JP2515423B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2515423B2 JP2231510A JP23151090A JP2515423B2 JP 2515423 B2 JP2515423 B2 JP 2515423B2 JP 2231510 A JP2231510 A JP 2231510A JP 23151090 A JP23151090 A JP 23151090A JP 2515423 B2 JP2515423 B2 JP 2515423B2
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【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し、 静電チャック等の下地にダメージを与えることなく反
応室内壁に成膜処理した際付着した反応生成物をドライ
クリーニングすることができ、かつ均一にエッチングし
てエッチングムラを生じ難くすることができる半導体装
置の製造方法を提供することを目的とし、 成膜処理後、反応室内にフッ素含有化合物ガスを導入
してフッ素含有プラズマを発生させるとともに、ミラー
磁場を印加することにより該成膜処理した際該反応室内
壁に付着した反応生成物を除去する工程を含むように構
成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、マイクロ波プラズマを利用して化学気相成
長(Chemical Vapor Deposition:CVD)を行う装置等
のプラズマ処理装置の清浄化工程を有する半導体装置の
製造方法に関する。
現在、半導体集積回路装置には更なる高集積化及び高
密度化が要求されていることから、諸素子を組み込む為
に必要とされる被膜は高い純度及び高い品質が要求され
る。
そのような良質な被膜から得られるか否かは、気相成
長装置等プラズマ処理装置の清浄度に依存するところが
大きい。
したがって、プラズマ処理装置を清浄化する為の優れ
た方法を開発することが必要である。
〔従来の技術〕
従来、半導体集積回路装置に於ける被膜を形成する
際、その適用技術が高温CVDプロセスであれば、気相成
長装置に於ける真空チャンバ内の清浄化は、フッ酸等を
用いたウエット洗浄で行うことが多く、また、適用技術
が高周波プラズマCVDプロセスであれば、エッチング・
ガスをCF4+O2(10〔%〕)とする高周波プラズマ・ク
リーニングを行うことが多い。
ところで、前記CVD技術は、高温状態に於ける熱反応
を利用するもであるから、成膜すべき基板が高温に耐え
られるもの、そして、電極・配線材料は高温で損傷され
ないもの等の条件があって、その適用範囲が著しく制限
されるという欠点がある。
その欠点を解消する為、近年、マイクロ波プラズマを
利用して100〔℃〕〜400〔℃〕の低温でCVDを実施でき
る技術が開発されている。
このCVD技術は、将来、超高集積化された半導体集積
回路装置を製造する為の技術として期待されていて、更
に低温での良質な成膜を可能にする為の開発が行われて
いる。
この低温マイクロ波プラズマCVD装置に於ける真空チ
ャンバをクリーニングするには、通常、フッ酸を用いた
ウエット洗浄法、或いは、CF4+O2プラズマを用いたド
ライ・エッチング法が適用されている。
前記説明した低温マイクロ波プラズマCVD装置に於け
る真空チャンバの清浄化方法に於けるウエット洗浄法を
実施する場合、装置を分解する必要があり、そして、組
み立てた場合に、僅少ではあるが、元の状態とずれを生
じ、真空系の再現性を保証することができない。また、
装置を分解するには、超高真空→大気復帰→真空チャン
バ清浄化→乾燥→超高真空復帰、なるプロセスを経るの
であるから、そのダウン・タイムは長いものとなり、生
産性の面からは大きな障害になる。
また、他の清浄化方法、即ち、エッチング・ガスとし
てCF4+O2を用いたドライ・エッチング法を実施した場
合、クリーニング効果は僅かであって、エッチング・レ
ートや材料の選択性の面で問題がある。
上記問題を解決する従来技術としては、真空チャンバ
内に三フッ化窒素(NF3)等を導入してプラズマを発生
させ、かつカスプ磁場プロファイルを制御して清浄化を
行う方法が挙げられる。以下、図面を用いて説明する。
第5図は従来のプラズマ処理装置の要部説明図を表し
ている。第5図に於いて、31は反応室、32は空洞共振器
(プラズマ生成室)、33は透光性アルミナ板、34は導波
管、35はガス導入管、36はウエハ・サセプタ、37は拡散
磁場用ソレノイド・コイル、38はカスプ磁場用ソレノイ
ド・コイルをそれぞれ示している。
このプラズマ処理装置では、マイクロ波空洞共振モー
ド或いはECR(Electron Cyclotron Resonance)共振
モードに於いて、ガス導入管35から三フッ化窒素(N
F3)或いは三フッ化塩素(ClF3)等のガスを空洞共振器
32に導入してプラズマ化する。このプラズマ生成時に於
ける圧力は8×10-2〔Torr〕以下とする。生成されたプ
ラズマ、特に、イオンの入射エネルギーを適正な値に制
