JP3384622B2 - Substrate processing method - Google Patents

Substrate processing method

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JP3384622B2
JP3384622B2 JP21257094A JP21257094A JP3384622B2 JP 3384622 B2 JP3384622 B2 JP 3384622B2 JP 21257094 A JP21257094 A JP 21257094A JP 21257094 A JP21257094 A JP 21257094A JP 3384622 B2 JP3384622 B2 JP 3384622B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン等の基板上に
形成されたシリコン酸化膜(SiO2)やシリコン窒化
膜(Si34)等をRIE法によってエッチングする技
術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for etching a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) formed on a substrate such as silicon by RIE.

【0002】[0002]

【従来の技術】RIE法(Reactive Ion Etching:反応
性イオンエッチング)については既によく知られている
技術であるので基本構造のみを図8に基づいて説明す
る。図8はRIE装置1を概念的に示した図である。エ
ッチング室2内を真空状態にし、この中に反応ガス(例
えばCF4)3を入れ、高周波電源4から高周波電力を
加えると、放電が生じてプラズマ5が発生する。このプ
ラズマ5中では電界で加速された電子との衝突によって
ガスが解離し、イオンや化学的に極めて活性な原子や分
子が生成される。
2. Description of the Related Art Since the RIE method (Reactive Ion Etching) is a well known technology, only the basic structure will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram conceptually showing the RIE apparatus 1. When the inside of the etching chamber 2 is evacuated, a reaction gas (for example, CF 4 ) 3 is put therein, and high-frequency power is applied from the high-frequency power source 4, electric discharge is generated and plasma 5 is generated. In this plasma 5, gas is dissociated by collision with electrons accelerated by an electric field, and ions and chemically active atoms and molecules are generated.

【0003】後者の原子や分子はラジカル(CF4では
フッ素F)といわれ、等方性プラズマエッチングに利用
できる。RIE法は前者のイオン(CF4ではCF3 +
CF2 +などの陽イオン)を利用したもので、陰極6と陽
極(図示しない)とを平行平板構造とし、陰極6にウェ
ハ7を置けば、陽イオンが電界で加速されてウェハ7の
表面を衝撃し、変質させ、エッチングを行う。イオン衝
撃は深さ方向だけに生ずるから、エッチングが垂直方向
に進み、異方性エッチングとなる。
The latter atoms and molecules are called radicals (fluorine F in CF 4 ) and can be used for isotropic plasma etching. The RIE method uses the former ions (CF 4 is CF 3 + ,
CF 2 + and other positive ions are used, and the cathode 6 and the anode (not shown) have a parallel plate structure. When the wafer 7 is placed on the cathode 6, the positive ions are accelerated by the electric field and the surface of the wafer 7 is accelerated. Impact, degenerate and etch. Since the ion bombardment occurs only in the depth direction, the etching proceeds in the vertical direction, resulting in anisotropic etching.

【0004】斯かるRIE法において、Si基板上に形
成されたSi酸化膜やSi窒化膜を異方性エッチングす
るには、反応ガスとして、CFx又はCHxy系のガス
を使用しており、例えば、1992年応用物理学関係連
合講演会予稿集28a−NC−6には、反応ガスとし
て、CF4/H2混合ガスを使用すると共に、高周波電源
のパワー密度を2.7W/cm2に設定することが記載さ
れている。
In the RIE method, in order to anisotropically etch a Si oxide film or a Si nitride film formed on a Si substrate, a CF x or CH x F y type gas is used as a reaction gas. For example, in the proceedings 28a-NC-6 of the 1992 Joint Lecture on Applied Physics, CF 4 / H 2 mixed gas is used as the reaction gas, and the power density of the high frequency power source is 2.7 W / cm. It is described that it is set to 2 .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】RIE法において、S
i基板上に形成されたSi酸化膜やSi窒化膜を異方性
エッチングした場合、シリコン基板表面にダメージ層が
形成される。このダメージ層は、炭素(C)を含んだ
エッチングガスに伴うダメージ層と、水素(H)を含
んだエッチングガスに伴うダメージ層とで形成されてい
る(G.S.Orhrlein,et al.,J.Vac.Sci.Technol.,A4(3)(1
986)750に詳しい)。
In the RIE method, S
When the Si oxide film or Si nitride film formed on the i substrate is anisotropically etched, a damaged layer is formed on the surface of the silicon substrate. This damage layer is formed of a damage layer associated with an etching gas containing carbon (C) and a damage layer associated with an etching gas containing hydrogen (H) (GS Orhrlein, et al., J. Vac. Sci.Technol., A4 (3) (1
986) 750).

【0006】炭素を含んだエッチングガスによるダメ
ージについて シリコン酸化膜(SiO2)及びシリコン窒化膜(Si3
4)等のドライエッチングにおいては、炭素を含んだ
エッチングガス(CHF3、CH22、等)が広く用い
られている。この場合には、エッチング中に発生する炭
素原子によってシリコン基板表面が炭化シリコン(Si
C)化するSiC化ダメージが生じ、SiC化ダメージ
層が形成される。
Regarding the damage caused by the etching gas containing carbon, silicon oxide film (SiO 2 ) and silicon nitride film (Si 3
In dry etching with N 4 ) or the like, an etching gas containing carbon (CHF 3 , CH 2 F 2 , etc.) is widely used. In this case, carbon atoms generated during etching cause the surface of the silicon substrate to change to silicon carbide (Si
The SiC damage to be converted into C) occurs, and a SiC damage layer is formed.

