JP2001250813A - プラズマ処理方法 - Google Patents

プラズマ処理方法

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JP2001250813A
JP2001250813A JP2000065698A JP2000065698A JP2001250813A JP 2001250813 A JP2001250813 A JP 2001250813A JP 2000065698 A JP2000065698 A JP 2000065698A JP 2000065698 A JP2000065698 A JP 2000065698A JP 2001250813 A JP2001250813 A JP 2001250813A
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JP
Japan
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plasma
chlorine
gas
etching
sample
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JP2000065698A
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Inventor
Mamoru Yakushiji
守 薬師寺
Makoto Nawata
誠 縄田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体基板のプラズマ処理後の金属汚染を低減
し、デバイス特性の劣化を防ぐ。 【解決の手段】半導体基板のエッチング処理後に、塩素
の単独ガスあるいは塩素と酸素の混合ガスのプラズマに
半導体基板を晒し、半導体基板表面に付着したFe,C
r汚染を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理方法に
係り、特に金属表面が露出したプラズマ処理室内で試料
を処理するのに好適なプラズマ処理方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、プラズマ処理においては試料への
金属汚染を防止するために、例えば、特開平7−335
394号公報に記載のようなプラズマ処理装置、すなわ
ち、真空容器の内側に石英,セラミックなどで形成され
た内筒状の絶縁カバーを設置した装置を用い、真空容器
の金属表面に直接にプラズマが接しないようにしてプラ
ズマ処理を行っていた。
【0003】なお、本発明に関係するものとして、特開
平3−16126号公報に記載のものがある。本公報に
は、Al合金のプラズマエッチング処理後の防食処理と
して、エッチング後に塩素ガスをプラズマ化するととも
に、エッチング時に比べて小さいバイアス電圧を印加し
て、試料に付着した塩化物を除去することが開示されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のように
プラズマ処理装置は、処理室内部を非金属部材でカバー
することにより、金属汚染を防止できるが、プラズマ電
位を確定するためにプラズマと接するアース電極を必要
する。従来、該アース電極にはステンレス鋼(SUS)
やアルミニウム(Al)等の導電性の金属が使用されて
いた。このため、処理室内に露出する金属表面は僅かで
あるが、近年の高集積化された半導体基板等の加工にお
いては、そのアース電極がプラズマ処理中にプラズマに
よってエッチング又はスパッタリングされ、アース電極
の材料に含まれる微量のFe,Crなどの金属成分が飛
散し、試料の被処理面に付着して金属汚染となり、デバ
イス特性の劣化を引き起こす恐れがあった。
【0005】本発明の目的は、プラズマ処理による試料
への金属汚染を低減することのできるプラズマ処理方法
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
のエッチング処理後に、塩素の単独ガスあるいは塩素と
酸素の混合ガスのプラズマに半導体基板を晒し、半導体
基板表面に付着したFe,Cr汚染物質を除去すること
により、達成できる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1及
び図2により説明する。図1は本発明のプラズマ処理方
法のステップを示す図であり、図2は該ステップを実行
するためのプラズマ処理装置の一例であるマイクロ波プ
ラズマ処理装置を示す図である。
【0008】まず図2により本実施例を実行するための
装置を説明する。処理室1は、この場合、容器1a,放
電管1b,アース電極1cおよび石英板2で形成され
る。処理室1の下部にはウエハ載置用の電極8が設けら
れ、電極8の周囲に対応しアース電極1cが位置する。
放電管1b上部にはエッチング用の処理ガスを導入する
ガス導入口4と、ガス導入口4の下部に石英製のガス分
散板12が設けられ、また、放電管1bの内側には、石
英製の内筒11が設けられている。この場合、主にプラ
ズマと接する処理室内部は内筒11及びガス分散板12
によって、放電管1bの金属面の露出を防いである。
【0009】処理室1の内部は容器1aに取付けられた
真空排気装置3によって減圧された後、ガス供給装置
(図示省略)によってガス導入口4を介しエッチングガ
スが導入され、所望の圧力に調整される。また処理室1
内には、放電管1bの外周部に配置された電磁コイル5
aないし5cによって磁場が形成されるとともに、石英
窓2により仕切られ処理室1に連結された導波管7を介
して、導波管7の端部に設けたマグネトロン6から発振
した、この場合、周波数2.45GHz のマイクロ波が
処理室1内に導入される。この磁場とマイクロ波によっ
て処理室1内に生成されたプラズマ100により、電極
8に載置された試料、すなわち半導体基板であるウエハ
9がエッチング処理される。またウエハ9のエッチング
形状を制御するために、電極8には整合器(図示省略)
を介して高周波電源10が接続され、高周波電圧(バイ
アス電圧)を印加することが可能になっている。
【0010】このように構成されたプラズマ処理装置に
より、図1に示すように、この場合、Si又はPoly
−Siを塩素系ガス、この場合、Cl2+O2の混合ガス
のプラズマによりエッチング処理する(これをステップ
1に示す)。このエッチング処理中においては、アース
電極1cがプラズマに接することになり、また、電極8
に高周波バイアス電圧を印加するので、アース電極1c
の表面にプラズマ中のイオンを引込むに十分なイオンシ
ースが生じてアース電極表面にプラズマ中のイオンが入
