JP2007538397A - 基板表面洗浄方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、自然酸化膜、化学的酸化膜、及び損傷層をシリコン基板表面から除去し、金属表面から汚染物質を除去するためのプラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供すること。プラズマ発生装置と基板との間で接地されたグリッド及びバッフルを用いてポテンシャルを吸収することにより、ラジカルのみが基板に通過し、フッ素酸（ＨＦ）ガスは第２工程ガスとして用いられる。これによって、自然酸化膜、化学的酸化膜、またはエッチングの時にシリコン基板上に形成された損傷層はＨフローとともに熱処理段階で除去される。チャンバの環境は各ウェーハ工程完了の後、コンディショニングガスを流入することによって一定に保持される。したがって、工程再現性は改善する。
Description
本発明はプラズマを用いた表面洗浄装置及び方法に係り、特に半導体またはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などのような集積回路の製造過程において大気中の酸素がシリコン表面と反応して生ずる自然酸化膜（ｎａｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ）、工程過程においてシリコン表面に化学的に成長された酸化膜、シリコン表面の損傷層（ｄａｍａｇｅｄ ｌａｙｅｒ）またはシリコン表面及びコンタクトホールの側壁に発生する汚染物質などを除去するためのプラズマを用いた表面洗浄装置及び方法に関する。
一般的に、半導体、ＴＦＴ ＬＣＤ、またはＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などのような集積回路製造のためには、下部のシリコン基板上に形成された素子を金属層によって配線するための金属配線工程（ｍｅｔａｌｉｚａｔｉｏｎ）が必要であり、これのためにはコンタクトホールを形成する過程が必須である。コンタクトホールを形成するためにはプラズマ（ｐｌａｓｍａ）を用いた酸化膜の乾式エッチング（ｄｒｙ ｅｔｃｈ）によることが一般的であり、この時、コンタクトホールを形成する過程において、下部のシリコン表面が露出する。したがって、乾式エッチング後に、シリコン表面にはエッチング過程においてプラズマからイオン（ｉｏｎ）衝撃などによる損傷層（ｄａｍａｇｅｄ ｌａｙｅｒ）が形成され、また、エッチングのための反応性ガスから解離された物質とエッチングされた物質で構成された汚染物質がシリコン表面及び側壁に付着する。このような損傷層及び汚染物質はコンタクト抵抗（ｃｏｎｔａｃｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の増加または漏れ電流（ｌｅａｋａｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ）の増加などのような素子特性に致命的な欠陥の原因になれることから、集積回路製造工程では乾式洗浄または湿式洗浄を行ってこれを除去している。また、このような損傷層及び不純物以外にもシリコン表面には空気中の酸素と反応して形成される自然酸化膜（ｎａｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ）が存在するようになるので、コンタクトホールの形成後、導電性物質の蒸着前に乾式洗浄または湿式洗浄を行って自然酸化膜を除去する工程も必要になる。
また、化学的酸化膜の発生も問題になっており、シリコン表面にエッチング後処理工程で用いるＨ２Ｏ２、Ｈ２ＳＯ４及び純水（ＤＩ）混合溶液と反応して化学的に酸化膜が形成される場合もある。このように形成された酸化膜は後続工程に影響を与え、電気的接触特性を低下させるなどの製造された半導体またはＴＦＴ ＬＣＤ回路の特性を低下させる原因になっている。
また、最近、ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の減少とともに自己整列コンタクト（ｓｅｌｆ−ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｎｔａｃｔ；以下ＳＡＣという）構造の採用が一般化されている。このようなＳＡＣエッチング工程では工程を進行する間シリコン窒化膜からなるエッチングストッパ（ｅｔｃｈ ｓｔｏｐｐｅｒ）層が露出する。それによって、上記の窒化膜で囲まれた電極部位とコンタクトホールを充填する導電物質間の短絡（ｓｈｏｒｔ）または漏れ電流を防止するために、エッチング工程後の表面洗浄過程においてシリコン酸化膜からなる側壁、または窒化膜のどちらかがエッチングされてはならない。
