JP3533583B2 - 水素プラズマダウンフロー装置の洗浄方法 - Google Patents
水素プラズマダウンフロー装置の洗浄方法Info
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Description
ロー処理技術に関し、特にシリコン表面上の自然酸化膜
やレジストの剥離に適した水素プラズマダウンフロー処
理技術に関する。
は、水素を含むガスのプラズマを指し、純粋に水素のみ
のプラズマに限らず、水素と他のガスとの混合ガスのプ
ラズマをも含むものとする。
半導体表面の自然酸化膜が課題となってきいる。
易に酸化され、自然酸化膜を生じる。Si基板表面に形
成される自然酸化膜は厚さ約2nm程度(エリプソメー
タ測定)の不完全なシリコン酸化膜と言われている。自
然酸化膜は、通常空気中に放置した対象物表面に自然に
形成される酸化膜を指すが、本明細書ではこれに限ら
ず、酸処理等によって対象物表面に形成される厚さ約2
nm程度以下の不完全な酸化膜も指すものとする。
基板内の導電領域に電極を接続する場合、シリコン表面
に残存していると接触抵抗を増大させる。また、Si基
板上の自然酸化膜は、不完全な結晶性を有するシリコン
酸化膜であり、熱酸化によって形成したシリコン酸化膜
と較べると膜質が劣る。MOSFETのゲート酸化膜
は、MOSFETのスケールダウンと共に薄くなり、厚
さ10nm以下になろうとしている。たとえば、厚さ5
nmのゲート酸化膜を形成する場合、膜質の悪い厚さ2
nmの自然酸化膜が残っていると、ゲート酸化膜全体の
特性を劣化させてしまう。
法とし、希釈弗酸を用いたウエット処理が知られている
(G. S. Higashi et al, J. Appl. Phys. 56, p656, 19
90)。希釈弗酸中にSi基板を浸漬すると表面の自然酸
化膜は溶解し、Si表面が現れる。また、Si基板表面
のダングリングボンドに水素が結合し、終端化を行な
う。
膜除去は、(111)面のSi基板に対しては安定な表
面を形成するが、(100)面の基板に対しては安定性
が低い。また、希釈弗酸を用いるウエット処理は、直接
ドライプロセスと結合することが困難である。ウエット
処理後のSi基板をドライプロセス装置に搬送する際
に、Si基板表面が再び酸化される危険性がある。
目され始めている。これは、半導体装置の製造において
使用可能な還元性ガスがほぼ水素のみであると考えられ
るためであろう。たとえば、イオン注入時にマスクとし
て用いられたレジスト層の剥離に水素プラズマが有効で
あることが報告されている(S. Fujimura 他、 J.J.A.
P. 28, p2130, 1989 )。
他の処理方法として、水素プラズマを用いたドライ処理
が知られている( A. Kishimoto et al, Jpn. Appl. Ph
ys.29, p2273, 1990 )。ドライ処理によってSi基板
上の自然酸化膜を除去できるため、ドライプロセスとの
結合性がよいが、プラズマ中にSi基板を曝すため、イ
オンや電子等の高エネルギ粒子の衝突により、Si基板
表面にダメージを与える恐れがある。
は、水素原子(ラジカル)の作用と考えられている。水
素原子を照射するために、水素プラズマ中に半導体基板
を配置するが、プラズマ中の高エネルギ粒子によってダ
メージを受ける可能性が高い。
避けるためには、被処理物をプラズマの下流、すなわち
高エネルギ粒子がほとんど存在しなくなるダウンフロー
中に配置することが考えられる。
のダウンフロー中で処理するダウンフロー処理を行なお
うとすると、水素原子がプラズマの下流で容易に再結合
し、水素分子に戻ってしまうことが問題となる。金属面
は水素原子の再結合確率を高めるので、通常ガス流路の
内壁は溶融石英で形成される。それでもプラズマ中の高
エネルギ粒子の消滅を確実にしようとすると、水素原子
濃度も著しく低下してしまい、処理速度の低下を引き起
こす。
加し、水素原子を大量にプラズマダウンフローの被処理
物上まで導く方法を提案した(たとえば、 J. Kikuchi
et al, J.J.A.P. 32, p3120, 1993 )。水素プラズマに
水蒸気を添加すると、水素原子が水素分子に戻らず、プ
ラズマダウンフロー中を生き延びる。これは、処理室内
壁等のSiO2 表面に水蒸気が作用し、SiO2 表面に
おける水素原子の再結合を抑制するためと考えられる。
面に、ある種の物質が付着し、SiO2 表面を汚染する
と、水蒸気を添加しているにもかかわらず、水素原子を
大量にダウンフローに導くことが困難となる。これは、
汚染物が付着した箇所で水素原子の再結合が生じるため
と考えられる。添加した水蒸気の作用を失わせるSiO
2 表面の汚染物質は明らかではないが、エチルアルコー
ルが表面に付着すると水蒸気の効果がなくなることが確
認されている。たとえば、布にエチルアルコールを含ま
せ、SiO 2 表面を拭くと、このような水素原子の著し
い減少が生じた。したがって、水蒸気の作用を失わせる
汚染物としては、炭素、有機物等が考えられる。
うもの、処理室を大気に解放した時、大気中の成分によ
って汚染されるもの等が考えられる。このように、水素
プラズマダウンフロー装置の内壁に汚染が生じた時に
は、SiO2 表面を洗浄する必要がある。洗浄は、たと
えば弗酸水溶液にSiO2 表面を浸し、その後、純水で
リンスし、乾燥する。このような洗浄を行なうために