御する為に必要な拡散(発散)磁場用ソレノイド・コイ
ル37(或いは基板高周波バイアス印加機構)を配置し、
プラズマ化したイオンやラジカルなどの活性種を用いて
反応室31内をドライ・エッチングするものである。
また、このプラズマ処理装置では、カスプ磁場用ソレ
ノイド・コイル38に流す電流の如何に依って、反応室31
内に於けるプラズマのカスプ面を移動させることができ
る。
次に、第6図はカスプ面の移動を説明する為の要部説
明図を表している。第6図において、C1、C2、C3はカス
プ磁場用ソレノイド・コイル38に流す電流に依って移動
したカスプ面を示している。
このように、カスプ面、従って、均一プラズマの領域
を移動させることで、反応室31内の隅々までドライ・エ
ッチングすることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記した従来の半導体装置の製造方法では、真空チャ
ンバ内にNF3或いはClF3等のガスを導入してプラズマを
発生させ、かつカスプ磁場プロファイルを制御して清浄
化を行っているため、プラズマ処理装置に於ける真空反
応室1内壁に成膜処理した際付着した反応生成物を高速
でドライ・クリーニングするこができ、反応室1内のコ
ーナ部分の隅々までクリーニングすることができるとい
う利点があるが、カスプ磁場は局部的に強くプラズマが
発生するため、静電チャック等の下地にまで荷電粒子に
よるダメージが入ってしまうという問題があった。ま
た、カスプ磁場プロファイルを制御して清浄化を行って
いるため、全体的に均一にエッチングし難く、エッチン
グムラが生じるという問題もあった。
そこで、本発明は、静電チャック等の下地にダメージ
を与えることなく反応室内壁に成膜処理した際付着した
反応生成物ドライクリーニングすることができ、かつ均
一にエッチングしてエッチングムラを生じ難くすること
ができる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
している。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による半導体装置の製造方法は上記目的達成の
ため、成膜処理後、反応室内にフッ素含有化合物ガスを
導入してフッ素含有プラズマを発生させるとともに、ミ
ラー磁場を印加することにより該成膜処理した際該反応
室内壁に付着した反応生成物を除去する工程を含むもの
である。
本発明に係るフッ素含有化合物ガスには、NF3ガス、C
lF3ガス等が挙げられる。
本発明は、Si系化合物(Sio2等)等を成膜するプラズ
マ処理装置、熱CVD装置等の反応室内に付着した反応生
成物を除去させる場合に好ましく適用させることができ
る。
本発明においては、ミラー磁場を印加させて反応生成
物を除去させる圧力としては低圧(例えば1×10-2Tor
r)の場合よりも高圧(例えば1×10-3Torr)の場合の
方が好ましく、この高圧の場合低圧の場合よりも更に静
電チャック等の下地にダメージを与えることなく反内室
内壁に付着した反応生成物を均一に除去することができ
る。
本発明においては、フッ素含有化合物ガスに他のガス
を混入させてエッチングレートを調節したり選択性を調
節したりしてもよく、例えばO2ガス、N2Oガス等を混入
させてエッチングレートを向上させてもよい。
〔作用〕
第2図に示す比較例のカスプ磁場の場合では、横方
向、縦方向のエッチングムラが大きく全体的にエッチン
グし過ぎの傾向があるうえウエハーホルダーを多量にエ
ッチングしてダメージを与えており、また、第3図
(b)に示す比較例の発散磁場の場合では、ウエハーホ
ルダーをエッチングし難くなるが横方向のエッチングム
ラが大きく生じていたのに対し、第4図(a)、
(b)、(c)に示す本発明のミラー磁場の場合では、
横方向、縦方向のエッチングムラが極端に小さくなって
おり、カスプ磁場の場合よりもウエハーホルダーをエッ
チングし難くできることが判った。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1図〜第4図は本発明に係る半導体装置の製造方法
の一実施例を説明する図であり、第1図は一実施例のプ
ラズマ処理装置の要部説明図、第2図〜第4図は一実施
例の効果を説明する図である。これらの図に於いて、1
は反応室、2は空洞共振器(プラズマ生成室)、3は透
光性アルミナ板、4は導波管、5はガス導入管、6はウ
エハ・サセプタ、7は拡散磁場用ソレノイド・コイル、
8はミラー磁場用ソレノイド・コイルをそれぞれ示して
いる。
この第1図に示すプラズマ処理装置では、マイクロ波
空洞共振モード或いはECR共振モードに於いて、ガス導
入管5から三フッ化窒素(NF3)或いは三フッ化塩素(C
lF3)等のガスを空洞共振器2に導入してプラズマ化す
る。このプラズマ生成時に於ける圧力は8×10-2〔Tor
r〕以下とする。生成されたプラズマ、特に、イオンの
入射エネルギーを適当な値に制御する為に必要な拡散
(発散)磁場用ソレノイド・コイル7(或るいは基板高
周波バイアス印加機構)を配置し、プラズマ化したイオ