また、コンタクトホール下部のシリコン基板の面が露出しない場合であっても、ゲートまたはキャパシタ製造用のポリシリコン電極、または配線表面が露出する場合があり、このような場合にも前記シリコン基板表面が露出する場合と同様に損傷層、酸化膜または汚染物質を除去する必要がある。
場合によって、下部のゲート電極またはメモリのビットライン（ｂｉｔ ｌｉｎｅ）にメタル（ｍｅｔａｌ）を用いるようになり、コンタクトホールをエッチングする時にメタル上部が露出する。この場合も、上部及び壁面の汚染物質を除去しなければならず、エッチングされたメタル成分が汚染物質に含まれていて容易に除去されないので、工程上注意が要望される。
図１は従来のフッ素酸（ｆｌｕｏｒｉｎｅ ａｃｉｄ）塗布装置の概略的な構成図であって、フッ素酸液１０、加熱チャンバ２０、基板３０、基板積載部４０、フッ素酸溶液貯蔵タンク５０、前記タンク内のフッ素酸溶液６０、フッ素酸が供給される流入管７０、８０などを具備する。自然酸化膜の形成を防止するためにシリコン表面に酸素と反応するフッ素酸層を形成して酸素をあらかじめ除去することによって、自然酸化膜の形成を防止する方法として、フッ素酸塗布装置を用いてフッ素酸蒸気を発生させてシリコン表面にフッ素酸層を形成し、前記フッ素酸層に熱を加えて硬化させる方法である。そうすると、前記フッ素酸層が形成された基板をエッチングするためにエッチング装置内へ運ぶ時に流入される酸素か、エッチング装置内に残留する酸素は、工程チャンバ内の内部熱によって熱処理される基板の表面に形成されたフッ素酸層と相互化学的に反応して除去される。
しかし、前記従来技術は装備構成と概念を単純化させるという長所にもかかわらず微細な工程変数（パラメータ）を効果的に制御しにくいという問題がある。
表面洗浄のために紫外線（ＵＶ ｌｉｇｈｔ）とオゾン（Ｏ３）を用いることができる。これはシリコン表面を紫外線によって解離されたオゾンとの反応を利用して酸化させ、この酸化層を湿式エッチングで除去する。これはシリコン表面の酸化の時、長い時間がかかることから、工程の進行が遅延するという短所がある。
図２は従来のプラズマを用いたエッチング装置の概略的な構成図であって、第１工程ガス流入部９０へＨ２とＮ２を流入させてプラズマ発生部１００でプラズマを発生させた後、第２ガス流入口１１０を通じてＮＦ３を流入させる方法である。これによって、チャンバ１４０内のシリコン基板１２０をエッチングし、排出口１３０を通じてガスが排出される。
メイン処理ガスとしてＮＦ３ガスはプラズマ解離及び活性化を加速することから、エッチングに係わった過度のフッ素原子及びイオンが発生する。その結果、シリコン表面が損傷層より深く過度エッチングされるか、エッチングされてはならないＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）酸化膜または窒化膜がともにエッチングされる。これはＮＦ３が用いられる時、自然酸化膜エッチング率とシリコン、ＢＰＳＧ、または窒化物のエッチング率の間の低い選択比のためである。
第１処理ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）のような非活性気体における、さらに他の特徴は遅いエッチング率を示すことである。
したがって、上述した従来の湿式または乾式エッチングよりも改善した洗浄方法が求められている。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供する本発明の目的は、ゲート酸化膜成長前にシリコン表面に形成された自然酸化膜または化学的酸化膜を除去することにより、ゲート酸化膜の特性低下を防止することにある。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供する本発明の他の目的は、シリサイド（ｓａｌｉｃｉｄａｔｉｏｎ）（ＣｏＳｉｘ ｏｒ ＮｉＳｉｘ）形成前に酸化膜のエッチングの時に露出するシリコン表面から自然酸化膜または化学的酸化膜、損傷部及び汚染物質を除去することにより、コンタクト抵抗増加及び漏れ電流の増加を防止することにある。