JP2015231043A - 改質処理方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】改質処理方法は、STEP1〜STEP3の工程を含む。STEP1の表面酸化膜除去処理工程では、例えばHFガスとNH3を含む処理ガスを用い、SiO2を、ケイフッ化アンモニウム[(NH4)2SiF6]や水に変化させた後、PHT処理を行う。STEP2のダメージ層除去工程では、例えばF2ガス及び必要によりNH3を含む処理ガスを用い、ダメージ層を構成するSiを、気化しやすいSiF4に変化させて除去する。STEP3の表面酸化防止処理では、HF及びNH3を含む処理ガスを用い、シリコン壁表面のSi−F結合を解離させ、代わりに水素原子で終端したSi−Hを生成させることにより、酸化が進行しにくい安定化した表面状態を形成する。
【選択図】図7
Description
搬入出装置10は、大気側ウエハ搬送装置11によって、基板処理システム100と外部の装置との間でウエハWの搬入もしくは搬出を行う。搬入出装置10は、搬送室12を有している。大気側ウエハ搬送装置11は、搬送室12の内部に設けられている。大気側ウエハ搬送装置11は、ウエハWを略水平に保持する2つの搬送アーム11a,11bを有している。搬送室12の長手方向の側部には、複数枚のウエハWを収容可能なキャリア13を載置するキャリア載置台14が設けられている。キャリア載置台14には、複数(図1では3つ)のキャリア13が設けられている。また、搬送室12に隣接して、ウエハWの位置合わせを行なうオリエンタ15が設置されている。
2つのロードロック装置20は、それぞれ、ウエハWの移送が可能なように、搬送室12に連結されている。各ロードロック装置20と搬送室12との間には、ゲートバルブGV1が介在している。各ロードロック装置20内には、ウエハWを搬送するウエハ搬送装置19が設けられている。また、ロードロック装置20は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。
PHT処理装置30は、図2に示すように、真空引き可能な処理容器31と、その中でウエハWを載置する載置台32を有している。載置台32には、ヒーター33が埋設されている。ヒーター33により改質処理が施された後のウエハWを加熱して改質処理により生成した反応生成物を気化(昇華)させるPHT処理を行なうことができる。
改質処理装置40は、図3に示すように、密閉構造の処理容器41を備えている。処理容器41の内部には、ウエハWを略水平にした状態で載置させる載置台42が設けられている。
基板処理システム100の各構成部は、それぞれ制御部90に接続されて、制御部90によって制御される。制御部90は、典型的にはコンピュータである。図4は、図1に示した制御部90のハードウェア構成の一例を示している。制御部90は、主制御部101と、キーボード、マウス等の入力装置102と、プリンタ等の出力装置103と、表示装置104と、記憶装置105と、外部インターフェース106と、これらを互いに接続するバス107とを備えている。主制御部101は、CPU(中央処理装置)111、RAM(ランダムアクセスメモリ)112及びROM(リードオンリメモリ)113を有している。記憶装置105は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置105は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体115に対して情報を記録し、また記録媒体115より情報を読み取るようになっている。記録媒体115は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。記録媒体115は、本実施の形態に係る改質処理方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。
次に、このような基板処理システム100の処理動作について説明する。まず、基板処理システム100によって処理されるウエハWの構造について図5を参照しながら説明する。
次に、基板処理システム100において行われる第1の実施の形態の改質処理方法の詳細な内容について、図7〜図10を参照して説明する。図7は、本実施の形態の改質処理方法の工程手順の一例を示すフローチャートである。図8は、ダメージ層が形成されたウエハWの要部を拡大して示す断面図である。図9は、改質処理途中のウエハWの要部を拡大して示す断面図である。図10は、図9の状態から、ダメージ層が除去されたウエハWの要部を拡大して示す断面図である。なお、以下に示すプロセス条件は、300mm径のウエハWを処理対象とする場合である。
