JP2010165954A - Vacuum processing apparatus and vacuum processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空状態の処理室で処理、例えば、エッチングを行う真空処理装置及び真空処理方法に関する。 The present invention relates to a vacuum processing apparatus and a vacuum processing method for performing processing, for example, etching, in a vacuum processing chamber.
半導体装置を製造する工程において、例えば、半導体基板(半導体ウエハ)のコンタクトホールの底部のウエハ上に形成された自然酸化膜(例えば、SiO2)を除去する必要がある。自然酸化膜を除去する技術として、ラジカル状態の水素(H*)とNF3ガスを使用するものが種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In the process of manufacturing a semiconductor device, for example, it is necessary to remove a natural oxide film (for example, SiO 2 ) formed on a wafer at the bottom of a contact hole of a semiconductor substrate (semiconductor wafer). Various techniques using radical hydrogen (H * ) and NF 3 gas have been proposed as techniques for removing the natural oxide film (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示された技術は、所定の真空状態にされた処理室内に処理ガスを導入し、所定の真空状態の雰囲気に配置されたシリコンウエハの酸化表面(SiO2)と反応させて反応生成物(NH4)2SiF6を生成する。その後、処理室を加熱してシリコン基板を所定温度に制御することにより、(NH4)2SiF6を昇華させてシリコン基板の表面の自然酸化膜を除去(エッチング)する技術である。 The technique disclosed in Patent Document 1 introduces a processing gas into a processing chamber in a predetermined vacuum state, and reacts with an oxidized surface (SiO 2 ) of a silicon wafer placed in a predetermined vacuum atmosphere. The product (NH 4 ) 2 SiF 6 is produced. Thereafter, the processing chamber is heated to control the silicon substrate to a predetermined temperature, thereby sublimating (NH 4 ) 2 SiF 6 to remove (etch) the natural oxide film on the surface of the silicon substrate.
近年、自然酸化膜を除去したシリコンウエハの表面(単結晶シリコン、ポリシリコン)に対する清浄度合いに対する要求が高まっているのが現状であり、自然酸化膜を除去した後のシリコン面の更なる浄化性が要求されている。自然酸化膜との界面のシリコン面には、シリコンの格子間に酸素が存在していることも考えられ、自然酸化膜を除去した後であっても酸素が残存する虞がある。 In recent years, there is an increasing demand for the degree of cleanliness of the surface (single crystal silicon, polysilicon) of the silicon wafer from which the natural oxide film has been removed, and further purification of the silicon surface after the natural oxide film has been removed. Is required. It is conceivable that oxygen exists between the silicon lattices on the silicon surface at the interface with the natural oxide film, and oxygen may remain even after the natural oxide film is removed.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる真空処理装置及び真空処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and uses a processing apparatus for removing a natural oxide film, and a vacuum processing apparatus and a vacuum that can reliably remove oxygen on the surface of the substrate after the natural oxide film is removed. An object is to provide a processing method.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の真空処理装置は、基板が配置されると共に内部が所定の真空状態にされる処理室と、ラジカル状態の第1処理ガスまたは補助処理ガスを前記処理室内に導入する第1処理ガス導入手段と、前記第1処理ガスまたは前記補助処理ガスと反応する第2処理ガスを前記処理室内に導入する第2処理ガス導入手段と、前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第1処理ガスと前記第2処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、前記第1処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスと前記第2処理ガス導入手段から導入される第2処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスと前記第2処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a vacuum processing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a processing chamber in which a substrate is disposed and the inside is set to a predetermined vacuum state, and a first processing gas or auxiliary processing gas in a radical state. First processing gas introduction means for introducing gas into the processing chamber, second processing gas introduction means for introducing into the processing chamber a second processing gas that reacts with the first processing gas or the auxiliary processing gas, and the processing chamber. Temperature control means for removing reaction products generated by reacting the first process gas, the second process gas, and the natural oxide film on the substrate surface by controlling the temperature to a predetermined temperature, and the first process The auxiliary processing gas introduced from the gas introducing means and the second processing gas introduced from the second processing gas introducing means are controlled to introduce a surface layer of the substrate from which the natural oxide film has been removed. Processing gas Characterized in that by the second processing gas and a control means for removing a predetermined thickness.
請求項1に係る本発明では、基板の自然酸化膜を除去した後に、制御手段により、第1処理ガス導入手段と第2処理ガス導入手段の双方から補助処理ガスを導入し、制御手段により自然酸化膜が除去された後の基板の表層を補助処理ガスより所定の厚さ除去する。このため、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。 In the present invention according to claim 1, after the natural oxide film on the substrate is removed, the auxiliary processing gas is introduced from both the first processing gas introduction means and the second processing gas introduction means by the control means, and the control means naturally The surface layer of the substrate after the oxide film is removed is removed from the auxiliary processing gas by a predetermined thickness. For this reason, the processing apparatus for removing the natural oxide film can be used to reliably remove oxygen on the surface of the substrate after the natural oxide film is removed.
そして、請求項2に係る本発明の真空処理装置は、請求項1に記載の真空処理装置において、前記処理室の内部には複数枚の前記基板が収容され、前記複数枚の前記基板は、所定間隔で互いに平行に配されていることを特徴とする。 A vacuum processing apparatus according to a second aspect of the present invention is the vacuum processing apparatus according to the first aspect, wherein a plurality of the substrates are accommodated in the processing chamber, and the plurality of the substrates are It is characterized by being arranged in parallel with each other at a predetermined interval.
