JP2018148193A - 酸化膜除去方法および除去装置、ならびにコンタクト形成方法およびコンタクト形成システム - Google Patents
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Abstract
Description
[酸化膜除去方法]
最初に、第1の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
図1は第1の実施形態に係る酸化膜除去方法のフローチャート、図2はその工程断面図である。
次に、上記酸化膜除去処理の後のコンタクト形成方法の一例について図7のフローチャートおよび図8の工程断面図を参照して説明する。
ここでは、上記ステップ1〜4により、またはこれらステップ1〜4にカーボン系保護膜除去工程であるステップ5を加えた処理により、図8(a)に示すように、トレンチ3底部の自然酸化膜の除去(ステップ11)を行った後、図8(b)に示すように、コンタクトメタルである金属膜11をCVDまたはALDにより成膜する(ステップ12)。金属膜としては、Ti膜やTa膜等を用いることができる。
次に、上記第1の実施形態の酸化膜除去方法の実施に用いられる酸化膜除去装置の一例について説明する。図9は、酸化膜除去装置の一例を示す断面図である。
次に、上記酸化膜除去装置100を備えたコンタクト形成システムについて説明する。
コンタクト形成システム300は、上述した酸化膜除去処理を行い、その後、コンタクトメタルとして例えばTi膜を形成し、コンタクトを形成するためのものである。
次に、第2の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
図11は第2の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャート、図12はその工程断面図である。
図13(a)のようにカーボン膜上にO2含有ガスを供給すると、図13(b)に示すように、以下の(1)式によりカーボン膜表面にO2含有ガスが吸着し、C−O、C−O−O結合が形成される。この状態で図13(c)に示すようにH2プラズマを生成することにより、図13(d)に示すように、以下の(2)式により表面の酸素吸着層あるいは酸化層が迅速に除去される。また、残ったカーボン膜も同様の反応式により除去される。このため、下地にダメージを与えずに短時間でカーボン膜を除去することができ、酸素含有プラズマを用いないため、下地の再酸化も生じ難い。
C+O2 → CO,CO2 ・・・(1)
CO,CO2+H2 → CH4,H2O ・・・(2)
次に、第2の実施形態における実験結果について説明する。
最初に、Si基板(ベアシリコンウエハ)に対してC4F8ガスによるエッチングを行った場合(サンプル1)、C4F8ガスによるエッチング後、O2プラズマによる処理(O2アッシング)を行った場合(サンプル2)、C4F8ガスによるエッチング後、H2プラズマによる処理(H2アッシング)を行った場合(サンプル3)、C4F8ガスによるエッチング後、本実施形態に従ってO2フロー+H2プラズマ処理を行った場合(サンプル4)について、XPSにより残留カーボン濃度および残留酸素濃度を測定した。
・O2フローステップ
圧力:0.1Torr
O2ガス流量:500sccm
時間:5sec(調圧ステップ:10sec)
・H2プラズマ処理
圧力:0.1Torr
H2ガス流量:485sccm
RFパワー:200W
時間:10sec
次に、第3の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
図21は第3の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャート、図22はその工程断面図である。
次に、第3の実施形態における実験結果について説明する。
最初に、Si基板(ベアシリコンウエハ)に対してC4F8ガスによるエッチングを行った場合(第2の実施形態のサンプル1)、C4F8ガスによるエッチング後、O2フロー+H2プラズマ処理を行った場合(第2の実施形態のサンプル4)、C4F8ガスによるエッチング後、H2/N2プラズマ処理を行った場合(サンプル11)について、XPSにより残留カーボン濃度および残留酸素濃度を測定した。
圧力:0.1Torr
H2ガス流量:485sccm
N2ガス流量:50sccm
RFパワー:100W
時間:60sec
次に、第4の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
本実施形態においても、所定パターンとしてトレンチが形成された被処理体において、トレンチ底部のシリコン部分にコンタクトメタルを成膜してコンタクトを形成する前に、シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜を除去する場合について説明する。
上記第2の実施形態および第3の実施形態では、CxFy等のカーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングでトレンチ底部の自然酸化膜を除去し、その後、O2フロー+H2プラズマ(第2の実施形態)、またはH2/N2プラズマ(第3の実施形態)により、下地のシリコンの再酸化や下地のダメージを抑制しつつトレンチの側壁に存在するカーボン系保護膜を除去する例を示した。
図32は第4の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャート、図33はその工程断面図である。
次に、第4の実施形態における実験結果について説明する。
最初に、Si基板(ベアシリコンウエハ)に対して、COR処理のみを行った場合(サンプル21)、C4F8ガスによるエッチングを行った後、H2/N2プラズマ処理を行った場合(サンプル22)、C4F8ガスによるエッチング後、O2プラズマ処理を行った(サンプル23)について、XPSにより残留カーボン濃度を測定した。なお、サンプル22の処理条件は時間が180secの他は上記第3の実施形態のサンプル11と同様であり、サンプル23の処理条件は、第2の実施形態のサンプル2と同様の条件で120sec行った。
次に、第5の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
図36は第5の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャート、図37はその工程断面図である。