【0007】水素を含んだエッチングガスによるダメ
ージについて エッチングガスに水素が含まれていると、前記SiC化
層の下に水素イオンが侵入し、この水素イオンによりシ
リコン基板中のドナーやアクセプタが不活性化された
り、シリコンの結晶性が乱れたりするというダメージ
(水素侵入ダメージ層と称する)が生じる。
Regarding Damage Due to Etching Gas Containing Hydrogen When hydrogen is contained in the etching gas, hydrogen ions penetrate below the SiC layer, and the hydrogen ions inactivate the donors and acceptors in the silicon substrate. Damage (referred to as a hydrogen-penetration damage layer) such that the silicon is crystallized or the crystallinity of silicon is disturbed occurs.

【0008】このようなダメージ層は、半導体デバイス
を製造する過程において、様々な弊害をもたらすことに
なる。例えば、LDD(Lightly Doped Drain)構造の
MOSトランジスタを製造する場合には、ソースやドレ
イン上のSi酸化膜をRIE法によりエッチング除去し
た後、ソースやドレインに高濃度のイオンを注入した
り、又は、ソースやドレイン上のSi酸化膜をエッチン
グ除去した後、再びその部分を熱酸化し、この酸化膜の
上からソースやドレインに高濃度のイオンを注入する作
業が行われるが、Si基板にダメージ層が形成されてい
ると、Si基板表面へのイオン注入が円滑に行われなか
ったり、Si基板表面に再び酸化膜を形成する際の障害
となったりする。
Such a damaged layer causes various harmful effects in the process of manufacturing a semiconductor device. For example, in the case of manufacturing a MOS transistor having an LDD (Lightly Doped Drain) structure, the Si oxide film on the source and drain is removed by etching by the RIE method, and then high concentration ions are implanted into the source and drain, or After the Si oxide film on the source and drain is removed by etching, the part is thermally oxidized again and a high concentration of ions is injected into the source and drain from above this oxide film, but the Si substrate is damaged. When the layer is formed, the ion implantation to the surface of the Si substrate may not be performed smoothly, or may become an obstacle when the oxide film is formed again on the surface of the Si substrate.

【0009】また、DRAMの製造過程において、ビッ
ト線とMOSトランジスタのソースとを接続する場合に
も、MOSトランジスタ上の酸化膜をRIE法によりエ
ッチングしてコンタクトホールを形成し、ソース上にビ
ット線としてのポリシリコンを堆積させるが、Si基板
にダメージ層が形成されていると、Si基板(ソース)
とビット線とのコンタクト抵抗が増大する。
Also, when connecting the bit line and the source of the MOS transistor in the process of manufacturing the DRAM, the oxide film on the MOS transistor is etched by the RIE method to form a contact hole, and the bit line is formed on the source. Polysilicon is deposited, but if a damaged layer is formed on the Si substrate, the Si substrate (source)
And the contact resistance between the bit line and the bit line increases.

【0010】前記SiC化ダメージ層は等方性ドライエ
ッチングによって除去することができるが、今後素子の
微細化が進むことを考えると、このようなエッチング処
理はきわめて難しくなることが予想される。例えば、1
GDRAMクラス(デザインルール0.15μm)のU
LSIでは、ソースやドレイン等の拡散層が60nm程
度まで浅くなることが予想され、このような数nmオー
ダのエッチングを精度良く制御するには、その再現性等
の面に問題が生じる危惧がある。
The SiC damage layer can be removed by isotropic dry etching, but it is expected that such etching treatment will be extremely difficult in consideration of further miniaturization of the device in the future. For example, 1
U of GDRAM class (design rule 0.15 μm)
In an LSI, the diffusion layers such as the source and drain are expected to be shallow to about 60 nm, and in order to accurately control such etching on the order of several nm, there is a risk of problems in terms of reproducibility and the like. .

【0011】本発明は斯かる問題点に鑑み、Si基板表
面に形成されるダメージ層のダメージの度合いが軽減さ
れるような基板の処理方法を提供するものである。
In view of the above problems, the present invention provides a method for treating a substrate in which the degree of damage of a damage layer formed on the surface of a Si substrate is reduced.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の基板の処理方
法は、シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜等の絶縁膜をドライエッチングした後、シ
リコン基板の表面にイオンを注入し、その後、RTA法
による急速加熱処理を施すものであって、前記RTA処
理の前に、O 2 RIE処理を行うことをその要旨とす
る。
A method of processing a substrate according to claim 1,
The method consists of a silicon oxide film or a film formed on a silicon substrate.
After dry etching the insulating film such as the recon nitride film,
Ions are implanted into the surface of the recon substrate and then the RTA method is used.
Rapid heat treatment by means of the RTA treatment
The point is to carry out O 2 RIE processing before processing.
It

【0013】請求項2の基板の処理方法は、シリコン基
板上に形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の
絶縁膜をドライエッチングした後、シリコン基板の表面
にイオンを注入し、その後、RTA法による急速加熱処
理を施すものであって、前記RTA処理の前に、スライ
トエッチング処理を行うことをその要旨とする。
A method of treating a substrate according to claim 2 is a silicon-based material.
Such as silicon oxide film and silicon nitride film formed on the plate
Surface of silicon substrate after dry etching of insulating film
Ions are implanted into the substrate, and then the RTA method is used for rapid heating.
Before applying the RTA process, the slide
The main point is to perform the etching process.