請求項2に係る本発明では、バッチ処理により自然酸化膜の除去及び自然酸化膜が除去された基板の表層の除去を行うことができる。 In the present invention according to claim 2, it is possible to remove the natural oxide film and remove the surface layer of the substrate from which the natural oxide film has been removed by batch processing.
また、請求項3に係る本発明の真空処理装置は、請求項1に記載の真空処理装置において、前記処理室の内部には一枚の基板が収容されていることを特徴とする。 A vacuum processing apparatus according to a third aspect of the present invention is the vacuum processing apparatus according to the first aspect, wherein a single substrate is accommodated in the processing chamber.
請求項3に係る本発明では、枚葉式処理により自然酸化膜の除去及び自然酸化膜が除去された基板の表層の除去を行うことができる。
In the present invention according to
また、請求項4に係る本発明の真空処理装置は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の真空処理装置において、前記第1処理ガスがHラジカルを生成させるガスであり、前記第2処理ガスがNHxFy及びFラジカルを生成させるガスであり、前記基板がシリコン基板であることを特徴とする。
The vacuum processing apparatus of the present invention according to
また、請求項5に係る本発明の真空処理装置は、請求項4に記載の真空処理装置において、前記第1処理ガスがNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2であり、前記第2処理ガスがNF3であり、前記温度制御手段は、前記第1処理ガスと前記第2処理ガスと自然酸化膜とを反応させることで生成した反応生成物が形成された前記シリコン基板の温度を所定温度に制御し、前記反応生成物を昇華させることにより前記シリコン基板の表面から自然酸化膜を除去し、前記制御手段は、自然酸化膜が除去された前記シリコン基板の表面に前記補助処理ガスと第2処理ガスによりFラジカルを作用させることで前記シリコン基板のシリコン層を所定の厚さ除去することを特徴とする。
A vacuum processing apparatus of the present invention according to
請求項4及び請求項5に係る本発明では、第1処理ガスと第2処理ガスとシリコン基板(シリコンウエハ)表面の酸化膜とを反応させ反応生成物を生成し、シリコンウエハを所定温度に制御することにより、反応生成物を昇華させてシリコンウエハの表面の自然酸化膜を除去(エッチング)し、シリコンウエハの表面にFラジカルを作用させてシリコン層を所定の厚さ除去することができる。
In the present invention according to
また、請求項6に係る本発明の真空処理装置は、請求項5に記載の真空処理装置において、前記補助処理ガスがNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2であることを特徴とする。
A vacuum processing apparatus of the present invention according to claim 6, in the vacuum processing apparatus according to
請求項6に係る本発明では、補助処理ガスとして処理ガスを導入してシリコン基板の表面にFラジカルを作用させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, a processing gas can be introduced as an auxiliary processing gas to cause F radicals to act on the surface of the silicon substrate.
また、請求項7に係る本発明の真空処理装置は、請求項6に記載の真空処理装置において、前記制御手段には、前記Fラジカルを作用させる際に、前記補助処理ガスのNH3またはH2の一方もしくは双方を停止し、N2のみを導入させる停止手段が備えられていることを特徴とする。 A vacuum processing apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the vacuum processing apparatus according to the sixth aspect, wherein when the F radical is applied to the control means, NH 3 or H of the auxiliary processing gas is used. 2 is provided with stopping means for stopping one or both of 2 and introducing only N 2 .
請求項7に係る本発明では、第1処理ガスのNH3またはH2の一方もしくは双方を停止させて補助処理ガスとすることができる。 In the present invention according to claim 7, one or both of NH 3 and H 2 of the first processing gas can be stopped and used as the auxiliary processing gas.
また、請求項8に係る本発明の真空処理装置は、基板が配置されると共に内部が所定の真空状態にされる処理室と、ラジカル状態の第1処理ガスと補助処理ガスを前記処理室内に導入する第1処理ガス導入手段と、前記第1処理ガスと反応する第2処理ガスを前記処理室内に導入する第2処理ガス導入手段と、前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第1処理ガスと前記第2処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、前記第1処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備えたことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a vacuum processing apparatus of the present invention, in which a processing chamber in which a substrate is placed and the inside is brought into a predetermined vacuum state, a first processing gas in a radical state, and an auxiliary processing gas are placed in the processing chamber. By controlling the first processing gas introduction means to be introduced, the second processing gas introduction means for introducing the second processing gas that reacts with the first processing gas into the processing chamber, and the processing chamber to a predetermined temperature, Temperature control means for removing reaction products generated by reacting the first processing gas, the second processing gas, and the natural oxide film on the substrate surface; and the auxiliary processing introduced from the first processing gas introduction means. Control means for controlling a gas introduction state and removing a predetermined thickness of the surface layer of the substrate from which the natural oxide film has been removed by the auxiliary processing gas.
請求項8に係る本発明では、基板の自然酸化膜を除去した後に、制御手段により、ラジカル状態の補助処理ガスを第1処理ガス導入手段から処理室内に導入し、自然酸化膜が除去された後の基板の表層を補助処理ガスより所定の厚さ除去する。このため、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。 In the present invention according to claim 8, after removing the natural oxide film on the substrate, the control means introduces the auxiliary process gas in the radical state into the process chamber from the first process gas introducing means, and the natural oxide film is removed. The surface layer of the subsequent substrate is removed from the auxiliary processing gas by a predetermined thickness. For this reason, the processing apparatus for removing the natural oxide film can be used to reliably remove oxygen on the surface of the substrate after the natural oxide film is removed.