まず、STEP1では、表面酸化膜203bを除去する表面酸化膜除去処理工程である。表面酸化膜203bの除去は、改質処理装置40において、例えばHFガスとNH3を含む処理ガスを用いて行うことができる。ガス供給機構49によって、HFガス供給源61、NH3ガス供給源65、及びArガス供給源67もしくはN2ガス供給源69から、HFガス、NH3ガス及び、ArガスもしくはN2ガスを、シャワーヘッド45bを介して改質処理装置40の処理容器41内に導入する。
STEP2は、ダメージ層203aを除去するダメージ層除去処理工程である。ダメージ層203aの除去は、改質処理装置40において、例えばF2ガスを含む処理ガスを用いて行うことができる。ガス供給機構49によって、F2ガス供給源63及びArガス供給源67からF2ガス及びArガスを、さらに必要に応じてNH3ガス供給源65及びN2ガス供給源69からNH3ガス及びN2ガスを、シャワーヘッド45bを介して改質処理装置40の処理容器41内に導入する。なお、STEP2において、NH3ガス及びN2ガスの導入は任意であり、使用しなくてもよい。F2ガスとともにNH3ガスを使用することによって、ダメージ層203aの除去レートを向上させることが可能になる。
STEP3は、ダメージ層203aを除去した後のシリコン壁203Aのシリコン表面が自然酸化されることを防止する表面酸化防止処理工程である。シリコン壁203A中には、STEP2でダメージ層203aの除去に使用したF2由来のF原子が微量ながら存在している。このF原子がシリコン壁203Aの表面の酸化を誘発する可能性がある。STEP3の表面酸化防止処理では、HF及びNH3を含む処理ガスを用いることによって、シリコン壁203A表面のSi−F結合を解離させ、代わりに水素原子で終端させてSi−Hを生成させることにより、酸化が進行しにくい安定化した表面状態を形成する。
次に、基板処理システム100において行われる第2の実施の形態の改質処理方法について、図11を参照して説明する。本実施の形態の改質処理方法は、STEP1〜STEP3の工程を含むことができる(図7参照)。そして、本実施の形態では、STEP2の途中で、処理容器41内の圧力を変化させる。本実施の形態の改質処理方法は、STEP2の途中で圧力を変化させる点以外は、第1の実施の形態の改質処理方法におけるSTEP2と同様に実施できる。また、本実施の形態におけるSTEP1及びSTEP3の手順と条件は、第1の実施の形態の改質処理方法と同様であるため説明を省略する。
次に、実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例によって制約されるものではない。
<試料の準備>
以下の方法で、プラズマダメージ層が形成された試料を準備した。Si基板に対し、希フッ酸(HF:水=1:200)を使用して3分間かけて前洗浄を行った。このSi基板に対し、プラズマエッチング装置[東京エレクトロン株式会社製;SCCM(登録商標)]を使用してプラズマエッチング処理を行った。プラズマエッチングは、プラズマエッチング装置の下部電極に13.45MHz、500Wの高周波を印加しながら、処理ガスとしてArのみを流量300mL/min(sccm)で使用し、処理圧力4Pa(30mTorr)にて実施した。
上記試料に対し、図1に示したものと同様の構成の基板処理システム100を使用して、上記STEP1〜STEP3の処理(図7参照)を実施し、改質処理を行った。各STEPの具体的内容は以下のとおりである。
改質処理装置40の処理容器41内に、HFガス80mL/min(sccm)、NH3ガス80mL/min(sccm)及びN2ガス68mL/min(sccm)を、それぞれ導入した。処理圧力は2.7Pa(20mTorr)、処理温度は35℃、処理時間は1分間とした。
改質処理装置40の処理容器41内に、F2ガス180mL/min(sccm)、Arガス1200mL/min(sccm)及びNH3ガス5mL/min(sccm)を、それぞれ導入した。なお、F2ガスとしては、F2含有量20体積%、Ar含有量80体積%のN2フリーの混合ガスを使用した。そして、処理圧力533Pa(4Torr)で8秒間の処理と、処理圧力267Pa(2Torr)で8秒間の処理を、交互に10サイクル繰り返した。処理温度は80℃とした。