【0014】請求項3の基板の処理方法は、請求項2に
記載の発明において、前記スライトエッチング処理は、
少なくともフッ素(F)又は塩素(Cl)を含むガスを
用いて行うことをその要旨とする。
A method of treating a substrate according to a third aspect is the method according to the second aspect.
In the described invention, the slight etching treatment is
A gas containing at least fluorine (F) or chlorine (Cl)
The main point is what is used.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【作用】すなわち、シリコン等の基板上に形成されたシ
リコン酸化膜(SiO2)やシリコン窒化膜(Si
34)等の絶縁膜をRIE法等によりドライエッチング
すると、基板の表面にSiC化ダメージ層と水素侵入ダ
メージ層が形成され、この部分の特性(例えばコンタク
ト抵抗)が悪化するが、エッチング後に、熱処理するこ
とにより、水素侵入ダメージ層の部分の水素が外方拡散
するとともにこの部分の結晶性の乱れが改善されて、少
なくともこの水素侵入ダメージ層のダメージの度合いが
回復する。
Function: That is, a silicon oxide film (SiO 2 ) or a silicon nitride film (Si) formed on a substrate such as silicon.
When an insulating film such as 3 N 4 ) is dry-etched by the RIE method or the like, a SiC damage layer and a hydrogen penetration damage layer are formed on the surface of the substrate, and the characteristics (contact resistance, etc.) of this portion are deteriorated. By the heat treatment, hydrogen in the portion of the hydrogen-penetration damaged layer is diffused outward and disorder of the crystallinity of this portion is improved, and at least the degree of damage of the hydrogen-penetration damaged layer is recovered.

【0018】また、このRIE法を炭素(C)を含有す
るガスを用いて行うのは、SiO2のエッチング反応
が、SiO2+CF4→SiF4↑+CO2↑となり、Fで
Siが、CでOがそれぞれエッチングされると考えられ
ているからである。更に、このRIE法を水素(H)を
含有するガスを用いて行うのは、CF4→CF3+Fの解
離反応により生成されるFが、Si+F2→SiF2↑等
の反応によりSiをエッチングし、SiO2/Siのエ
ッチング選択比を劣化させることを避けるため、F+H
→HFの反応で取り除こうとするためである。
Further, performing this RIE method using a gas containing carbon (C), the etching reaction of SiO 2 is, SiO 2 + CF 4 → SiF 4 ↑ + CO 2 ↑ next, Si in F is, C This is because it is considered that O is etched in each case. Further, this RIE method is performed using a gas containing hydrogen (H), because F generated by the dissociation reaction of CF 4 → CF 3 + F etches Si by the reaction of Si + F 2 → SiF 2 ↑. However, in order to avoid degrading the SiO 2 / Si etching selectivity, F + H
→ It is because it tries to remove by the reaction of HF.

【0019】また、エッチングにより露出した面にイオ
ンを注入することにより、一旦この部分の結晶が非晶質
化するので、その後の熱処理で結晶性の乱れを改善させ
た場合に、その改善効果が大きくなる。また、熱処理と
して、RTA法による急速加熱行うことにより、エッ
チング以外の酸化膜等の膜質に影響を与えにくい。
Further, by implanting ions into the surface exposed by etching, the crystal in this portion once becomes amorphous. Therefore, when the disorder of the crystallinity is improved by the subsequent heat treatment, the improvement effect is obtained. growing. Further, as the heat treatment, by performing rapid heating by RTA method, hardly affect the quality of the oxide film or the like other than the etching.

【0020】また、前記熱処理の前に、O2RIE処理
やスライトエッチング処理を行うことで、水素侵入ダメ
ージ層の回復に加えて、SiC化ダメージ層をも回復さ
せることができる。また、このスライトエッチング処理
を、少なくともフッ素(F)又は塩素(Cl)を含むガ
スを用いて行うのは、F、Cl等はSiとの反応性が強
く、反応生成物(SiF4、SiCl4等)が蒸発しやす
いからである。
Further, by performing O 2 RIE treatment or slight etching treatment before the heat treatment, it is possible to recover not only the hydrogen intrusion damage layer but also the SiC damage layer. Further, this slight etching treatment is performed using a gas containing at least fluorine (F) or chlorine (Cl) because F, Cl, etc. have a strong reactivity with Si and reaction products (SiF 4 , SiCl 4 Etc.) is likely to evaporate.

【0021】[0021]

【実施例】本発明を具現化した一実施例を以下に説明す
る。Si基板の表面に、SiC層化ダメージ層、水素侵
入ダメージ層が形成されると、様々な弊害をもたらすこ
とは前に述べた通りである。まず、本発明者は、この事
実を踏まえ以下のような実験を行った。
An embodiment embodying the present invention will be described below. As described above, when the SiC layer damage layer and the hydrogen penetration damage layer are formed on the surface of the Si substrate, various harmful effects are brought about. First, the present inventor conducted the following experiment based on this fact.