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供する本発明の他の目的は、コンタクトホール形成のための酸化膜エッチングの時に露出するシリコン表面から自然酸化膜または化学的酸化膜、損傷部及び汚染物質を除去することにより、コンタクト抵抗の増加及び漏れ電流の増加を防止することにある。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供する本発明の他の目的は、コンタクトホール形成のための酸化膜エッチングの時に露出するシリコン表面から自然酸化膜及び汚染物質を除去することにより、コンタクト抵抗の増加及び漏れ電流の増加を防止することにある。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供する本発明の他の目的は、メタル層との連結のためのコンタクトホールをエッチングする時、コンタクトホールの側壁と下部メタル層の上部面のポリマのような汚染物質を除去することにある。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供する本発明の他の目的は、ＳＴＩ（ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）の形成前にエッチングされたシリコン表面から自然酸化膜または化学的酸化膜、損傷部及び汚染物質を除去することにより、漏れ電流の増加を防止することにある。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供する本発明のさらに他の目的は、集積回路製造においてエピタキシャル（ｅｐｉｔａｘｉａｌ）シリコン成長工程前にシリコン表面の自然酸化膜または化学的酸化膜を除去して良質のエピタキシャルシリコンを成長させることにある。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供する本発明のさらに他の目的は、半球形（ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｇｒａｉｎｓ:ＨＳＧｓ）シリコン形成工程において、下部シリコン表面から自然酸化膜または化学的酸化膜を除去して良質の半球形を成長させることにある。
プラズマを用いた表面洗浄装置及び方法を提供するさらに他の目的は、工程均一度を改善させることにある。
本発明の上述した目的は表面洗浄装置及び方法によって実現することができる。本発明の一実施形態によれば、プラズマを用いた表面洗浄装置は真空保持可能なチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、シリコン基板を積載する基板積載部と、前記チャンバ内にプラズマ発生及び保持のための第１工程ガスを流入する第１工程ガス流入部と、前記流入された第１工程ガスをプラズマ化させるプラズマ発生部と、前記チャンバ内の前記プラズマ発生部と前記基板積載部との間に設けられ、ラジカルのみを基板の方へ通過させるための濾過部と、前記プラズマ発生部と前記濾過部との間に設けられ、第２工程ガスを前記チャンバ内へ流入する第２工程ガス流入部とを含む。
望ましくは、前記プラズマ発生部はマイクロウェーブ発生装置を前記プラズマ発生のためのエネルギー供給源として用いる。
望ましくはラジカルの蒸着及びラジカルとともに副産物層の形成を防止して高いエッチング率を確保するためにラジカルを基板の表面に集中させるように前記チャンバの壁面を所定の温度で保持させる壁面加熱ジャケットが提供される。特に、５０℃乃至１２０℃の間のチャンバ壁面の温度は一般洗浄条件より２〜３倍速い表面洗浄速度を提供する。
望ましくは、前記濾過部は接地されているか、球形波または正弦波の交流電圧が印加されたバッフル（ｂａｆｆｌｅ）またはグリッド（ｇｒｉｄ）を前記濾過部として用いることができる。
より望ましくは、各ウェーハ工程進行後チャンバ内の環境を一定に保持するためにコンディショニングガスを前記チャンバ内へ流入する第３工程ガス流入部をさらに備えることができる。
本発明の他の実施形態によれば、プラズマを用いた表面洗浄方法は絶縁膜を含む少なくとも一つ以上の膜を有するシリコン基板上にコンタクトホールのためのエッチングの時に形成された損傷部及び所望しない酸化膜を除去するために酸化膜の上部にポリマ膜が形成される。前記ポリマ膜と前記酸化膜は熱処理を行って除去される。ポリマ膜の成分は分解されて酸化膜の成分と結合し、活性化されて除去され、シリコン基板表面の損傷部も除去される。
