JP2008159892A - パターン形成方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
パターン形成方法、および半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 パターン形成方法は、被処理体上に第1の線幅を有する初期パターンが形成されたシリコン表面を、プラズマ処理装置の処理室内でプラズマ酸化処理し、初期パターンの表面にシリコン酸化膜を形成する表面酸化工程と、シリコン酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、を繰り返し行なうことにより、被処理体上に、第1の線幅に比べ微細な第2の線幅を持つ目的のパターンを形成する。
【選択図】図1
Description
また、ドライエッチングでは、シリコン表面や下地膜等に表面荒れなどのプラズマダメージが生じたり、エッチングの際に生成した副生成物が、その後に行なわれる熱酸化工程で拡散したりする等の問題も指摘されている。このように生成した表面荒れやダメージ層は、半導体装置において接合リークの増大などの不具合をもたらす原因となる。
前記シリコン酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
を繰り返し行なうことにより、被処理体上に、前記第1の線幅に比べ微細な第2の線幅を持つ目的のパターンを形成することを特徴とする、パターン形成方法を提供する。
前記目的のパターンが形成された被処理体の表面を前記プラズマ処理装置の処理室内でプラズマ酸化処理し、シリコン酸化膜を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法を提供する。この場合、前記半導体装置は、3次元構造デバイスであってもよい。
前記プラズマにより、被処理体を処理するための真空排気可能な処理室と、
前記処理室内で、上記第1の観点のパターン形成方法における表面酸化工程が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置を提供する。
従って、本発明のパターン形成方法は、例えば3次元構造のトランジスタ等を作製する際の複雑なパターン形成に好適に利用できる。
図1は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法の工程手順の一例を示すフロー図である。
本実施形態のパターン形成方法において、まずステップS1では、被処理基板のシリコン表面に第1の線幅を有する初期パターンを形成する。この初期パターンは、例えばフォトリソグラフィー技術によりパターン形成されたレジストをマスクとしてドライエッチング等を行なうことにより形成することができる。
Slot Antenna;ラジアルラインスロットアンテナ)等の平面アンテナのプラズマ処理装置100を用いて行なうことができる。
まず、図2(a)では、ウエハWの表面に、シリコン(ポリシリコン、アモルファスシリコンまたは単結晶シリコン)よりなる第1の線幅w0を有する初期パターン300が形成されている。次に、この初期パターン300が形成されたシリコンの表面をプラズマ酸化処理することにより、図2(b)に示すように、シリコン酸化膜310を形成する(図1のステップS2)。このシリコン酸化膜310を所定の膜厚例えば3〜15nm、好ましくは6〜10nmで形成できるように、プラズマ処理条件、例えばガス流量、マイクロ波出力、処理圧力、処理時間などを規定することが好ましい。
プラズマ処理装置100によりシリコン表面の酸化処理を行う際には、まず、ゲートバルブ26を開にして搬入出口25から初期パターン300が形成されたウエハWをチャンバー1内に搬入し、サセプタ2上に載置する。
処理ガスの流量は、Arガス:500〜10000mL/min、O2ガス:5〜100mL/minの範囲から、全ガス流量に対する酸素の割合が上記値となるように選択することができる。
また、処理温度は300〜800℃の範囲から選択でき、400〜600℃が好ましい。
次に、加熱により反応生成物を取り除く工程では、反応生成物が形成されたウエハWを、例えば50〜300℃、好ましくは100〜200℃の温度で30〜360秒間、好ましくは100〜200秒間加熱することが好ましい。
このような条件でCOR処理を実施することにより、シリコン酸化膜を下地のシリコンに対して高い選択比で除去することができる。
また、上記ガス導入部164の下には、プラズマ形成部166が設けられている。このプラズマ形成部166では、2.45GHzのマイクロ波を発生するマイクロ波発生源168で発生したマイクロ波を、導波管170を介して矩形導波管172へ供給するようになっている。そして、この供給されたマイクロ波によりプラズマ形成管150内にH2ガスとN2ガスの混合ガスのプラズマが生成し、ダウンフローを形成できるようになっている。プラズマ形成管150の下端部の流出口174の直下には、図示しないNF3ガス供給源に接続されたシャワーヘッド176が設けられている。
また、チャンバー内圧力は266〜1333Paとすることが好ましく、400〜933Paがより好ましい。温度は90〜500℃の範囲とすることが好ましい。他の条件として、例えばマイクロ波の周波数は2.45GHz、マイクロ波パワーは、200〜1500Wとすることが好ましい。このようにH、N、NF3を含む活性種をシリコン酸化膜と反応させ、反応生成物を形成せしめる。
このような条件でNOR処理を実施することにより、シリコン酸化膜を下地のシリコンに対して高い選択比で除去することができる。
すなわち、本実施形態のパターン形成方法では、図3に例示されるプラズマ処理装置100によって形成されるマイクロ波励起高密度プラズマを利用することによって、プラズマダメージを極力抑制しながら、シリコンの面方位[(100)面や(110)面]に依存することなく均一なシリコン酸化膜を形成することができる。従って、このようなシリコン酸化膜を形成する表面酸化工程(ステップS2)と、このシリコン酸化膜を除去する酸化膜除去工程(ステップS3)を繰り返すことにより、高い精度でパターン形成が可能になる。
プラズマ処理装置100を用い、下記の条件Aで凹部(トレンチ)が形成されたシリコン(単結晶)表面にシリコン酸化膜(SiO2膜)を8nmの膜厚で形成した。なお、比較のため条件Bの熱酸化方法により同様の膜厚でシリコン酸化膜を形成した。
Ar流量:500mL/min(sccm)、
O2流量:5mL/min(sccm)
H2流量:5mL/min(sccm)
O2ガス比率:約1%
処理圧力:133.3Pa(1Torr)
マイクロ波パワー:2750W