【0022】n型(100)単結晶Si基板を5枚用意
し、それぞれ以下に示すような処理を行い、試料A〜E
とした。フロロカーボンガスプラズマを照射するのは、
RIEを行ったときと同じ状態にするためであり、これ
により、基板の表面には、SiC化ダメージ層と水素侵
入ダメージとが形成される。 試料A・・未処理 試料B・・プラズマ照射のみ 試料C・・プラズマ照射+O2RIE 試料D・・プラズマ照射+RTA 試料E・・プラズマ照射+O2RIE+RTA (プラズマ処理の条件) ガス圧力:200mTorr、RFパワー:700W、ガス
流量:CHF3=30sccm、CF4=5sccm、Ar=50
sccm (O2RIEの条件) ガス圧力:100mTorr、RFパワー:300W、ガス
流量:O2=20sccm (RTAの条件) 温度:400℃、圧力:0.1Torr、時間:30秒 各試料に対する上記の処理をまとめると下表の通りとな
る。
Five n-type (100) single crystal Si substrates were prepared and subjected to the following treatments, and samples A to E were prepared.
And Irradiating fluorocarbon gas plasma is
This is to make the state the same as when RIE is performed, whereby a SiC damage layer and hydrogen penetration damage are formed on the surface of the substrate. Sample A: Untreated sample B: Plasma irradiation only Sample C: Plasma irradiation + O 2 RIE Sample D: Plasma irradiation + RTA Sample E: Plasma irradiation + O 2 RIE + RTA (Plasma processing conditions) Gas pressure: 200 mTorr, RF Power: 700 W, gas flow rate: CHF 3 = 30 sccm, CF 4 = 5 sccm, Ar = 50
sccm (condition of O 2 RIE) Gas pressure: 100 mTorr, RF power: 300 W, gas flow rate: O 2 = 20 sccm (condition of RTA) Temperature: 400 ° C., pressure: 0.1 Torr, time: 30 seconds The above for each sample The process is summarized in the table below.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】この状態で、試料A〜Eのシート抵抗とコ
ンタクト抵抗とを測定したものを図1に示す。尚、シー
ト抵抗は四探針法で、コンタクト抵抗は四探針ケルビン
法で測定した。 (試料Aの結果より)何のダメージも与えられていない
ために、シート抵抗、コンタクト抵抗ともに低い値を示
す。 (試料Bの結果より)プラズマ照射により、基板の表面
にダメージ層が形成されシート抵抗、コンタクト抵抗と
もに高い値を示す。 (試料Cの結果より)O2RIE処理によりSiC化ダ
メージ層が修復され、コンタクト抵抗も低い値を示す
が、その下の水素侵入ダメージ層は修復できていないた
め、依然としてダメージは存在し、シート抵抗も高い値
を示す。 (試料Dの結果より)RTA処理により水素侵入ダメー
ジ層が修復され、シート抵抗がほぼ試料Aと同じ値にま
で低下する。これに伴い、コンタクト抵抗も低い値を示
す。 (試料Eの結果より)O2RIE処理によりSiC化ダ
メージ層が修復され、RTA処理により水素侵入ダメー
ジ層が修復され、シート抵抗、コンタクト抵抗ともに、
ほぼ試料Aと同じ値にまで低下する。
FIG. 1 shows the measured sheet resistance and contact resistance of Samples A to E in this state. The sheet resistance was measured by the four-probe method, and the contact resistance was measured by the four-probe Kelvin method. Since no damage was given (from the result of Sample A), both the sheet resistance and the contact resistance show low values. (From the result of the sample B) Plasma irradiation causes a damaged layer to be formed on the surface of the substrate, which shows high sheet resistance and high contact resistance. (From the result of Sample C) The O 2 RIE treatment repaired the SiC damage layer and the contact resistance also showed a low value, but the hydrogen penetration damage layer thereunder could not be repaired, so that damage still existed, and the sheet The resistance also shows a high value. (From the result of the sample D) The hydrogen penetration damage layer is repaired by the RTA treatment, and the sheet resistance is reduced to almost the same value as the sample A. Along with this, the contact resistance also shows a low value. (From the result of the sample E) The damage layer made of SiC is repaired by O 2 RIE treatment, the hydrogen penetration damage layer is repaired by RTA treatment, and both the sheet resistance and the contact resistance are
It decreases to almost the same value as the sample A.

【0025】以上の結果から考察すると、基板表面にダ
メージ層が存在するもの、すなわち、下層の水素侵入ダ
メージ層が修復されていないものは、シート抵抗が高い
値を示す。従って、RIE後等に露出した基板表面シー
ト抵抗を測定することにより、この部分のダメージの度
合いを評価することができる。
Considering from the above results, a sheet having a damaged layer on the surface of the substrate, that is, a layer in which the lower hydrogen-penetrating damaged layer is not repaired has a high sheet resistance. Therefore, the degree of damage to this portion can be evaluated by measuring the exposed sheet surface resistance of the substrate after RIE.

【0026】図2は本実施例におけるエッチングダメー
ジの評価装置の構成を示すブロック図である。コンピュ
ータ8には予め全くダメージを受けていない基板表面の
シート抵抗が記憶されている。シート抵抗測定装置9か
らの測定結果は、コンピュータ8に入力され、予め記憶
されている基準値を比較されて、ダメージの度合いが決
定される。
FIG. 2 is a block diagram showing the arrangement of an etching damage evaluation apparatus according to this embodiment. The computer 8 stores in advance the sheet resistance of the substrate surface which is not damaged at all. The measurement result from the sheet resistance measuring device 9 is input to the computer 8 and compared with a reference value stored in advance to determine the degree of damage.