また、本発明の請求項9に係る真空処理装置は、請求項8の真空処理装置において、前記補助処理ガスがNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2とNF3であることを特徴とする。 A vacuum processing apparatus according to claim 9 of the present invention, characterized in that the vacuum processing apparatus according to claim 8, wherein the auxiliary processing gas is at least one of N 2 and NF 3 NH 3 or N 2 And
請求項9に係る本発明では、ラジカル状態のすべての補助処理ガスを同一のガス導入手段から導入することができる。 In the present invention according to claim 9, all the auxiliary processing gases in the radical state can be introduced from the same gas introduction means.
また、請求項10に係る真空処理装置は、請求項9に記載の真空処理装置において、 前記制御手段には、前記Fラジカルを作用させる際に、前記補助処理ガスのNH3またはN2の一方もしくは双方を停止し、N2とNF3を導入させる停止手段が備えられていることを特徴とする。
The vacuum processing apparatus according to
請求項10に係る本発明では、NH3またはN2の一方もしくは双方を停止させて、N2とNF3を補助処理ガスとすることができる。
In the present invention according to
上記目的を達成するための請求項11に係る本発明の真空処理方法は、処理ガスを導入し、所定の真空状態の雰囲気に配置されたシリコン基板の酸化表面と反応させ、反応生成物を生成し、シリコン基板を所定温度に制御することにより前記反応生成物を昇華させてシリコン基板の表面の酸化膜を除去し、酸化膜が除去された前記シリコン基板の配置を維持した状態で、補助処理ガスを導入して前記シリコン基板の表面にFラジカルを作用させ所定厚のシリコン層を除去することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a vacuum processing method of the present invention according to
請求項11に係る本発明では、自然酸化膜が除去された後のシリコン基板の表層を補助処理ガスにより所定の厚さ除去し、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。
In the present invention according to
そして、請求項12に係る本発明の真空処理方法は、請求項11に記載の真空処理方法において、前記処理ガスはNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2及びNF3であり、前記反応生成物を100℃〜200℃の雰囲気で昇華させ、前記補助処理ガスとして前記処理ガスを導入して前記シリコン基板の表面にFラジカルを作用させることを特徴とする。
And the vacuum processing method of the present invention according to
請求項12に係る本発明では、補助処理ガスとして処理ガスを導入してシリコン基板の表面にFラジカルを作用させることができる。 According to the twelfth aspect of the present invention, a processing gas can be introduced as an auxiliary processing gas to cause F radicals to act on the surface of the silicon substrate.
また、請求項13に係る本発明の真空処理方法は、請求項12に記載の真空処理方法において、前記補助処理ガスを同一のガス導入手段から導入することを特徴とする。 A vacuum processing method according to a thirteenth aspect of the present invention is the vacuum processing method according to the twelfth aspect, wherein the auxiliary processing gas is introduced from the same gas introduction means.
請求項13に係る本発明では、同一のガス導入手段を用いて、補助処理ガスを導入し
てシリコン基板の表面にFラジカルを作用させることができる。
In the present invention according to
また、請求項14に係る本発明の真空処理方法は、請求項11に記載の真空処理方法において、前記処理ガスはNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2及びNF3であり、前記反応生成物を100℃〜200℃の雰囲気で昇華させ、前記補助処理ガスとしてN2とNF3を導入して前記シリコン基板の表面にFラジカルを作用させることを特徴とする。
The vacuum processing method of the present invention according to
請求項14に係る本発明では、補助処理ガスとしてN2とNF3を導入してシリコン基板の表面にFラジカルを作用させることができる。 In the present invention according to the fourteenth aspect, N 2 and NF 3 can be introduced as auxiliary process gases to cause F radicals to act on the surface of the silicon substrate.
本発明の真空処理装置及び真空処理方法は、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。 The vacuum processing apparatus and the vacuum processing method of the present invention use a processing apparatus for removing a natural oxide film, and can reliably remove oxygen on the surface of the substrate after the natural oxide film is removed.
図1から図10に基づいて本発明の第1実施形態例を説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1には本発明の第1実施形態例に係る真空処理装置の全体構成、図2には処理装置の概略構成、図3には自然酸化膜を除去する際の処理ガスの状況を表す概念、図4には自然酸化膜除去の工程説明、図5には自然酸化膜の除去状況を表すグラフ、図6にはシリコン層を除去する際の処理ガスの状況を表す概念、図7にはシリコン層除去の工程説明、図8にはシリコン層の除去状況を表すグラフ、図9には自然酸化膜除去及びシリコン層除去の処理ガスの経時変化、図10には具体的な用途を表す概略を示してある。 FIG. 1 shows an overall configuration of a vacuum processing apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows a schematic configuration of the processing apparatus, and FIG. 3 shows a concept representing a state of a processing gas when a natural oxide film is removed. FIG. 4 illustrates the process of removing the natural oxide film, FIG. 5 is a graph showing the removal status of the natural oxide film, FIG. 6 is a concept showing the status of the processing gas when removing the silicon layer, and FIG. FIG. 8 is a graph showing the removal state of the silicon layer, FIG. 9 is a time-dependent change in processing gas for removing the natural oxide film and the silicon layer, and FIG. 10 is a schematic diagram showing a specific application. Is shown.