射する。この場合、アース電極1cはアルミニウムでな
り、不純物として少量ではあるがFe,Cr等の重金属
が含まれている。また、アルミニウムのアルマイト処理
時にも、処理液等からFe,Cr等の重金属がアルマイ
ト中に取り込まれる可能性がある。このため、アース電
極1cがエッチング又はスパッタリングされてFe,C
r等の重金属が飛散し、ウエハ9表面に付着する。この
ためプラズマエッチング処理後のウエハ表面には、ステ
ップ2に示すようにFe,Cr等の重金属が付着してい
る。
【0011】次に、ウエハ9を電極8に載置したまま、
エッチング処理後の処理室1内に塩素の単独ガスあるい
は塩素と酸素の混合ガスを所定の流量で導入するととも
に処理室1内の圧力を所定の処理圧力に調整し、プラズ
マを発生させる。このとき、電極8には高周波バイアス
電圧を印加せず、ウエハ9を数秒間、例えば、5〜10
秒程度の被エッチング形状に影響の生じない時間でプラ
ズマに晒す処理を行う。エッチング処理後のこのプラズ
マ処理では高周波バイアス電圧を印加していないので、
ウエハ9のエッチング形状,マスクおよび下地材料の減
少が最小限に抑制され、ウエハ9の表面に付着したF
e,Cr汚染物質を、FexCly,CrxClyの反
応生成物に変えて除去することができる(これをステッ
プ3に示す)。
【0012】本実施例の金属汚染除去プロセスを用いれ
ば、この場合、単にエッチング処理のみで終了した場合
の金属汚染量を1.0としたとき、Feは0.5に、Cr
は0.7に減少した。本実施例によれば、ウエハ9表面
の金属汚染を完全に除去することはできなかったが、も
ともと微量な重金属の付着をさらに低減することがで
き、微細化した半導体素子の製造工程においても十分に
金属汚染を低減することができる。
【0013】なお、本一実施例では、ゲート材料のエッ
チング処理に用いるエッチングガスはCl2+O2を例に
述べたが、エッチングガスとして塩素単体を使用した場
合、臭化水素あるいは臭化水素と酸素との混合ガスを使
用した場合、塩素,酸素および臭化水素との混合ガスを
使用した場合についても、同様に本実施例の重金属汚染
除去用プラズマ処理を行うことにより金属汚染低減が図
れる。
【0014】また、図3に示すようなAl系のメタル配
線のエッチングプロセスにおいても適用することができ
る。この場合、TiNとAl−Si−Cuから成る積層
構造のメタル配線材料をBCl3+Cl2の塩素系のエッ
チングガスプラズマによってエッチング処理する(これ
をステップ1に示す)。エッチング処理後は被処理面に
Fe,Cr汚染物質が付着・残留する(これをステップ
2に示す)。このとき、ウエハの被処理面にはエッチン
グ処理中に形成された側壁保護膜が残っている。このた
め、本メタル配線での金属除去プロセスでは、塩素系ガ
スプラズマにウエハを長く晒しても、被エッチング形状
を損ねることがない。
【0015】また、本実施例では、マイクロ波プラズマ
エッチング装置を用いたプラズマ処理について説明した
が、その他のエッチング装置、例えば、誘導結合型放電
(ICP放電)プラズマを利用したエッチング装置,容
量結合型放電(CCP放電)プラズマ(2周波励起プラ
ズマ,狭電極プラズマを含む)を利用したエッチング装
置,表面波プラズマを利用したエッチング装置およびU
HFプラズマを利用したエッチング装置にも適用可能で
あり、又はこれらのプラズマ生成方式を用いた成膜装
置,アッシング装置のプラズマ処理後に、本実施例のプ
ラズマ処理後の金属汚染除去プロセスを適用しても同様
の作用効果がある。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、試料のプラズマ処理後
に、バイアス電圧を印加せずに塩素の単独ガスあるいは
塩素と酸素の混合ガスのプラズマに試料を晒すことによ
り、試料の処理形状への影響を最小限にし、試料に付着
したFe,Crの汚染物質を除去できるので、試料プラ
ズマ処理における金属汚染を低減できるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるプラズマ処理方法を示
す図である。
【図2】図1のプラズマ処理方法を実行するためのプラ
ズマ処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図3】本発明の他の実施例であるプラズマ処理方法を
示す図である。
【符号の説明】
1…処理室、1a…容器、1b…放電管、1c…アース
電極、2…石英板、3…真空排気装置、4…ガス導入
口、5a,5b,5c…電磁コイル、6…マグネトロ
ン、7…導波管、8…電極、9…ウエハ、10…高周波
電源、11…内筒、12…ガス分散板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K057 DA01 DB02 DB06 DB08 DB15 DD01 DE01 DE11 DE20 DM40 DN01 5F004 AA14 AA16 BA19 BA20 BB07 BB13 BB14 CA03 CA06 DA04 DA11 DA26 DB01 DB02 DB09 DB12 EB02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板のエッチング処理後に、塩素の
    単独ガスあるいは塩素と酸素の混合ガスのプラズマに半
    導体基板を晒し、半導体基板表面に付着したFe又はC
    rの汚染物質を除去することを特徴とするプラズマ処理
    方法。
  2. 【請求項2】真空処理室内で試料に高周波バイアス電圧
    を印加して行うプラズマ処理によってFe又はCrの汚
    染物質が生じたプラズマ処理の後に、前記高周波バイア
    ス電圧を印加せずに塩素の単独ガスあるいは塩素と酸素
    の混合ガスのプラズマに前記プラズマ処理後の試料を晒
    すことを特徴とするプラズマ処理方法。
  3. 【請求項3】シリコン系ゲート材料を被エッチング対象
    とする試料を塩素系ガス又は臭化水素ガスを用いてエッ
    チング処理した後、5〜10秒程度の被エッチング形状
    に影響を生じない時間で塩素の単独ガスあるいは塩素と
    酸素の混合ガスのプラズマに前記試料を晒すことを特徴
    とするプラズマ処理方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014077760A (ja) * 2012-10-12 2014-05-01 Nagaoka Univ Of Technology 難溶解性物質の可溶化処理方法および溶解方法

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