次に、第5の実施形態における実験結果について説明する。
ここでは、Si基板(ベアシリコンウエハ)に対してC4F8ガスによるエッチング後、H2/N2プラズマ処理を行った場合(サンプル31:第3の実施形態)と、C4F8ガスによるエッチング後、H2/NH3プラズマ処理のNH3ガスの流量比を大きくした場合(サンプル32:NH3流量比「大」)と、C4F8ガスによるエッチング後、H2/NH3プラズマ処理のNH3ガスの流量比をサンプル32より小さくした場合(サンプル33:NH3流量比「中」)と、C4F8ガスによるエッチング後、H2/NH3プラズマ処理のNH3ガスの流量比をさらに小さくした場合(サンプル34:NH3流量比「小」)について、XPSにより残留カーボン濃度および残留フッ素濃度を測定し、比較した。
・サンプル31(第3の実施形態)
圧力:0.5Torr、H2ガス流量:400sccm、N2ガス流量:50sccm、RFパワー:200W、時間:180sec
・サンプル32(NH3流量比「大」)
圧力:0.5Torr、H2ガス流量:350sccm、NH3ガス流量:100sccm、RFパワー:200W、時間:180sec
・サンプル33(NH3流量比「中」)
圧力:0.5Torr、H2ガス流量:400sccm、NH3ガス流量:50sccm、RFパワー:200W、時間:180sec
・サンプル34(NH3流量比「小」)
圧力:0.5Torr、H2ガス流量:430sccm、NH3ガス流量:20sccm、RFパワー:200W、時間:180sec
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。
2;絶縁膜
3;トレンチ(パターン)
4;自然酸化膜(シリコン酸化膜)
5;カーボン系保護膜
6;残渣
11;金属膜
12;コンタクト
21;カーボン含有層
22;酸化膜
23;反応生成物
100;酸化膜除去装置
101;チャンバー
102;サセプタ
105;シャワーヘッド
110;ガス供給機構
113;静電チャック
115;高周波電源
120;排気機構
140;制御部
200;金属膜成膜装置
300;コンタクト形成システム
301;真空搬送室
302;ロードロック室
303;大気搬送室
306,308;搬送機構
W;シリコンウエハ(被処理基板)
Claims (37)
- 所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、
前記異方性プラズマエッチング後の前記シリコン含有酸化膜の残部を、ケミカルエッチングにより除去する工程と、
前記ケミカルエッチング後に残存する残渣を除去する工程と
を有することを特徴とする酸化膜除去方法。 - 前記パターンの底部の前記シリコン含有酸化膜は、前記パターンの底部の前記シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載の酸化膜除去方法。
- 前記被処理基板は、フィンFETを形成するためのものであり、シリコンフィンと、該シリコンフィンの先端部分に形成されたSiまたはSiGeからなるエピタキシャル成長部を有しており、前記エピタキシャル成長部が前記シリコン部分を構成することを特徴とする請求項2に記載の酸化膜除去方法。
- 前記残渣を除去する工程は、H2含有ガスのプラズマによるH2含有プラズマ処理により行われることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程をさらに有し、前記残渣を除去する工程は、前記ケミカルエッチングにより生じた反応生成物を除去することを特徴とする請求項1から請求項4に記載の酸化膜除去方法。
- 前記カーボン系保護膜を除去する工程は、H2含有ガスのプラズマによるH2含有プラズマ処理を含むことを特徴とする請求項5に記載の酸化膜除去方法。
- 前記カーボン系保護膜を除去する工程は、前記被処理基板にO2含有ガスを供給した後、前記H2含有プラズマ処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の酸化膜除去方法。
- 前記カーボン系保護膜を除去する工程は、H2ガスおよびN2ガスのプラズマによるH2/N2プラズマ処理により行うことを特徴とする請求項6に記載の酸化膜除去方法。
- 前記カーボン系保護膜を除去する工程は、H2ガスおよびNH3ガスのプラズマによるH2/NH3プラズマ処理により行うことを特徴とする請求項6に記載の酸化膜除去方法。
- 前記カーボン系保護膜を除去する工程は、O2ガスプラズマ処理により行うことを特徴とする請求項5に記載の酸化膜除去方法。
- 前記異方性エッチングは、フッ化炭素系ガスまたはフッ素化炭化水素系ガスのプラズマにより行うことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 前記異方性エッチングは、圧力を0.1Torr以下にして行われることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 前記ケミカルエッチングは、NH3ガスおよびHFガスを用いたガス処理により行うことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 前記絶縁膜は、SiO2膜を含むことを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 前記各工程を、10〜150℃の範囲内の同一温度で行うことを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 前記各工程を、20〜60℃の範囲内の同一温度で行うことを特徴とする請求項15に記載の酸化膜除去方法。
- 前記各工程を、一つの処理容器内で連続して行うことを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、
前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程と
を有し、
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、前記被処理基板にO2含有ガスを供給した後、H2含有ガスのプラズマによるH2含有プラズマ処理を行うことを特徴とする酸化膜除去方法。 - 前記O2含有ガスの供給は、流量を10〜5000sccm、時間を0.1〜120secにして行うことを特徴とする請求項18に記載の酸化膜除去方法。