図1、図2に基づいて真空処理装置の構成を説明する。
図1に示すように、真空処理装置(エッチング装置)1には真空排気系に接続される仕込取出槽2が備えられ、仕込取出槽2の上方には処理室としての真空処理槽3が備えられている。仕込取出槽2の内部には所定速度で回転可能なターンテーブル4が設けられ、ターンテーブル4には基板としてのシリコン基板5を保持するボート6が支持される。ボート6にはシリコン基板5が複数枚(例えば、50枚)収容され、複数枚のシリコン基板5は所定間隔で互いに平行に配されている。
The configuration of the vacuum processing apparatus will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, a vacuum processing apparatus (etching apparatus) 1 is provided with a charging / discharging tank 2 connected to a vacuum exhaust system, and a
シリコン基板5のシリコンは、単結晶シリコン、多結晶シリコン(ポリシリコン)の何れであってもよく、以下には、単にシリコンと称してある。このため、ポリシリコンのシリコン基板を適用した場合、後述するシリコン層のエッチングは、ポリシリコン層のエッチングとなる。
The silicon of the
仕込取出槽2の上部には鉛直方向に伸びる送りねじ7が設けられ、送りねじ7の駆動によりターンテーブル4が昇降動作する。仕込取出槽2と真空処理槽3は連通口8を介して内部が連通し、シャッタ手段9により雰囲気的に隔離されるようになっている。シャッタ手段9の開閉及びターンテーブル4の昇降により、仕込取出槽2と真空処理槽3の間でボート6(シリコン基板5)の受け渡しが行われる。
A feed screw 7 extending in the vertical direction is provided on the upper portion of the charging / unloading tank 2, and the
尚、図中の符号で10は、真空処理槽3の内部の真空排気を行う排出部である。
Note that
真空処理槽3の側部にはラジカル状態の水素(Hラジカル:H*)が導入される第1導入口11が2箇所に設けられ、真空処理槽3の内部には第2処理ガス(処理ガス)としてのNF3が導入されるシャワーノズル12が設けられている。2箇所の第1導入口11から導入されるHラジカルH*とシャワーノズル12から導入されるNF3が反応することにより、真空処理槽3の内部に前駆体NHxFyが生成される。
In the side portion of the
図2に示すように、第1導入口11には第1導入路13が接続され、第1導入路13にはプラズマ発生部14が設けられている。プラズマ発生部14はマイクロ波により処理ガスをプラズマ状態にするものである。第1導入路13には流量調整手段15を介して第1処理ガスとしてのNH3ガス及びN2ガスが供給され、プラズマ発生部14でNH3ガス及びN2ガスがプラズマ状態にされることによりHラジカルH*が生成される。シャワーノズル12には流量調整手段16を介してNF3ガスが供給される。
As shown in FIG. 2, a
第1導入口11、第1導入路13及び流量調整手段15により第1処理ガス導入手段が構成され、シャワーノズル12、流量調整手段16により第2処理ガス導入手段が構成されている。
The first process gas introduction means is constituted by the
真空処理槽3には温度制御手段としての図示しないランプヒータが設けられ、ランプヒータにより真空処理槽3の内部の温度、即ち、シリコン基板5の温度が所定状態に制御される。流量調整手段15、16による処理ガスの流通状況、及び、ランプヒータの動作状態は制御手段としての図示しない制御装置により適宜制御される。
The
上述した真空処理装置1では、シリコン基板5を保持したボート6が真空処理槽3の内部に搬入され、真空処理槽3の内部を機密状態にして所定の圧力になるように真空排気が行われる。
In the above-described vacuum processing apparatus 1, the boat 6 holding the
制御装置からの指令により、処理ガス(NH3ガスまたはH2の少なくともいずれか一方とN2ガス、NF3ガス)を真空処理槽3に導入し、所定の真空状態の雰囲気に配置されたシリコン基板5の自然酸化表面(SiO2)と処理ガスとを反応(低温での吸着反応)させることで、反応生成物(Fy及びNHxの化合物{(NH4)2SiF6})を生成する。そして、ランプヒータを動作させてシリコン基板5を所定温度に制御することにより(高温にすることにより)、反応生成物((NH4)2SiF6)を昇華させてシリコン基板5の表面の自然酸化膜を除去(エッチング)する。
In accordance with a command from the control device, a processing gas (at least one of NH 3 gas and H 2 and N 2 gas, NF 3 gas) is introduced into the
更に、自然酸化膜が除去されたシリコン基板5の配置を維持した状態で、制御装置からの指令により、補助処理ガスとしてNH3またはH2の少なくともいずれか一方とガス及びN2ガス、NF3ガスを真空処理槽3に導入する。即ち、自然酸化膜をエッチングする際の処理ガスと同一の処理ガスを導入する。真空処理槽3に生成されたラジカル状態のF(Fラジカル:F*)をシリコン基板5の表面に作用させ、所定厚のシリコン層をエッチングする。
Furthermore, in a state where the arrangement of the
この時、NHxFyがFラジカル:F*と共に真空処理槽3に存在するが、NHxFyは高温雰囲気ではシリコン基板5の表面には作用しない。このため、制御装置によりランプヒータの動作が制御されることにより、自然酸化膜をエッチングした際の所定温度(例えば、100℃〜200℃)の状態がシリコン層をエッチングする際にも維持され、自然酸化膜がエッチングされた後は、Fラジカル:F*だけをシリコン基板5の表面に作用させて所定厚のシリコン層をエッチングすることができる。
At this time, NHxFy exists in the
図3〜図5に基づいて自然酸化膜のエッチングを説明する。
図3に示すように、第1導入路13からNH3ガス及びN2ガスを導入し、プラズマ発生部でHラジカルH*を生成し、第1導入口11からHラジカルH*を真空処理槽3に導入する。同時に、シャワーノズル12からNF3ガスを真空処理槽3に導入し、HラジカルH*とNF3ガスを混合させて反応させてNHxFyを生成させる。
即ち、
H*+NF3→NHxFy(NH4FH、NH4FHF等)
The etching of the natural oxide film will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, NH 3 gas and N 2 gas are introduced from the
That is,
H * + NF 3 → NHxFy (NH 4 FH, NH 4 FHF, etc.)