【0027】コンピュータ8は、前記シート抵抗測定装
置9の測定結果や基板表面のダメージの度合い等の情報
を表示装置としてのプリンタ10やCRT11に表示す
るとともに、オペレータの指示に従って、又は自動的
に、後述するダメージ修復措置を実行するよう、各種装
置に指令する。もちろん、オペレータ自身が、コンピュ
ータ8からの情報に基づいて、前記各種装置を作動させ
てもよい。
The computer 8 displays information such as the measurement result of the sheet resistance measuring device 9 and the degree of damage on the substrate surface on the printer 10 or the CRT 11 as a display device, and according to an operator's instruction or automatically. Commands various devices to execute the damage repair measures described below. Of course, the operator himself may operate the various devices based on the information from the computer 8.

【0028】例えば、コンピュータ8は、ダメージを受
けていない基板のシート抵抗を基準とし、ダメージの評
価を受ける基板のシート抵抗を数段階にランク分けし表
示する。更に、予め定められたランクであれば修復作業
を行うよう指令する。ここで、RTA法による水素侵入
ダメージ層の修復効果について実験値を基に説明する。
For example, the computer 8 displays the sheet resistance of the substrate which is evaluated for damage in several ranks with the sheet resistance of the substrate which is not damaged as a reference. Furthermore, if it is a predetermined rank, it is instructed to perform the repair work. Here, the repair effect of the hydrogen penetration damage layer by the RTA method will be described based on experimental values.

【0029】まず、n型シリコン基板(試料1)とp型
シリコン基板(試料2)を用意する。 工程:資料1にp+拡散層を形成し、試料2にn+拡散
層を形成する。 工程:各基板の表面にシリコン酸化膜を形成し、この
酸化膜をRIE法により部分的にエッチングし、各拡散
層に通じるコンタクトホールを形成する。
First, an n-type silicon substrate (sample 1) and a p-type silicon substrate (sample 2) are prepared. Step: a p + diffusion layer is formed on the article 1, to form an n + diffusion layer in the sample 2. Step: A silicon oxide film is formed on the surface of each substrate, and the oxide film is partially etched by the RIE method to form a contact hole communicating with each diffusion layer.

【0030】工程:各試料に対し、温度400℃、時
間30秒のRTAを行う。 図3は各工程における基板表面のシート抵抗を各試料ご
とに測定し、グラフ化したものである。試料1におい
て、エッチング前の工程の段階では140Ω/□であ
ったシート抵抗が、エッチング後の工程では540Ω
/□にまで増加している。ところが、工程でRTAを
行うことにより、シート抵抗が240Ω/□にまで低下
した。資料2もシート抵抗の値こそ異なるが、試料1と
同様の傾向を示している。
Process: Each sample is subjected to RTA at a temperature of 400 ° C. for 30 seconds. FIG. 3 is a graph obtained by measuring the sheet resistance of the substrate surface in each process for each sample. In Sample 1, the sheet resistance was 140Ω / □ in the step before etching, but 540Ω in the step after etching.
It is increasing to / □. However, by performing RTA in the process, the sheet resistance was reduced to 240Ω / □. The material 2 also shows the same tendency as the sample 1, although the sheet resistance value is different.

【0031】工程でシート抵抗が増加したのは、エッ
チング時に基板表面に水素イオンが注入されたことによ
り、ドナーやアクセプタが不活性化されたこと、基板の
結晶性が乱されたこと、拡散層の厚みが薄くなったこ
と、などの理由により、基板表面がダメージを受けたこ
とを示している。その後、工程において、RTAを行
うことにより、水素侵入ダメージ層の部分の水素が外方
拡散するとともに結晶性の乱れが改善され、結果、この
部分のダメージ度合いが回復し、シート抵抗も減少す
る。
The sheet resistance increased in the process because hydrogen ions were implanted into the substrate surface during etching, the donors and acceptors were inactivated, the crystallinity of the substrate was disturbed, and the diffusion layer was diffused. Indicates that the surface of the substrate has been damaged due to the fact that the thickness of the substrate has decreased. After that, RTA is performed in the process, whereby hydrogen in the hydrogen intrusion damage layer portion is diffused outward and disorder of crystallinity is improved, and as a result, the degree of damage in this portion is recovered and the sheet resistance is also reduced.

【0032】この時のRTAの温度としては、200℃
〜1200℃の範囲が有効で、その中でも400℃〜8
00℃が適切で、特に、400℃〜600℃の範囲が最
も効果がある。図4は工程〜における水素濃度の深
さ方向のプロファイルを示している。工程の処理によ
り、エッチング後には基板の深くまで高濃度の水素が存
在するようになっているが、工程の処理により、水素
は基板の比較的表面付近に点在するようになり、さらに
は、濃度も低くなっていることが分かる。
The RTA temperature at this time is 200 ° C.
〜1200 ℃ is effective, 400 ℃ ~ 8
00 ° C. is suitable, and the range of 400 ° C. to 600 ° C. is most effective. FIG. 4 shows profiles of the hydrogen concentration in the depth direction in the steps 1 to 3. After the etching, the high-concentration hydrogen is present deep in the substrate by the process, but the process causes the hydrogen to be scattered near the surface of the substrate. It can be seen that the concentration is also low.

