, wherein the conductor is deposited without exposing to the atmosphere after the surface treatment step.
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