図4(a)に示すように、NHxFyとシリコン基板5の自然酸化表面(SiO2)が反応し、図4(b)に示すように、Fy及びNHxの化合物である(NH4)2SiF6が生成される。
即ち、
NHxFy+SiO2→(NH4)2SiF6+H2O↑
As shown in FIG. 4 (a), NHxFy reacts with the naturally oxidized surface (SiO 2 ) of the
That is,
NHxFy + SiO 2 → (NH 4 ) 2 SiF 6 + H 2 O ↑
その後、ランプヒータ(図2参照)により真空処理槽3を加熱し(例えば、100℃〜200℃)、図4(c)に示すように、(NH4)2SiF6を分解して昇華させ、シリコン基板5の表面から除去する。
即ち、
(NH4)2SiF6→NH3↑+HF↑+SiF4↑
Thereafter, the
That is,
(NH 4 ) 2 SiF 6 → NH 3 ↑ + HF ↑ + SiF 4 ↑
シリコン基板5の表面をエッチングして(NH4)2SiF6を除去することで、図4(d)に示すように、シリコン基板5の表面の自然酸化膜が除去され、清浄な表面とされる。この時、図5に○印で示すように、自然酸化膜はエッチング時間に応じてエッチング量が増加し、図5に□印で示すように、シリコン層はエッチング時間が長くなってもエッチング量はほとんど変化がなく、シリコン層はエッチングされていないことが判る。
By etching the surface of the
更に、自然酸化膜が除去されたシリコン基板5の配置を維持した状態で、即ち、同一の真空処理槽3で、自然酸化膜が除去されたシリコン基板5の表面(シリコン層)をエッチングする。これにより、酸化膜の界面とされたシリコン面の酸素、例えば、シリコンの金属格子間等に存在する虞のある酸素が除去され、表面から酸素が確実に除去されたシリコン基板5を得ることができる。しかも、自然酸化膜をエッチングする装置でシリコン層をエッチングするため、搬送による酸化等が生じることがなく、極めて簡単な処理で高い表面清浄度を有するシリコン基板5を得ることができる。
Furthermore, the surface (silicon layer) of the
図6〜図9に基づいて自然酸化膜が除去された後のシリコン層のエッチングを説明する。
図6に示すように、第1導入路13からNH3ガス及びN2ガスを導入し、プラズマ発生部14でHラジカルH*及びNラジカルN*を生成し、第1導入口11からHラジカルH*及びNラジカルN*を真空処理槽3に導入する。同時に、シャワーノズル12からNF3ガスを真空処理槽3に導入し、HラジカルH*とNF3ガスを混合させて反応させて前駆体NHxFyを生成させると共に、NラジカルN*とNF3ガスを混合させて反応させてFラジカルF*を生成させる。
即ち、
H*+NF3→NHxFy(NH4FH、NH4FHF等)
N*+NF3→N2+F2+F*(3F*等)
The etching of the silicon layer after the natural oxide film is removed will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, NH 3 gas and N 2 gas are introduced from the
That is,
H * + NF 3 → NHxFy (NH 4 FH, NH 4 FHF, etc.)
N * + NF 3 → N 2 + F 2 + F * (3F * etc.)
図7(a)に示すように、真空処理槽3の内部は、自然酸化膜を除去、即ち、(NH4)2SiF6を分解・昇華するために加熱雰囲気に維持されている。このため、前駆体NHxFyは高温に維持されたシリコン基板5の表面(シリコン面)と反応せず、図7(b)に示すように、FラジカルF*がシリコン基板5の表面に作用して表面がエッチングされる。
即ち、
Si+4F*→SiF4↑
As shown in FIG. 7A, the inside of the
That is,
Si + 4F * → SiF 4 ↑
これにより、図7(c)に示すように、自然酸化膜の界面とされたシリコン面の酸素が除去され、表面から酸素が確実に除去されたシリコン基板5を得ることができる。この時、図8に□印で示すように、シリコン層はエッチング時間に応じてエッチング量が増加し、図8に△印で示すように、シリコン層以外の層(例えば、SiN)はエッチング時間が長くなってもエッチング量はほとんど変化がなく、シリコン層だけがエッチングされることが判る。
As a result, as shown in FIG. 7C, oxygen on the silicon surface which is the interface of the natural oxide film is removed, and the
上述した自然酸化膜のエッチング及びシリコン層のエッチングにおける処理ガス(NH3ガス及びN2ガス、NF3ガス)の導入状況を図9に基づいて説明する。 The introduction status of the processing gases (NH 3 gas, N 2 gas, and NF 3 gas) in the above-described etching of the natural oxide film and the silicon layer will be described with reference to FIG.