【0033】このように、RTAを行うことで、水素侵
入ダメージ層を修復できることが実証できた。次に、O
2RIE法によるSiC化ダメージ層の修復効果につい
て実験値を基に説明する。まず、基板の表面にシリコン
酸化膜を形成し、この酸化膜をRIE法により、部分的
にエッチングして、各拡散層に通じるコンタクトホール
を形成する。この試料を4枚(試料F〜試料I)準備
し、それぞれ次のような処理を行った後、熱酸化を行っ
た。
As described above, it was proved that the hydrogen intrusion damage layer can be repaired by performing the RTA. Then O
2 The repair effect of the SiC damage layer by the RIE method will be described based on experimental values. First, a silicon oxide film is formed on the surface of the substrate, and the oxide film is partially etched by the RIE method to form a contact hole communicating with each diffusion layer. Four samples (Sample F to Sample I) were prepared and subjected to the following treatments, respectively, followed by thermal oxidation.

【0034】試料F・・O2RIE処理(通常のRIE装
置に処理ガスとしてO2を用いる) 試料G・・O3処理(基板温度300℃、O3+O2(濃度
5%)+N2雰囲気) 試料H・・O2プラズマダウンフロー(マイクロ波放電
プラズマのラジカルのみを照射) 試料I・・未処理 *試料J・・単なるシリコンウェハ(SiC化ダメージ
の全くないもの) 図5は熱酸化後の前記コンタクトホール底面の酸化膜厚
を測定した結果である。シリコン表面にSiC化ダメー
ジが残っていると、その後の酸化膜の成長が妨げられる
ことは前述の通りである。この図より、O2RIE処理
を施したものは、試料ウェハJとほぼ同等の値を示して
いる。
Sample F ·· O 2 RIE processing (O 2 is used as a processing gas in a normal RIE apparatus) Sample G ·· O 3 processing (substrate temperature 300 ° C., O 3 + O 2 (concentration 5%) + N 2 atmosphere) ) Sample H · · O 2 plasma downflow (irradiating only radicals of microwave discharge plasma) Sample I · · Untreated * Sample J · · Simple silicon wafer (without SiC damage at all) Figure 5 shows after thermal oxidation 3 is a result of measuring the oxide film thickness on the bottom surface of the contact hole. As described above, if the siliconization damage remains on the silicon surface, the subsequent growth of the oxide film is hindered. From this figure, the sample subjected to the O 2 RIE treatment shows almost the same value as the sample wafer J.

【0035】このことから、O2RIE処理によりSi
C化ダメージを完全に除去できることが分かる。以上の
結果から、以下に、シリコン基板上の絶縁膜にコンタク
トホールを形成するプロセスを図6に基づき説明する。
まず、図6Aにおいて、p型単結晶シリコン基板12の
表面にn型拡散層13を形成し、その上に、例えばCV
D法によりシリコン酸化膜14を堆積させ、更にこのシ
リコン酸化膜14の上にコンタクトホール形成のための
レジストパターン(図示しない)を形成する。
From this fact, Si is treated by O 2 RIE treatment.
It can be seen that C damage can be completely removed. From the above results, the process of forming a contact hole in the insulating film on the silicon substrate will be described below with reference to FIG.
First, in FIG. 6A, an n-type diffusion layer 13 is formed on the surface of a p-type single crystal silicon substrate 12, and, for example, CV is formed thereon.
A silicon oxide film 14 is deposited by the D method, and a resist pattern (not shown) for forming a contact hole is further formed on the silicon oxide film 14.

【0036】このレジストをマスクとして、RIE(エ
ッチング条件 RFパワー:700〜1000W、ガス
圧力:0.05〜0.5Torr、使用ガス:CHF3+CF4
+Ar)により、前記シリコン酸化膜14に、前記シリ
コン基板12に達するコンタクトホール15を形成す
る。この際、前記コンタクトホール15の底面、すなわ
ち、前記シリコン基板12の表面にSiC化ダメージ層
16が形成され、更にその下に水素侵入ダメージ層17
が形成される。
Using this resist as a mask, RIE (etching condition RF power: 700 to 1000 W, gas pressure: 0.05 to 0.5 Torr, working gas: CHF 3 + CF 4).
+ Ar), a contact hole 15 reaching the silicon substrate 12 is formed in the silicon oxide film 14. At this time, the SiC damage layer 16 is formed on the bottom surface of the contact hole 15, that is, the surface of the silicon substrate 12, and the hydrogen intrusion damage layer 17 is further formed under the SiC damage layer 16.
Is formed.

【0037】次に、図6Bにおいて、前記レジストをO
2プラズマアッシングすると共に硫酸と過酸化水素水の
混合液に浸して除去する。さて、Si基板の表面に、主
にSiCからなるダメージ層が形成されると、このダメ
ージ層が障害となって、例えば、Si基板を熱酸化した
場合、その表面の酸化が抑制されるので、これを除去す
ることが必要となる。
Next, referring to FIG. 6B, the resist is replaced with O.
2 Plasma ashing and dipping in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide to remove it. Now, when a damage layer mainly made of SiC is formed on the surface of the Si substrate, this damage layer becomes an obstacle and, for example, when the Si substrate is thermally oxidized, the oxidation of the surface is suppressed. It is necessary to remove this.