- 前記O2含有ガスの供給は、流量を100〜1000sccm、時間を1〜10secにして行うことを特徴とする請求項19に記載の酸化膜除去方法。
- 前記H2含有プラズマ処理は、圧力を0.02〜0.5Torr、H2ガス流量を10〜5000sccm、RFパワーを10〜1000W、時間を1〜120secにして行うことを特徴とする請求項18から請求項20のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 前記H2含有プラズマ処理は、圧力を0.05〜0.3Torr、H2ガス流量を100〜1000sccm、RFパワーを100〜500W、時間を5〜90secにして行うことを特徴とする請求項21に記載の酸化膜除去方法。
- 前記カーボン系保護膜を除去する工程は、前記被処理基板へのO2含有ガスの供給と、前記H2含有ガスのプラズマによるH2含有プラズマ処理とを複数回行うことを特徴とする請求項18から請求項22のいずれか1項に記載の酸化膜除去方法。
- 所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、
前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程と
を有し、
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、H2ガスおよびN2ガスのプラズマによるH2/N2プラズマ処理により行うことを特徴とする酸化膜除去方法。 - 前記H2/N2プラズマ処理は、圧力を0.02〜0.5Torr、H2ガス流量を10〜5000sccm、N2ガス流量を5〜5000sccm、RFパワーを10〜1000W、時間を1〜120secにして行うことを特徴とする請求項24に記載の酸化膜除去方法。
- 前記H2/N2プラズマ処理は、圧力を0.05〜0.3Torr、H2ガス流量を100〜1000sccm、N2ガス流量を10〜1000sccm、RFパワーを100〜500W、時間を10〜90secにして行うことを特徴とする請求項25に記載の酸化膜除去方法。
- 所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、
前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程と
を有し、
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、H2ガスおよびNH3ガスのプラズマによるH2/NH3プラズマ処理により行うことを特徴とする酸化膜除去方法。 - 前記H2/NH3プラズマ処理は、圧力を0.1〜1.0Torr、H2ガス流量を10〜5000sccm、NH3ガス流量を1〜1000sccm、RFパワーを10〜1000W、時間を1〜150secにして行うことを特徴とする請求項27に記載の酸化膜除去方法。
- 前記H2/NH3プラズマ処理は、圧力を0.3〜0.7Torr、H2ガス流量を100〜700sccm、NH3ガス流量を5〜500sccm、RFパワーを50〜500W、時間を10〜120secにして行うことを特徴とする請求項28に記載の酸化膜除去方法。
- 前記H2/NH3プラズマ処理のH2ガス+NH3ガスに対するNH3ガスの流量比は、0.1〜25%の範囲であることを特徴とする請求項27から請求項29に記載の酸化膜除去方法。
- 所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去装置であって、
前記被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理容器内を排気する排気機構と、
前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記処理ガス供給機構、前記排気機構、および前記プラズマ生成機構を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、請求項1から請求項30のいずれかの酸化膜除去方法が行われるように、前記処理ガス供給機構、前記排気機構、および前記プラズマ生成機構を制御することを特徴とする酸化膜除去装置。 - 所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、請求項1から請求項30のいずれかの方法により前記シリコン含有酸化膜を除去する工程と、
前記シリコン含有酸化膜を除去後に金属膜を成膜する工程と、
前記シリコン部分と前記金属膜とを反応させて、前記パターンの底部にコンタクトを形成する工程と
を有することを特徴とするコンタクト形成方法。 - 前記金属膜を形成する工程は、CVDまたはALDにより行うことを特徴とする請求項32に記載のコンタクト形成方法。
- 所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去し、前記シリコン部分にコンタクトを形成するコンタクト形成システムであって、
前記被処理基板の前記シリコン含有酸化膜を除去する請求項31に記載の酸化膜除去装置と、
前記シリコン含有酸化膜を除去後に金属膜を成膜する金属膜成膜装置と、
前記酸化膜除去装置と前記金属膜成膜装置とが接続される真空搬送室と、
前記真空搬送室内に設けられた搬送機構と
を有することを特徴とするコンタクト形成システム。 - 前記金属膜成膜装置は、CVDまたはALDにより金属膜を成膜することを特徴とする請求項34に記載のコンタクト形成システム。
- コンピュータ上で動作し、酸化膜除去装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項1から請求項30のいずれかの酸化膜除去方法が行われるように、コンピュータに前記酸化膜除去装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
- コンピュータ上で動作し、コンタクト形成システムを制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項32または請求項33のコンタクト形成方法が行われるように、コンピュータに前記コンタクト形成システムを制御させることを特徴とする記憶媒体。
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