時間t1から時間t2の間(例えば、520sec)は処理ガスが導入(ON)され、ランプヒータがOFFにされ、前駆体NHxFyが自然酸化膜SiO2と反応する処理が実施される(図4(a)(b)参照)。時間t2から時間t3の間は処理ガスが停止(OFF)され、ランプヒータがONにされ、化合物である(NH4)2SiF6が分解して昇華され自然酸化膜SiO2がエッチングされる(図4(c)(d)参照)。 Between time t1 and time t2 (for example, 520 sec), the processing gas is introduced (ON), the lamp heater is turned off, and the process in which the precursor NHxFy reacts with the natural oxide film SiO 2 is performed (FIG. 4 ( a) (b)). From time t2 to time t3, the processing gas is stopped (OFF), the lamp heater is turned on, the compound (NH 4 ) 2 SiF 6 is decomposed and sublimated, and the natural oxide film SiO 2 is etched ( (Refer FIG.4 (c) (d)).
続いて、時間t3から時間t4の間(例えば、50〜210sec)は再び処理ガスが導入(ON)され、ランプヒータがOFFにされ、FラジカルF*を生成させる。加熱雰囲気に保たれ、時間t4以降温度維持のために適宜ランプヒータがON・OFFされ、FラジカルF*によりシリコン層がエッチングされる(図7(a)(b)(c)参照)。 Subsequently, the processing gas is again introduced (ON) from time t3 to time t4 (for example, 50 to 210 seconds), the lamp heater is turned off, and F radical F * is generated. In the heated atmosphere, the lamp heater is appropriately turned ON / OFF to maintain the temperature after time t4, and the silicon layer is etched by F radicals F * (see FIGS. 7A, 7B, and 7C).
尚、時間t3の時点で処理槽内を冷却するクーリング工程を実施することも可能である。 In addition, it is also possible to implement the cooling process which cools the inside of a processing tank at the time t3.
上述したように、第1実施形態例では、同一の真空処理槽3の内部で、自然酸化膜の除去と自然酸化膜が除去されたシリコン層の除去が行える。このため、自然酸化膜を除去する真空処理装置1を用い、簡単な制御で短時間に、自然酸化膜が除去された後にシリコン基板5の界面の酸素を確実に除去することができる。従って、簡単な真空処理装置1及び処理方法により、極めて性能が高い表面を有するシリコン基板5を得ることが可能になる。
As described above, in the first embodiment, the natural oxide film and the silicon layer from which the natural oxide film has been removed can be removed within the same
上述した自然酸化膜の除去と自然酸化膜が除去されたシリコン層の除去は、図10に示すように、半導体基板のコンタクトホール21の底面の清浄処理に用いられる。即ち、コンタクトホール21の自然酸化膜が(NH4)2SiF6の昇華により除去され、その後、連続してシリコン層が除去される。これにより、酸素が確実に除去された底面を有するコンタクトホール21を形成することができ、その後、配線用の金属を積層した際に抵抗が極めて少ない配線を実現することができる。
The removal of the natural oxide film and the removal of the silicon layer from which the natural oxide film has been removed are used for cleaning the bottom surface of the
図11、図12に基づいて自然酸化膜が除去された後のシリコン層のエッチング方法(真空処理方法)の第2実施形態例を説明する。図11には本発明の第2実施形態例におけるシリコン層を除去する際の処理ガスの状況を表す概念、図12には本発明の第2実施形態例におけるシリコン層除去の工程説明を示してある。尚、真空処理装置1の構成は第1実施形態例と同一であるので構成の説明は省略してある。 A second embodiment of the silicon layer etching method (vacuum processing method) after the natural oxide film is removed will be described with reference to FIGS. FIG. 11 shows a concept representing the state of the processing gas when the silicon layer is removed in the second embodiment of the present invention, and FIG. 12 shows the process of removing the silicon layer in the second embodiment of the present invention. is there. Since the configuration of the vacuum processing apparatus 1 is the same as that of the first embodiment, description of the configuration is omitted.
第2実施形態例に係るエッチング方法は、自然酸化膜を除去する場合、第1処理ガス、第2処理ガス(処理ガス)としてNH3ガス、N2及びNF3ガスを用い、シリコン層を除去する場合、補助処理ガスとしてNH3ガスを停止し、N2とNF3を用いる。つまり、シリコン層を除去する場合、真空処理装置1の内部に前駆体NHxFyを生成させずにFラジカルF*をシリコン基板5に作用させる。このため、以下にはシリコン層の除去について説明してある。
In the etching method according to the second embodiment, when the natural oxide film is removed, the silicon layer is removed using NH 3 gas, N 2 and NF 3 gas as the first processing gas and the second processing gas (processing gas). In this case, NH 3 gas is stopped as an auxiliary processing gas, and N 2 and NF 3 are used. That is, when removing the silicon layer, the F radical F * is allowed to act on the
図11に示すように、第1導入路13からN2ガスを導入し(NH3ガスを停止し)、プラズマ発生部14でNラジカルN*を生成し、第1導入口11からNラジカルN*を真空処理槽3に導入する。同時に、シャワーノズル12からNF3ガスを真空処理槽3に導入し、NラジカルN*とNF3ガスを混合させて反応させてFラジカルF*を生成させる。
即ち、
N*+NF3→N2+F2+F*(3F*等)
As shown in FIG. 11, N 2 gas is introduced from the first introduction path 13 (NH 3 gas is stopped), N radical N * is generated in the
That is,
N * + NF 3 → N 2 + F 2 + F * (3F * etc.)