望ましくは、ポリマ膜の形成段階において、プラズマはＨ２とＮ２とを含む第１工程ガスを流入することによって形成され、前記プラズマを濾過してラジカルのみがシリコン基板に通過し、ハロゲン元素を含む第２工程ガスが流入される。
望ましくは、第２工程ガスはフッ素酸（ＨＦ）である。
望ましくはポリマ膜と酸化膜は紫外線（ＵＶ）ランプまたは赤外線（ＩＲ）ランプを用いた熱処理によって除去されるか、加熱チャンバ内で熱処理することによって除去される。
望ましくは、熱処理ガスはＨ２である。熱処理時Ｈ２の流れはポリマ膜と酸化膜とを除去する時間を減らし、同時にハロゲン結合とともにシリコン表面、シリサイド（ｓｉｌｉｃｉｄｅ）または金属に保護膜を覆い、これは後続工程前に許容可能な時間を延長させる。Ｈ２の望ましい流量は１０ｓｃｃｍと５０００ｓｃｃｍである。
望ましくは、シリコン基板表面の損傷部は加熱チャンバ内で熱処理することによって除去される。
より望ましくは、損傷部除去段階はポリマ膜と酸化膜が除去された同一のチャンバ内でインシチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）に進行される。
本発明の他の実施形態によれば、真空保持可能なチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、シリコン基板を積載する基板積載部と、前記チャンバ内へプラズマ発生及び保持のための第１工程ガスを流入する第１工程ガス流入部と、プラズマ発生部と、前記チャンバ内の前記プラズマ発生部と前記基板積載部との間に設けられ、ラジカルのみを基板の方へ過させるための濾過部と、第２工程ガス流入部を含む表面洗浄装置内において、集積回路の製造のためのプラズマを用いた表面洗浄方法は、第１工程ガスが前記チャンバ内に流入され、プラズマ発生部で第１工程ガスからプラズマが生成され、第２工程ガスが前記チャンバ内に流入され、次に第３工程ガスがチャンバ内に流入されて各ウェーハ工程進行後、前記チャンバ内の環境を一定に保持する。
望ましくは、第１工程ガスはＨ２とＮ２とを含む。
望ましくは、前記濾過部は接地されるか、ＡＣ電圧が印加される。
望ましくは、第２工程ガスはハロゲン元素を含む。
より望ましくは、第２工程ガスはフッ素酸（ＨＦ）である。
望ましくは、第３工程ガスはＨ、Ｆ、Ｏ、及びＮを含むガスのうちの少なくともいずれか一つを含む。
望ましくは、熱処理ガスはＨ２、Ｎ２又はＡｒのうちの少なくともいずれか一つを含む。
本発明によれば、（１）ゲート酸化膜成長の前にシリコン表面に形成された自然酸化膜または化学的酸化膜を除去することにより、ゲート酸化膜の特性低下を引き起こすことを防止することができ、（２）コンタクトホールとエッチングの時損傷されたシリコン表面部分に対してエッチング後に露出するシリコン表面に形成される自然酸化膜または化学的酸化膜を除去してコンタクト抵抗の増加及びコンタクト部位の漏電を防止することができ、（３）メタルコンタクトホールをエッチングする時、コンタクト側壁と下部メタル境界部位に存在するポリマなどの有機汚染物を除去してメタルコンタクト抵抗を小さくすることができ、（４）エピタキシャルシリコン成長工程においてシリコン表面の自然酸化膜または化学的酸化膜を除去して良質のエピタキシャルシリコンを成長させることができ、（５）半球形（ＨＳＧ）シリコン形成工程において下部膜であるシリコン表面の自然酸化膜または化学的酸化膜を除去して良質の半球形を成長させることができ、（６）各ウェーハ工程進行の後にコンディショニングガスを流入させてチャンバ内部の環境を一定に保持することにより、工程均一性（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を向上させることができる。
本発明の望ましい実施形態を添付の図を参照して詳細に説明する。後述する説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。