ンやラジカル等の活性種を用いて反応室1内をドライ・
エッチングするものである。
また、このプラズマ処理装置では、ミラー磁場用ソレ
ノイド・コイル8に流す電流の如何に依って、反応室1
内にミラー磁場を印加させることができる。
次に、その製造方法について説明する。
まず、第1図(a)に示すECRプラズマ処理装置を用
い、例えばCVD法によりSi基板上にSiO2を堆積してシリ
コン酸化膜を成膜する。この時、反応室1内壁に反応生
成物としてシリコン酸化膜が付着する。次に、この成膜
処理後、反応室1内にフッ素含有化合物ガスとして例え
ばNF3ガス、40sccmを導入してNF3プラズマを発生させる
とともに、ミラー磁場を印加させることにより、成膜処
理した際反応室1内壁に付着した反応生成物のシリコン
酸化膜を除去する。なお、ここでのミラー磁場は例えば
拡散磁場用ソレノイド・コイル7の電流値150A、ミラー
磁場用ソレノイド・コイル8の電流値174Aにより形成す
る。このクリーニング処理は成膜処理後に行うものであ
り、プラズマ処理装置、熱CVD装置等を用いるMOSトラン
ジスタ等の半導体装置の製造方法に好ましく適用させる
ことができる。
次に、実験結果に基づいて本発明の効果を説明する。
第1図に示すECRプラズマ処理装置を用い、反応室1
内壁(第1図に示すX部)に5000Åの熱酸化膜を形成し
た試験片(Si板)を配置し、カスプ磁場(比較例)、発
散磁場(比較例)、ミラー磁場(本発明)の各クリーニ
ング処理した後、光学的(干渉)膜厚測定装置を用いて
各クリーニング処理後の熱酸化膜膜厚を求め、その膜厚
からエッチングレート(Å/分)を求めた。カスプ磁
場、発散磁場、ミラー磁場は拡散磁場用ソレノイド・コ
イル7及びミラー磁場用ソレノイド・コイル8の電流の
印加方法を適宜調節して各々形成した。即ち、第2図の
比較例は低圧力域、カスプ磁場でのドライクリーニング
特性を示す図である。第3図(a)、(b)の比較例は
低圧力域でのミラー磁場と発散磁場でのドライクリーニ
ング特性を各々示す図である。第4図(a)、(b)、
(c)の本発明は高圧力域、ミラー磁場でのドライクリ
ーニング特性を示す図である。各図の横軸は第1図に示
す反応室1内壁X部の上部ウエハーホルダー側から下部
アパーチャー側までの反応室1距離を示しており、縦軸
は反応室1内壁X部の熱酸化膜のエッチングレートを示
しており、ウエハーホルダー(ウエハ・サセプタ6)の
エッチングレートも示している。
また、各図に示すμPoは1800W、SCは拡散磁場用ソレ
ノイド・コイル7の電流値、SSCはミラー磁場用ソレノ
イド・コイル8の電流値、WHはウエハーホルダーからの
距離である。
すなわち、第2図に示す比較例のカスプ磁場の場合で
は、横方向、縦方向のエッチングムラが大きく全体的に
エッチングし過ぎの傾向があるうえウエハーホルダーも
多量にエッチングしてダメージを与えており、また、第
3図(b)に示す比較例の発散磁場の場合では、ウエハ
ーホルダーをエッチングし難くなるが横方向のエッチン
グムラが大きく生じていたのに対し、第3図(a)及び
第4図(a)、(b)、(c)に示す本発明のミラー磁
場の場合では、横方向、縦方向のエッチングムラが小さ
くなっており、カスプ磁場の場合よりもウエハーホルダ
ーをエッチングし難くすることができることが判った。
また、本発明のミラー磁場の場合、第3図(a)に示す
低圧域の場合よりも第4図に示す高圧域の場合の方がウ
エハーホルダーを更にエッチングし難くすることができ
好ましいことが判った。
〔発明の効果〕
本発明によれば、静電チャック等の下地にダメージを
与えることなく反応室内壁に成膜処理した際付着した反
応生成物をドライクリーニングすることができ、かつ均
一にエッチングしてエッチングムラを生じ難くすること
ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明に係る半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する図であり、 第1図は一実施例のプラズマ処理装置の要部説明図、 第2図〜第4図は一実施例の効果を説明する図、 第5図は従来例のプラズマ処理装置の要部説明図、 第6図は従来例のカスプ面の移動を説明する為の要部説
明図である。 1……反応室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−75373(JP,A) 特開 平3−91238(JP,A) 特開 平1−87773(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】成膜処理後、反応室(1)内にフッ素含有
    化合物ガスを導入してフッ素含有プラズマを発生させる
    とともに、ミラー磁場を印加することにより該成膜処理
    した際該反応室(1)内壁に付着した反応生成物を除去
    する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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