【0038】そこで、通常のRIE装置を用いて、基板
にO2RIE処理を施す(エッチング条件 RFパワ
ー:200〜1000W、ガス圧力:0.001〜1.0
Torr、使用ガス:O2)。これにより、SiC化ダメー
ジ部分が改質され、その部分にシリコン酸化膜(SiO
2)18が形成される。次に、図6Cにおいて、前記シ
リコン酸化膜18をウェット洗浄(例えばH2O:HF
=20:1の溶液に30秒間漬浸する)等により除去す
ると、水素侵入ダメージ層17が露出する。
Therefore, the substrate is subjected to O 2 RIE processing using a normal RIE apparatus (etching condition RF power: 200 to 1000 W, gas pressure: 0.001 to 1.0).
Torr, gas used: O 2 ). As a result, the SiC damaged portion is modified, and a silicon oxide film (SiO 2
2 ) 18 is formed. Next, in FIG. 6C, the silicon oxide film 18 is subjected to wet cleaning (for example, H 2 O: HF).
= 20: 1 soaking for 30 seconds) and the like to expose the hydrogen intrusion damage layer 17.

【0039】そこで、このダメージ層を修復するため
に、RTA法を用い、温度400℃で30秒間熱処理を
行う。これにより、ダメージ層の水素が外方拡散し、ダ
メージが修復される。最後に、図6Dにおいて、スパッ
タ法等により、通常のAl合金配線19を蒸着させる。
このとき、コンタクトホール15の底部の各種ダメージ
層が改善され、拡散層13表面のコンタクト抵抗が低下
しているので、Al配線19と拡散層13との接続が良
好な状態で行える。
Therefore, in order to repair the damaged layer, heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. for 30 seconds by using the RTA method. As a result, hydrogen in the damaged layer diffuses outward, and the damage is repaired. Finally, in FIG. 6D, a normal Al alloy wiring 19 is vapor-deposited by a sputtering method or the like.
At this time, various damaged layers at the bottom of the contact hole 15 are improved and the contact resistance on the surface of the diffusion layer 13 is lowered, so that the Al wiring 19 and the diffusion layer 13 can be connected in a good state.

【0040】図7は以上のような方法で、本発明に従い
SiC化ダメージ層と水素侵入ダメージ層とを修復した
ものと従来のように修復していないものとのコンタクト
抵抗を測定した結果である。本発明のようにダメージを
修復したものは、コンタクト抵抗が30Ωと小さくか
つ、ばらつきも小さいが、ダメージを修復していないも
のは最大約100Ωもの抵抗値を示し、また測定後との
ばらつきも大きく再現性に問題があることが分かる。
FIG. 7 shows the results of measuring the contact resistance between the SiC-damaged layer and the hydrogen-penetration damaged layer repaired according to the present invention and those not repaired conventionally as in the above method. . In the case where the damage is repaired as in the present invention, the contact resistance is as small as 30Ω and the variation is small, but in the case where the damage is not repaired, the resistance value is up to about 100Ω and the variation after the measurement is large. It turns out that there is a problem with reproducibility.

【0041】以上の実施例以外にも以下の通りの変形例
が考えられる。 1)SiC化ダメージ層を除去するために、前記O2
IE処理に代えて、前記試料Hに施したように、プラズ
マダウンフロー型のエッチング装置を用いてスライトエ
ッチングしてこのダメージ層を除去してもよい。このス
ライトエッチング時には、CF4、NF3、SF6等のフ
ッ素を含むガス、Cl2、BCl3、SiCl4等の塩素
を含むガス、又は、これらのガスとO2、N2、Ar、H
e等との混合ガスを使用する。 2)実施例では、SiC化ダメージ層16を除去してか
ら水素侵入ダメージ層17を修復したが、この作業を逆
に行ってもよい。 3)実施例では、コンタクトホールをRIEで形成した
時のダメージを改善しているが、コンタクトホールに限
らず、RIEにより露出したシリコン基板面のダメージ
を改善させることに利用してもよい。 4)RIEによりエッチングする膜は、シリコン酸化膜
以外にも、シリコン窒化膜やポリシリコン膜であっても
よく、また、導電性、非導電性は問わない。 5)水素侵入ダメージ層17を修復する際に、このダメ
ージ層にSi、Ar等のイオン、又は同じ伝導タイプの
イオン(例えば、p+ならばB+、BF2 +、Al+、n+
らばP+、As+、Sb+)等のイオンを注入し、この部
分を非晶質化してから熱処理を施す。 6)RTA法の代わりに、電気炉を用い、1200℃以
下の温度で長時間(約20〜1000分間)加熱する。
In addition to the above embodiments, the following modifications are possible. 1) In order to remove the SiC damage layer, the above O 2 R
Instead of the IE treatment, as in the case of the sample H, the damaged layer may be removed by performing a slight etching using a plasma downflow type etching apparatus. At the time of this slight etching, a gas containing fluorine such as CF 4 , NF 3 and SF 6 , a gas containing chlorine such as Cl 2 , BCl 3 and SiCl 4 , or these gases and O 2 , N 2 , Ar and H.
A mixed gas with e or the like is used. 2) In the embodiment, the hydrogenated damage layer 17 is repaired after removing the SiC damage layer 16, but this work may be performed in reverse. 3) In the embodiment, the damage when the contact hole is formed by RIE is improved. However, the damage is not limited to the contact hole and may be used for improving the damage on the silicon substrate surface exposed by RIE. 4) The film etched by RIE may be a silicon nitride film or a polysilicon film other than the silicon oxide film, and may be conductive or non-conductive. 5) When repairing the hydrogen intrusion damage layer 17, ions such as Si and Ar, or ions of the same conduction type (for example, p + if B + , BF 2 + , Al + , n + if damage layer 17 is repaired. For example, ions such as P + , As + , Sb + ) are implanted to make this portion amorphous, and then heat treatment is performed. 6) Instead of the RTA method, an electric furnace is used and heating is performed at a temperature of 1200 ° C. or lower for a long time (about 20 to 1000 minutes).