図３は本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を示す。プラズマエッチング装置は、マイクロウエーブプラズマを用いて乾式洗浄工程を実行する。図３を参照すれば、真空保持可能なチャンバ１４０の下端に位置した基板積載部１６０にシリコン基板１８０を載置し、Ｎ２及びＨ２ガスを第１工程ガス流入部１３０へ注入する。この時、Ｎ２及びＨ２の混合ガスはプラズマ発生及び保持のためのキャリアガスとして作用する。次に、マイクロウェーブソースモジュール（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ｍｏｄｕｌｅ）１１０とプラズマアプリケータ１２０とを稼動してプラズマを発生させ、第２工程ガス流入口１９０を通じてフッ素酸（ＨＦ）ガスを流入させる。フッ素含有ハロゲン元素（化合物）、またはＨＣｌ、ＢＣｌ３、又はＣｌＦ３のようなハロゲン元素（化合物）をフッ素酸（ＨＦ）の代わりに用いることができる。前記過程で形成されたプラズマが基板の方へ動く間濾過部１５０を通過する。濾過部１５０は、接地されたバッフル（ｂａｆｆｌｅ）またはグリッド（ｇｒｉｄ）であって、ポテンシャル（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：電位）を吸収してラジカルのみがシリコン基板１８０に到逹する。ヒータ２１０は熱処理のためのものであり、シリコン基板表面の損傷部は加熱チャンバ内で熱処理することによって除去される。壁面加熱ジャケット２２０はラジカルがチャンバ１４０壁面に蒸着されて副産物層を形成することを防止し、高いエッチング率のためにラジカルがシリコン基板１８０の表面に集中するようにチャンバ１４０の壁面温度を一定の温度に保持する。チャンバ内部の環境を一定に保持し、エッチングの後、エッチング再現性（ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ）を増加させるためにコンディショニングガスとしてＨ、Ｏ、ＮまたはＦを含むガスが第３工程ガス流入部２００を通じて流入される。コンディショニングガスはＨ、Ｆ、Ｏ又はＮを含むガス、またはガスの混合気である。
用いられた工程ガスは排出口１７０を通じて排出される。
図４は本発明の他の実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成図である。プラズマエッチング装置はリモートプラズマを利用して乾式洗浄工程を実行する。図４を参考すれば、プラズマエッチング装置はプラズマを発生させるためにＲＦパワーを印加することを除いては前記マイクロウエーブプラズマ方式の乾式洗浄装置とほぼ類似である。プラズマエッチング装置は当業界における一般的な装置なので詳細な説明は略する。
図５乃至図９は本発明の一実施形態に係る自然酸化膜及びシリコン基板表面の損傷部位除去過程を順に示す断面図である。
図５はシリコン基板４０の上部に層間絶縁層４１を形成した後、コンタクト領域の前記層間絶縁層４１をエッチングしてコンタクトホールを形成した状態を示す。コンタクト領域の露出した前記シリコン基板４０表面がエッチングの時に損傷される。その結果、損傷層４２と自然酸化膜４３はシリコン基板上に順に形成される。この時、自然酸化膜４３及び損傷層４２はコンタクト抵抗または漏れ電流を増加させて素子特性を低下させるので、これを除去する工程が必要である。
図６はＨ２、Ｎ２ガスを用いたプラズマ及び第２工程ガスとしてフッ素酸（ＨＦ）ガスを利用して自然酸化膜４３上部にＮｘＨｙＦｚポリマ膜４４または副産物、層間絶縁層４１、及びコンタクトホールの側壁を形成した状態を示す。この時、プラズマを濾過するためのグリッド（ｇｒｉｄ）またはバッフル（ｂａｆｆｌｅ）を接地させるか、交流電圧（ＡＣ ｖｏｌｔａｇｅ）を印加してプラズマのうちラジカルのみを基板表面に到達させる。
図７は熱処理（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）してポリマ膜４４を除去した状態を示す。この時、熱処理によってポリマ膜４４の構成成分が分解されつつ下部の自然酸化膜４３の構成成分と結合してＮ２Ｏ、Ｏ、Ｆ、ＨＦ、ＮＨ３、ＳｉＦ４などの形態に励起されて放出されることがわかる。熱処理温度は１２０°〜４００°の間である。望ましくは、熱処理ガスはＨ２、Ｎ２、Ａｒのうちの少なくとも一つである。特に、Ｈ２ガスを用いた熱処理はシリコン基板表面処理を終結させる。熱処理の代りに、ポリマ膜または副産物は、紫外線（ＵＶ）ランプまたは赤外線（ＩＲ）ランプを用いて除去することもできる。