処理温度:400℃
処理時間:90秒
マイクロ波透過板28の面積:1027mm2
処理温度:950℃
処理時間:420秒
2;サセプタ
3;支持部材
5;ヒータ
15;ガス導入部材
16;ガス供給系
17;Arガス供給源
18;O2ガス供給源
19;H2ガス供給源
23;排気管
24;排気装置
25;搬入出口
26;ゲートバルブ
28;マイクロ波透過板
29;シール部材
31;平面アンテナ部材
32;マイクロ波放射孔
37;導波管
37a;同軸導波管
37b;矩形導波管
39;マイクロ波発生装置
40;モード変換器
50;プロセスコントローラ
101;大気圧プラズマエッチング装置
300;初期パターン
301;中間パターン
302;2次パターン
W…ウエハ(基板)
Claims (19)
- 被処理体上に第1の線幅を有する初期パターンが形成されたシリコン表面を、プラズマ処理装置の処理室内でプラズマ酸化処理し、前記初期パターンの表面にシリコン酸化膜を形成する表面酸化工程と、
前記シリコン酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
を繰り返し行なうことにより、被処理体上に、前記第1の線幅に比べ微細な第2の線幅を持つ目的のパターンを形成することを特徴とする、パターン形成方法。 - 前記酸化膜除去工程では、希フッ酸を用いたウェットエッチング処理により前記シリコン酸化膜を除去することを特徴とする、請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記酸化膜除去工程では、フッ酸蒸気雰囲気でのベーパーエッチング処理により前記シリコン酸化膜を除去することを特徴とする、請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記酸化膜除去工程では、大気圧プラズマエッチング処理により前記シリコン酸化膜を除去することを特徴とする、請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記酸化膜除去工程では、前記処理室と同一または別の処理室内でHFとNH3を含む反応性ガスを前記シリコン酸化膜に作用させて反応生成物を形成した後、被処理体を加熱して該反応生成物を取り除くことにより、前記シリコン酸化膜を除去することを特徴とする、請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記酸化膜除去工程では、HとNを含むガスのプラズマを形成してHとNを含む活性種を形成し、その活性種を前記処理室と同一または別の処理室内に導入するとともに、その処理室内に少なくともNF3ガスを導入して前記活性種によりNF3ガスを活性化し、これらH、NおよびNF3を含む活性種を前記シリコン酸化膜に作用させて反応生成物を形成した後、被処理体を加熱して該反応生成物を取り除くことにより、前記シリコン酸化膜を除去することを特徴とする、請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記第2の線幅が、20nm以下であることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 1回の前記表面酸化工程で形成される前記シリコン酸化膜の膜厚が、3〜15nmであることを特徴とする、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記表面酸化工程におけるプラズマ酸化処理は、シリコンの面方位にかかわらず均一なシリコン酸化膜を形成するプラズマ酸化処理方法により行うことを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記表面酸化工程におけるプラズマ酸化処理は、O(1D2)ラジカルの密度が1×1012[cm−3]以上のプラズマを生成し、該プラズマにより前記シリコン表面を酸化処理することを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記プラズマ処理装置は、複数のスロットを有する平面アンテナにより前記処理室内にマイクロ波を導入してマイクロ波励起プラズマを形成するプラズマ処理装置である、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記プラズマ酸化処理における処理圧力が、1.33〜334Paである、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記プラズマ酸化処理における処理ガス中の酸素の割合が0.2〜1%である、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記処理ガスは、水素を0.01〜1%の割合で含む、請求項13に記載のパターン形成方法。
- 前記プラズマ酸化処理における処理温度が400〜600℃である、請求項1から請求項14のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のパターン形成方法により、前記目的のパターンを形成する工程と、
前記目的のパターンが形成された被処理体の表面を前記プラズマ処理装置の処理室内でプラズマ酸化処理し、シリコン酸化膜を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 - 前記半導体装置は、3次元構造デバイスである、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
- コンピュータ上で動作するプログラムが記憶されたコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、前記プラズマ処理装置の処理室内で、請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のパターン形成方法における表面酸化工程が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、コンピュータ読取り可能な記憶媒体。
- プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理体を処理するための真空排気可能な処理室と、
前記処理室内で、請求項1から請求項15のいずれか1項に記載のパターン形成方法における表面酸化工程が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置。
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