STEP1と同様に行った。
実施例1と同じ試料に対し、図1に示したものと同様の構成の基板処理システム100を使用して、STEP1(表面酸化膜除去処理)及びSTEP2(ダメージ層除去処理)を実施した。各STEPの内容は以下のとおりである。なお、STEP3(表面酸化防止処理)は実施しなかった。
実施例1のSTEP1と同様に行った。
改質処理装置40の処理容器41内に、F2ガス180mL/min(sccm)、Arガス399mL/min(sccm)、N2ガス800mL/min(sccm)及びNH3ガス30mL/min(sccm)を、それぞれ導入した。なお、F2ガスとしては、F2含有量20体積%、N2含有量80体積%の混合ガスを使用した。そして、処理圧力533Pa(4Torr)で10秒間の処理と、処理圧力267Pa(2Torr)で10秒間の処理を、交互に3サイクル繰り返した。各サイクルの間には、15秒間の真空排気を行った。処理温度は80℃とした。
電気的特性評価:
実施例1、2の改質処理を行った試料(Si基板)を用い、MOSキャパシタを作製して電気的特性を評価した。まず、Si基板上に、ALD(原子層気層成長)法によって350℃の処理温度で、6nmの厚みで酸化珪素膜を堆積した。この酸化珪素膜上に、PVD(物理気相成長)法によって、30nmの厚みでTiN電極膜を形成した。次に、Si基板の裏面の酸化膜を、希フッ酸(HF:水=1:200)で処理して除去した。次に、TiN電極膜の上に、フォトレジスト層を積層形成した後、フォトリソグラフィープロセスと過酸化水素水によるウェットエッチングによってTiN電極膜をパターニングした。残ったフォトレジスト層を除去した後、フォーミングガス(N2とH2の混合ガス)雰囲気で450℃、30分間かけてアニール処理を行い、ダングリングボンドを終端させた。
実施例1の改質処理を行った試料(Si基板)について、Si表面のラフネスを測定した。試料1Aは、実施例1のSTEP1(表面酸化膜除去処理)とSTEP2(ダメージ層除去処理)との間を真空状態に維持し、大気への曝露を避けたサンプルである。試料1Bは、実施例1のSTEP1(表面酸化膜除去処理)とSTEP2(ダメージ層除去処理)との間に、大気に曝露したサンプルである。各試料のラフネスの測定結果を表1に示した。
Claims (10)
- プラズマ処理によるダメージ層が形成されたシリコン層を有する基板を準備する工程と、
前記基板を、フッ素ガスを含む第1の処理ガスで処理することによって、前記シリコン層に形成された前記ダメージ層を除去するダメージ層除去工程と、
を含む改質処理方法。 - 前記ダメージ層除去工程は、第1の圧力による処理と、前記第1の圧力とは異なる第2の圧力による処理と、を含む請求項1に記載の改質処理方法。
- 前記第1の圧力による処理と、前記第2の圧力による処理とを、交互に複数回繰り返し行う請求項2に記載の改質処理方法。
- 前記第1の圧力が、400Pa以上667Pa以下の範囲内であり、前記第2の圧力が、133Pa以上400Pa以下の範囲内である請求項3に記載の改質処理方法。
- 前記第1の処理ガスが、フッ素ガスと希ガスを含み、窒素ガスを含まないものである請求項1から4のいずれか1項に記載の改質処理方法。
- 前記第1の処理ガスが、さらに、アンモニアを含む請求項1から5のいずれか1項に記載の改質処理方法。
- 前記シリコン層が、凹部又は凸部を有する立体的形状をなすとともに、前記ダメージ層が前記凹部又は前記凸部の側面に形成されている請求項1から6のいずれか1項に記載の改質処理方法。
- さらに、前記ダメージ層除去工程の前に、前記基板を、フッ化水素を含む第2の処理ガスで処理することによって前記シリコン層の表面の酸化膜を除去する工程を含む請求項1から7のいずれか1項に記載の改質処理方法。
- さらに、前記ダメージ層除去工程の後で、前記基板を、フッ化水素を含む第3の処理ガスで処理することによって、前記シリコン層の表面の酸化防止処理を行う工程を含む請求項1から8のいずれか1項に記載の改質処理方法。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載の改質処理方法を含む半導体装置の製造方法。
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