図12(a)に示すように、真空処理槽3の内部にFラジカルF*が導入され、図12(b)に示すように、FラジカルF*がシリコン基板5の表面に作用して表面がエッチングされる。
即ち、
Si+4F*→SiF4↑
As shown in FIG. 12 (a), F radicals F * are introduced into the inside of the
That is,
Si + 4F * → SiF 4 ↑
これにより、図12(c)に示すように、自然酸化膜の界面とされたシリコン面の酸素が除去され、表面から酸素が確実に除去されたシリコン基板5を得ることができる。また、NH3ガスを停止しているので、前駆体NHxFyが生成されず、比較的低温の場合でもFラジカルF*をシリコン基板5の表面に作用させることができ、短時間でシリコン層のエッチングを行うことができる。
As a result, as shown in FIG. 12C, oxygen on the silicon surface which is the interface of the natural oxide film is removed, and the
上述したように、第2実施形態例では、第1実施形態例と同様に、同一の真空処理槽3の内部で、自然酸化膜の除去と自然酸化膜が除去されたシリコン層の除去が行え、簡単な制御で短時間に、自然酸化膜が除去された後にシリコン基板5の界面の酸素を確実に除去することができる。従って、簡単な真空処理装置1及び処理方法により、極めて性能が高い表面を有するシリコン基板5を得ることが可能になる。
As described above, in the second embodiment, as in the first embodiment, the natural oxide film can be removed and the silicon layer from which the natural oxide film has been removed can be removed within the same
尚、上述した各実施形態例では、シリコン層のエッチングの際、NH3ガス及びN2ガスとNF3ガスを別々のガス導入手段から導入しているが、これに限らず、プラズマ発生部を有する同一のガス導入手段からすべてのガスを導入してもよい。この場合には、NF3ガスに直接プラズマを印加してFラジカルを作成することができる。 In each of the above-described embodiments, NH 3 gas, N 2 gas, and NF 3 gas are introduced from separate gas introduction means when etching the silicon layer. All gases may be introduced from the same gas introduction means. In this case, F radicals can be created by directly applying plasma to NF 3 gas.
また、上述した各実施形態例では、処理室の内部に複数枚の基板を所定間隔で互いに平行に配する、いわゆるバッチ式の成膜装置について記載しているが、処理室内に基板を一枚づつ配する、いわゆる、枚葉式装置で処理を行ってもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, a so-called batch-type film forming apparatus is described in which a plurality of substrates are arranged in parallel to each other at a predetermined interval inside the processing chamber, but one substrate is provided in the processing chamber. The processing may be performed by a so-called single-wafer apparatus that is arranged one by one.
本発明は、真空状態の処理室でエッチングを行う真空処理装置及び真空処理方法の産業分野で利用することができる。 The present invention can be used in the industrial field of a vacuum processing apparatus and a vacuum processing method for performing etching in a processing chamber in a vacuum state.
1 真空処理装置
2 仕込取出槽
3 真空処理槽
4 ターンテーブル
5 シリコン基板
6 ボート
7 送りねじ
8 連通口
9 シャッタ手段
10 排出部
11 第1導入口
12 シャワーノズル
13 第1導入路
14 プラズマ発生部
15、16 流量調整手段
21 コンタクトホール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum processing apparatus 2 Preparation taking-out
Claims (14)
ラジカル状態の第1処理ガスまたは補助処理ガスを前記処理室内に導入する第1処理ガス導入手段と、
前記第1処理ガスまたは補助処理ガスと反応する第2処理ガスを前記処理室内に導入する第2処理ガス導入手段と、
前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第1処理ガスと前記第2処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、
前記第1処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスと前記第2処理ガス導入手段から導入される第2処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスと前記第2処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備えた
ことを特徴とする真空処理装置。 A processing chamber in which the substrate is placed and the inside is in a predetermined vacuum state;
First processing gas introduction means for introducing a first processing gas or an auxiliary processing gas in a radical state into the processing chamber;
Second process gas introduction means for introducing a second process gas that reacts with the first process gas or the auxiliary process gas into the process chamber;
Temperature control means for removing reaction products generated by reacting the first processing gas, the second processing gas, and the natural oxide film on the substrate surface by controlling the processing chamber to a predetermined temperature;
The surface layer of the substrate from which the natural oxide film has been removed by controlling the introduction status of the auxiliary process gas introduced from the first process gas introduction means and the second process gas introduced from the second process gas introduction means And a control means for removing a predetermined thickness by the auxiliary processing gas and the second processing gas.
前記処理室の内部には複数枚の前記基板が収容され、
前記複数枚の前記基板は、所定間隔で互いに平行に配されている
ことを特徴とする真空処理装置。 The vacuum processing apparatus according to claim 1,
A plurality of the substrates are accommodated in the processing chamber,
The vacuum processing apparatus, wherein the plurality of substrates are arranged in parallel to each other at a predetermined interval.
前記処理室の内部には一枚の基板が収容されている
ことを特徴とする真空処理装置。 The vacuum processing apparatus according to claim 1,
A vacuum processing apparatus, wherein a single substrate is accommodated in the processing chamber.
前記第1処理ガスがHラジカルを生成させるガスであり、
前記第2処理ガスがNHxFy及びFラジカルを生成させるガスであり、
前記基板がシリコン基板である
ことを特徴とする真空処理装置。 In the vacuum processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The first processing gas is a gas for generating H radicals;
The second processing gas is a gas for generating NHxFy and F radicals;
The vacuum processing apparatus, wherein the substrate is a silicon substrate.