図８は前記熱処理によって自然酸化膜４３が除去され、シリコン表面が疎水クリーニング（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｃｌｅａｎｉｎｇ）を実行する段階を示す。
図９は同一のチャンバでインシチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）に進行してシリコン損傷層４２を除去する段階を示す。この時、シリコン損傷層４２はＨＦ／Ｈ２、ＨＦ／Ｏ２、ＮＦ３／Ｏ２、ＳＦ６／Ｏ２、及びＣＦ４／Ｏ２のうちのいずれか一つ以上のリモートプラズマ、またはＮＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ２のガスとＯ２、ＣＯ２、ＮＯ２、Ｎ２などとＨｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ａｒなどの非活性ガスを適切に混合して用いることができる。コンタクトホール形成のためのエッチングのようにメタルエッチングを含む工程の時に発生したシリコン基板表面の損傷を除去する場合にはＨＣｌ、ＣｌＦ３などのＣｌを含むリモートプラズマを用いれば、より効果的である。
下表はＨ２とＮ２の混合ガスが第１工程ガスである時、第２工程ガスとして本発明のフッ素酸（ＨＦ）を用いた場合と従来の一般的なＮＦ３を用いた場合の比較表である。表からわかるように、本発明はエッチング率（Ｅｔｃｈ Ｒａｔｅ）（Å／ｍｉｎ）、シリコン基板平坦度（Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）（Ｒｍｓ:ｎｍ）、メタル汚染などの項目において大きく改善することが分かる。
図１０は自然酸化膜を除去する前のコンタクトプロファイルを示し、図１１は６０秒の間自然酸化膜工程を進行したコンタクトプロファイルを示す。線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ:ＣＤ）変化及び基板損傷などのコンタクトプロファイルにほぼ変化がない。
図１２は一定のＨ２流量においてＮ２流量によるエッチング率及び均一度を示すグラフである。ガス圧力は５Ｔｏｒｒであり、マイクロウェーブ電力は６００Ｗであり、Ｈ２流量は３０ｃｃｍであり、フッ素酸（ＨＦ）（第２工程ガス）の流量は４８ｓｃｃｍである。Ｎ２流量が０であれば、ＳｉＯ２（Å／ｍｉｎ）のエッチング率は無視しても良い。ＳｉＯ２（Å／ｍｉｎ）のエッチング率はＮ２流量が増加することによって増加する。Ｎ２流量が９００ｓｃｃｍに到逹すれば、エッチング率は頂点に達する。類似の傾向が、圧力が０．１Ｔｏｒｒ乃至５０Ｔｏｒｒ範囲で発見され、マイクロウェーブ電力が１００Ｗ乃至２０００Ｗ範囲で発見され、フッ素酸（ＨＦ）流量が５ｓｃｃｍ乃至５００ｓｃｃｍである時に発見される。均一性はＮ２流量が増加することによって改善し、Ｎ２流量が１８００ｓｃｃｍである時、現在の工程キットで約１０％である。
図１３は一定のＮ２流量においてＨ２流量によるエッチング率及び均一度を示すグラフである。ガス圧力は５Ｔｏｒｒであり、マイクロウェーブ電力は６００Ｗであり、Ｎ２流量は１８００ｓｃｃｍであり、フッ素酸（ＨＦ）（第２工程ガス）の流量は４８ｓｃｃｍである。Ｈ２流量が０であれば、ＳｉＯ２（Å／ｍｉｎ）のエッチング率は無視しても良い。ＳｉＯ２（Å／ｍｉｎ）のエッチング率はＨ２流量が増加することによって増加する。類似の傾向が圧力０．１Ｔｏｒｒ乃至５０Ｔｏｒｒ範囲で発見され、マイクロウェーブ電力が１００Ｗ乃至２０００Ｗ範囲で発見され、ＨＦ流量が５ｓｃｃｍ乃至５００ｓｃｃｍである時発見される。均一性は現在の工程キットでＨ２流量が増加することによって改善する。
図１２及び図１３において、ＳｉＯ２の５０（Å／ｍｉｎ）のエッチング率を得るために、少なくとも５００ｓｃｃｍのＮ２流量と少なくとも２０ｓｃｃｍのＨ２流量が望ましい。
特に、一般洗浄環境対比２〜３倍の表面洗浄速度はプラズマ生成、ポリマ形成、熱処理を含んだ全体洗浄工程の時にチャンバ壁面温度を５０℃と１２０℃との間に保持する時に得ることができる。全体洗浄工程の時にチャンバ壁面温度を５０℃と１２０℃との間に保持すれば、汚染パーティクルが壁に生成されることを防止することができる。
本発明は望ましい実施形態を参考して説明したが、請求項に規定されたように本発明が属する分野の当業者によって本発明の思想と範囲を逸脱しない限度で形態及び詳細事項において多様な変化が可能である。