【0042】この時の電気炉での加熱温度としては、5
00℃〜1200℃の範囲が有効で、その中でも500
℃〜900℃が適切で、特に、550℃〜700℃の範
囲が最も効果がある。
The heating temperature in the electric furnace at this time is 5
The range of 00 ° C to 1200 ° C is effective, of which 500 is
C. to 900.degree. C. is suitable, and the range of 550.degree. C. to 700.degree. C. is most effective.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明における膜の処理方法にあって
は、RIE法等によりドライエッチングされた後に、基
板の表面に形成された水素侵入ダメージ層に回復に加え
て、SiC化ダメージ層をも回復させることができ、半
導体基板の特性が良好となり、基板上に形成されるデバ
イスの信頼性を向上させることができる。 しかも、イオ
ン注入によりシリコン基板の表面を一旦非晶質化し、そ
の後のRTA処理で結晶性の乱れを改善させるので、そ
の改善効果がより一層大きくなり、さらに良好な基板特
性を得ることができる。
According to the method for treating a membrane of the present invention,
After being dry-etched by the RIE method or the like,
In addition to recovery to the hydrogen penetration damage layer formed on the surface of the plate
The SiC damage layer can be recovered,
The characteristics of the conductor substrate are improved, and the device formed on the substrate
The reliability of the chair can be improved. Moreover, Io
The surface of the silicon substrate is once amorphized by
Since the RTA treatment after that improves the crystal disorder,
The effect of improving the
You can get sex.

【0044】[0044]

【0045】[0045]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例における各種ダメージ層除去
試験処理後の各試料のシート抵抗及びコンタクト抵抗を
示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing sheet resistance and contact resistance of each sample after various damage layer removal test treatments in one example of the present invention.

【図2】シート抵抗からダメージの度合いを評価する装
置のブロック構成図である。
FIG. 2 is a block configuration diagram of an apparatus for evaluating the degree of damage from sheet resistance.

【図3】水素侵入ダメージ層の修復処理前後の基板のシ
ート抵抗を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the sheet resistance of the substrate before and after the repair treatment of the hydrogen penetration damage layer.

【図4】同じく水素侵入ダメージ層の修復処理前後の基
板中の存在する水素のプロファイルを示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing the profile of hydrogen existing in the substrate before and after the hydrogen intrusion damage layer repair processing.

【図5】SiC化ダメージ層の除去試験処理後の熱酸化
膜厚を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the thermal oxide film thickness after the SiC damage layer removal test treatment.

【図6】本発明の一実施例におけるダメージ改善プロセ
スを順次示す基板の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a substrate sequentially showing a damage improving process according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例におけるガメージ改善処理後
のコンタクト抵抗を従来と比較したグラフである。
FIG. 7 is a graph comparing the contact resistance after the image improvement treatment in one example of the present invention with the conventional one.

【図8】通常のRIE装置の原理説明図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the principle of a normal RIE device.

【符号の説明】 1 RIE装置 12 シリコン基板 14 シリコン酸化膜 15 コンタクトホール[Explanation of symbols] 1 RIE device 12 Silicon substrate 14 Silicon oxide film 15 contact holes

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−102183(JP,A) 特開 平6−151840(JP,A) 特開 昭56−51580(JP,A) 特開 昭64−81229(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 21/324 H01L 21/265 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) Reference JP-A-5-102183 (JP, A) JP-A-6-151840 (JP, A) JP-A-56-51580 (JP, A) JP-A-64- 81229 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3065 H01L 21/324 H01L 21/265

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板上に形成されたシリコン酸
化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜をドライエッチングし
て前記シリコン基板を露出させた後、シリコン基板の表
面にイオンを注入し、その後、RTA(Rapid Thermal A
nnealing)法による急速加熱処理を施すものであって、
前記RTA処理の前に、O 2 RIE処理を行うことを特
徴とした基板の処理方法。
1. A silicon acid formed on a silicon substrate.
Dry etching of insulating film such as oxide film and silicon nitride film
After exposing the silicon substrate by
Ions are implanted into the surface and then RTA (Rapid Thermal A
nnealing) rapid heat treatment,
A special feature is that O 2 RIE processing is performed before the RTA processing.
The method of treating the substrate.
【請求項2】 シリコン基板上に形成されたシリコン酸
化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜をドライエッチングし
て前記シリコン基板を露出させた後、シリコン基板の表
面にイオンを注入し、その後、RTA(Rapid Thermal A
nnealing)法による急速加熱処理を施すものであって、
前記RTA処理の前に、スライトエッチング処理を行う
ことを特徴とした基板の処理方法。
2. A silicon acid formed on a silicon substrate.
Dry etching of insulating film such as oxide film and silicon nitride film
After exposing the silicon substrate by
Ions are implanted into the surface and then RTA (Rapid Thermal A
nnealing) rapid heat treatment,
Before the RTA process, a slight etching process is performed.
A method for treating a substrate, which is characterized by the above.
【請求項3】 前記スライトエッチング処理は、少なく
ともフッ素(F)又は塩素(Cl)を含むガスを用いて
行うことを特徴とした請求項2に記載の基板の処理方
法。
3. The method for treating a substrate according to claim 2 , wherein the slight etching treatment is performed using a gas containing at least fluorine (F) or chlorine (Cl).
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