前記第1処理ガスがNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2であり、
前記第2処理ガスがNF3であり、
前記温度制御手段は、前記第1処理ガスと前記第2処理ガスと自然酸化膜とを反応させることで生成した反応生成物が形成された前記シリコン基板の温度を所定温度に制御し、前記反応生成物を昇華させることにより前記シリコン基板の表面から自然酸化膜を除去し、
前記制御手段は、自然酸化膜が除去された前記シリコン基板の表面に前記補助処理ガスと第2処理ガスによりFラジカルを作用させることで前記シリコン基板のシリコン層を所定の厚さ除去する
ことを特徴とする真空処理装置。 The vacuum processing apparatus according to claim 4, wherein
Wherein the first processing gas is at least one of NH 3 or N 2 and N 2,
The second process gas is NF 3 ;
The temperature control means controls a temperature of the silicon substrate on which a reaction product generated by reacting the first processing gas, the second processing gas, and a natural oxide film is set to a predetermined temperature, and the reaction Removing the natural oxide film from the surface of the silicon substrate by sublimating the product;
The control means removes a predetermined thickness of the silicon layer of the silicon substrate by causing F radicals to act on the surface of the silicon substrate from which the natural oxide film has been removed by the auxiliary processing gas and the second processing gas. A vacuum processing apparatus.
前記補助処理ガスがNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2である
ことを特徴とする真空処理装置。 The vacuum processing apparatus according to claim 5, wherein
The vacuum processing apparatus wherein the auxiliary processing gas is NH 3 or one and N 2 at least one of N 2.
前記制御手段には、前記Fラジカルを作用させる際に、前記補助処理ガスのNH3またはN2の一方もしくは双方を停止し、N2のみを導入させる停止手段が備えられている
ことを特徴とする真空処理装置。 The vacuum processing apparatus according to claim 6,
The control means includes a stopping means for stopping one or both of NH 3 and N 2 of the auxiliary processing gas and introducing only N 2 when the F radical is caused to act. Vacuum processing equipment.
ラジカル状態の第1処理ガスと補助処理ガスを前記処理室内に導入する第1処理ガス導入手段と、
前記第1処理ガスと反応する第2処理ガスを前記処理室内に導入する第2処理ガス導入手段と、
前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第1処理ガスと前記第2処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、
前記第1処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備えた
ことを特徴とする真空処理装置。 A processing chamber in which the substrate is placed and the inside is in a predetermined vacuum state;
First processing gas introduction means for introducing a first processing gas and an auxiliary processing gas in a radical state into the processing chamber;
Second processing gas introduction means for introducing a second processing gas that reacts with the first processing gas into the processing chamber;
Temperature control means for removing reaction products generated by reacting the first processing gas, the second processing gas, and the natural oxide film on the substrate surface by controlling the processing chamber to a predetermined temperature;
Control means for controlling an introduction status of the auxiliary processing gas introduced from the first processing gas introduction means, and removing a predetermined thickness of the surface layer of the substrate from which the natural oxide film has been removed by the auxiliary processing gas; A vacuum processing apparatus comprising:
前記補助処理ガスがNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2とNF3である
ことを特徴とする真空処理装置。 The vacuum processing apparatus according to claim 8, wherein
The vacuum processing apparatus wherein the auxiliary processing gas is NH 3 or N at least one of 2 and N 2 and NF 3.
前記制御手段には、前記Fラジカルを作用させる際に、前記補助処理ガスのNH3またはN2の一方もしくは双方を停止し、N2とNF3を導入させる停止手段が備えられている
ことを特徴とする真空処理装置。 The vacuum processing apparatus according to claim 9, wherein
The control means is provided with a stopping means for stopping one or both of NH 3 and N 2 of the auxiliary processing gas and introducing N 2 and NF 3 when the F radical is caused to act. A vacuum processing apparatus.
ことを特徴とする真空処理方法。 Introducing a processing gas, reacting with an oxidized surface of a silicon substrate placed in a predetermined vacuum atmosphere, generating a reaction product, and sublimating the reaction product by controlling the silicon substrate to a predetermined temperature. An oxide film on the surface of the silicon substrate is removed, and in the state where the arrangement of the silicon substrate from which the oxide film has been removed is maintained, an auxiliary processing gas is introduced to cause F radicals to act on the surface of the silicon substrate to obtain a predetermined thickness of silicon. A vacuum processing method characterized by removing the layer.
前記処理ガスはNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2及びNF3であり、
前記反応生成物を100℃〜200℃の雰囲気で昇華させ、
前記補助処理ガスとして前記処理ガスを導入して前記シリコン基板の表面にFラジカルを作用させる
ことを特徴とする真空処理方法。 The vacuum processing method according to claim 11, wherein
The processing gas is at least one of NH 3 or N 2 and N 2 and NF 3,
The reaction product is sublimated in an atmosphere of 100 ° C. to 200 ° C.,
A vacuum processing method comprising introducing the processing gas as the auxiliary processing gas and causing F radicals to act on the surface of the silicon substrate.
前記補助処理ガスを同一のガス導入手段から導入する
ことを特徴とする真空処理方法。 The vacuum processing method according to claim 12, wherein
A vacuum processing method, wherein the auxiliary processing gas is introduced from the same gas introduction means.
前記処理ガスはNH3またはN2の少なくともいずれか一方とN2及びNF3であり、
前記反応生成物を100℃〜200℃の雰囲気で昇華させ、
前記補助処理ガスとしてN2とNF3を導入して前記シリコン基板の表面にFラジカルを作用させる
ことを特徴とする真空処理方法。
The vacuum processing method according to claim 11, wherein
The processing gas is at least one of NH 3 or N 2 and N 2 and NF 3,
The reaction product is sublimated in an atmosphere of 100 ° C. to 200 ° C.,
A vacuum processing method, wherein N 2 and NF 3 are introduced as the auxiliary processing gas to cause F radicals to act on the surface of the silicon substrate.
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