１１０ マイクロウェーブソースモジュール
１２０ プラズマアプリケータ
１３０ 第１工程ガス流入部
１４０ チャンバ
１５０ 濾過部
１６０ 基板積載部
１７０ 排出口
１８０ シリコン基板
１９０ 第２工程ガス流入口
２００ 第３工程ガス流入部
２１０ ヒータ
２２０ 加熱ジャケット
１２０ プラズマアプリケータ
１３０ 第１工程ガス流入部
１４０ チャンバ
１５０ 濾過部
１６０ 基板積載部
１７０ 排出口
１８０ シリコン基板
１９０ 第２工程ガス流入口
２００ 第３工程ガス流入部
２１０ ヒータ
２２０ 加熱ジャケット
Claims (22)
- プラズマを利用して自然酸化物、化学的酸化物、または損傷された部分を有する基板の表面を洗浄する方法において、
Ｈ２とＮ２を混合したガスである第１工程ガスを洗浄装置の第１流入部に流入する段階と、
前記洗浄装置のプラズマ生成空間内で前記第１ガスからプラズマを生成し保持する段階と、
前記洗浄装置の第２流入部にフッ素酸ガスの第２工程ガスを流入し、前記第２工程ガスは前記第１ガスのプラズマによってフッ素酸（ＨＦ）ラジカルで活性化される段階と、
前記基板の前記表面に前記第１ガス、前記第２ガス、及び前記物質の副産物であるＮｘＨｙＦｚのポリマ膜を形成する段階と、
前記基板を熱処理して前記ポリマ膜を除去し、前記基板の前記表面を洗浄する段階とを特徴とする基板の表面を洗浄する方法。 - 前記第１ガスの前記プラズマを生成し保持する段階後に、
前記第１ガスの前記プラズマを濾過してラジカルのみを通過させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の基板の表面を洗浄する方法。 - 前記ポリマ膜と前記自然酸化膜とを除去する段階後に、Ｈ２の流動とともに熱処理によって前記基板の前記表面の損傷層を除去することを特徴とする請求項１に記載の基板の表面を洗浄する方法。
- ガス圧力は０．１Ｔｏｒｒ乃至５０Ｔｏｒｒの範囲であり、マイクロウェーブ電力は１００Ｗ乃至２０００Ｗ範囲であり、Ｎ２流量は５００ｓｃｃｍ以上であり、フッ素酸（ＨＦ）流量は５ｓｃｃｍ乃至５００ｓｃｃｍ範囲である時、前記Ｈ２ガスの流量は２０ｓｃｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の基板の表面を洗浄する方法。
- ガス圧力は０．１Ｔｏｒｒ乃至５Ｔｏｒｒの範囲であり、マイクロウェーブ電力は１００Ｗ乃至２０００Ｗ範囲であり、Ｈ２流量は２０ｓｃｃｍ以上であり、フッ素酸流量は５ｓｃｃｍ乃至５００ｓｃｃｍ範囲である時、前記Ｎ２ガスの流量は５００ｓｃｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の基板の表面を洗浄する方法。
- ガス圧力は０．１Ｔｏｒｒ乃至５０Ｔｏｒｒの範囲であり、マイクロウェーブ電力は１００Ｗ乃至２０００Ｗ範囲であり、フッ素酸（ＨＦ）流量は５ｓｃｃｍ乃至５００ｓｃｃｍ範囲である時、前記Ｈ２ガスの流量は２０ｓｃｃｍ以上であり、Ｎ２ガスの流量は５００ｓｃｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の基板の表面を洗浄する方法。
- 前記熱処理は紫外線ランプまたは赤外線ランプを用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の基板の表面を洗浄する方法。
- 前記洗浄装置の壁面温度は前記基板の前記表面を洗浄する全体工程の時、５０℃〜１２０℃の間に保持されることを特徴とする請求項１に記載の基板の表面を洗浄する方法。
- 前記熱処理は１２０℃〜４００℃の間で１０ｓｃｃｍ及び５０ｓｃｃｍであるＨ２ガスの流動を通じて行われることを特徴とする請求項１に記載の基板の表面を洗浄する方法。
- 絶縁層を含んで少なくとも一つ以上の層を有する半導体基板上にコンタクトホールを形成するためのエッチング工程の時に形成された自然酸化膜を除去するためのプラズマを用いた表面洗浄装置において、
前記絶縁層と前記絶縁層のエッチングの時、前記基板上に形成された自然酸化膜上にＮｘＨｙＦｚのポリマ膜を形成し、前記ポリマ膜はＨ２とＮ２とを混合した第１工程ガスの流入によってプラズマを発生させ、前記プラズマに第２工程フッ素酸（ＨＦ）ガスを流入して形成され、
前記ポリマ膜と前記自然酸化膜とを熱処理によって除去し、前記ポリマ膜の成分は分解され、前記自然酸化膜の成分と結合して励起されて除去されることを特徴とする表面洗浄方法。 - 前記熱処理は１２０℃〜４００℃の間で１０ｓｃｃｍ及び５０ｓｃｃｍであるＨ２ガスの流動を通じて行われることを特徴とする請求項１０に記載の基板の表面洗浄方法。
- 前記洗浄装置の壁面温度は前記基板の前記表面を洗浄する全体工程の時、５０℃〜１２０℃の間に保持されることを特徴とする請求項１０に記載の表面洗浄方法。
- 真空保持可能なチャンバと、基板を積載する基板積載部と、プラズマ発生及び保持のための第１工程ガスを流入する第１工程ガス流入部と、プラズマ発生部と、ラジカルのみを前記基板の方へ通過させるための濾過部と、第２工程ガス流入部を含む表面洗浄装置で集積回路の製造のためのプラズマを用いた表面洗浄方法において、
パターニング工程の時、前記基板上の自然酸化膜上にＮｘＨｙＦｚのポリマ膜を形成し、前記ポリマ膜はＨ２とＮ２とを混合した第１工程ガスを前記第１工程ガス流入部に流入してプラズマを発生させ、前記第２工程ガス流入部を通じて前記プラズマに第２工程フッ素酸（ＨＦ）ガスを流入して形成され、前記ポリマ膜と前記自然酸化膜とを熱処理によって除去し、前記ポリマ膜の成分は分解されて前記自然酸化膜の成分と結合して励起されて除去されることを特徴とする表面洗浄方法。 - Ｈ２とＮ２とを混合した前記第１工程ガスを流入して前記プラズマを発生させる段階と前記プラズマに前記第２工程フッ素酸（ＨＦ）ガスを流入する段階との間に前記プラズマを濾過してラジカルのみを通過させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の表面洗浄方法。
- 前記ポリマ膜と前記自然酸化膜とを除去する段階後に、Ｈ２の流動とともに熱処理によって前記基板の前記表面の損傷層を除去することを特徴とする請求項１３に記載の表面洗浄方法。
- 前記洗浄装置の壁面温度は前記基板の前記表面を洗浄する全体工程の時、５０℃〜１２０℃の間に保持されることを特徴とする請求項１３に記載の表面洗浄方法。
- ガス圧力は５Ｔｏｒｒであり、マイクロウェーブ電力は６００Ｗであり、フッ素酸（ＨＦ）（第２工程ガス）流量は４８ｓｃｃｍである時、前記Ｈ２ガスの流量は１８０ｓｃｃｍ以上であり、Ｎ２ガスの流量は１８００ｓｃｃｍ以上であることを特徴とする請求項１３に記載の表面洗浄方法。
- 真空保持可能なチャンバと、基板を積載する基板積載部と、プラズマ発生及び保持のための第１工程ガスを流入する第１工程ガス流入部と、プラズマ発生部と、ラジカルのみを前記基板の方へ通過させるための濾過部と、第２工程ガス流入部と、各ウェーハ工程の後、チャンバ内部環境を一定に保持するための第３工程ガス流入部とを含む表面洗浄装置で集積回路の製造のためのプラズマを用いた表面洗浄方法において、
Ｈ２とＮ２とを混合したガスである第１工程ガスを、第１工程ガス流入部を通じて前記チャンバへ流入する段階と、
前記プラズマ発生部において前記第１工程ガスからプラズマを生成する段階と、
前記第２工程ガス流入部を通じて前記チャンバにフッ素酸（ＨＦ）の第２工程ガスを流入する段階と、
熱処理によって前記ポリマ膜と前記自然酸化膜とを除去し、前記ポリマ膜の成分は分解され、前記自然酸化膜の成分と結合して励起されて除去される段階と、
前記洗浄工程後に第３工程ガスを前記チャンバ内へ流入して前記チャンバ環境を一定に保持する段階とを含むことを特徴とする表面洗浄方法。 - ガス圧力は０．１Ｔｏｒｒ乃至５０Ｔｏｒｒの範囲であり、マイクロウェーブ電力は１００Ｗ乃至２０００Ｗ範囲であり、フッ素酸（ＨＦ）流量は５ｓｃｃｍ乃至５００ｓｃｃｍ範囲である時、前記Ｈ２ガスの流量は２０ｓｃｃｍ以上であり、Ｎ２ガスの流量は５００ｓｃｃｍ以上であることを特徴とする請求項１８に記載の表面洗浄方法。
- 前記ポリマ膜と前記自然酸化膜は紫外線ランプまたは赤外線ランプを用いた熱処理によって除去されることを特徴とする請求項１８に記載の表面洗浄方法。
- 前記ポリマ膜と前記自然酸化膜とを除去する段階後に、Ｈ２の流動とともに熱処理によって前記基板の前記表面の損傷層を除去することを特徴とする請求項１８に記載の表面洗浄方法。
- 前記洗浄装置の壁面温度は前記基板の前記表面を洗浄する全体工程の時、５０℃〜１２０℃の間に保持されることを特徴とする請求項１８に記載の表面洗浄方法。
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