は、SiO2 部品をダウンフロー装置から取り外し、洗
浄し、再び組み立てるこが必要である。また、洗浄後の
保管、運搬時に再び汚染しないように十分注意すること
が必要ある。
プラズマダウンフロー処理を行なえば、目的とする処理
が行なえなかったり、処理に長時間を必要とすることに
なる。
ー装置を分解することなく、効率的に洗浄することので
きる水素プラズマダウンフロー装置の洗浄方法を提供す
ることである。
フロー装置を用い、効率的に半導体装置を製造すること
のできる半導体装置の製造方法を提供することである。
ウンフロー装置の洗浄方法は、内面の主要部がSiO2
で形成されたガス流路を介してプラズマ発生部で発生し
た水素プラズマのダウンフローを処理室内へ導く構成の
水素プラズマダウンフロー装置の、前記SiO2で形成
されたガス流路を洗浄する際に、酸素原子を少なくとも
1つ含む分子と水素とを含むガスのプラズマを前記プラ
ズマ発生部で発生させ、そのダウンフローを前記処理室
に導き、ガス流路の洗浄を行なう。
内面の主要部がSiO2 で形成されたガス流路を介して
プラズマ発生部で発生した水素プラズマのダウンフロー
を処理室内の処理対象物上へ導く、水素プラズマダウン
フロー装置を用い、水素を含むガスのプラズマを前記プ
ラズマ発生部で発生させ、そのダウンフローを前記処理
室に導き、ガス流路の洗浄を行なう工程と、前記処理室
内に半導体基板を搬入する工程と、前記プラズマ発生部
内に水素を含むガスのプラズマを発生させ、前記処理室
内の半導体基板を気相処理する工程とを含む。
において、処理対象物に水素原子が十分到達しない場合
に、水素プラズマダウンフロー処理を継続していくと、
やがて処理対象物上へ十分量の水素原子が到達すること
を実験的に確認した。SiO2 表面の炭素、有機物等の
汚染に対し、水素原子を供給すると、汚染を除去する作
用があるものと考えられる。このため、水素プラズマダ
ウンフロー装置の内面に汚染が生じていても水素プラズ
マダウンフロー処理によって正常なSiO 2 表面が得ら
れ、添加する水蒸気の効果が再び表れるようになるもの
と考えられる。すなわち、水素プラズマダウンフロー装
置のSiO2 表面の汚染は、水素プラズマダウンフロー
によって洗浄することができる。
たり、処理前に処理対象物を処理室に搬入せず、水素プ
ラズマダウンフロー処理を行なえば、水素プラズマダウ
ンフロー装置の洗浄を行なうことができる。
を構成する内壁は、溶融石英で形成されている場合に水
素プラズマダウンフロー処理の効率が高い。洗浄におい
ても、酸素原子を少なくとも1つ含む分子を水素に添加
し、水素原子を大量に下流に運ぶことにより、洗浄効果
が高まる。典型的には、水蒸気を添加すればよい。
に対する水素プラズマダウンフロー処理を行なえば、効
率的に短時間に水素プラズマダウンフロー処理を行なう
ことができる。
ンフロー処理装置の構成を示す。この予備実験は、水素
ラジカルによるシリコン基板上の自然酸化膜除去の効果
を確認するために行なったものであり、簡単に構成され
ている。
水蒸気導入手段2と排気手段3が接続されている。水素
+水蒸気導入手段2は、水素配管21に接続されたマス
フローコントローラ22、その下流に接続されたバルブ
23、混合点までの配管24および水蒸気配管26に接
続されたマスフローコントローラ27、その下流に接続
されたバルブ28、混合点までの配管29、および混合
点から混合ガスを継手20に供給する配管25を含んで
いる。マスフローコントローラ22、27を調整するこ
とにより、所望比に混合したH2 +H2 O混合ガスを継
手20に供給することができる。
0、配管31、バルブ32、ロータリーポンプ33を含
む。バルブ32を調整して石英管1内を排気することに
より、石英管1内部を所望の真空度に排気することがで
きる。石英管1の下流端近傍にはキャパシタンスマノメ
ータ14が接続され、石英管1内の真空度を測定するこ
とができる。
イクロ波源からマイクロ波を供給するための導波手段4
2、マイクロ波キャビティ43を含む。導波手段42
は、同軸ケーブルで構成したが、装置のスケールが大き
くなった時は導波管を用いればよい。マイクロ波キャビ
ティ43は、2つの部分に分離でき、石英管1を包んで
マイクロ波キャビティを形成する。このマイクロ波キャ
ビティ43で包まれた石英管1内の領域がプラズマ発生
領域44となる。
mの位置に、添加ガス導入手段6が接続されている。添
加ガス導入手段6は、NF3 配管61に接続されたマス
フローコントローラ62、その下流に接続されたバルブ
63、バルブ下流の配管64、継手65および石英管1
内に接続する接続石英管66を含む。マスフローコント
ローラ62を制御することにより、所望流量のNF3 ガ
スを添加することができる。
して示しているが、添加ガス導入手段6の下流約80c
mの位置に、自然酸化膜10を有するシリコンチップ9
を配置する処理部7を形成した。処理部7の周囲には、
ヒータ12を配置し、加熱温度を熱電対18で測定す
る。ヒータ12は電源16から制御された電流を供給さ
れる。
部44下流約20cmの位置に設けた理由について説明
する。ガス導入手段2からH2 +H2 Oガスを導入し、
マイクロ波キャビティ43からマイクロ波を照射してプ
ラズマ発生領域44においてプラズマを発生させると、
そのプラズマはガス流に乗って下流に流れる。プラズマ
中には、高エネルギ状態のイオンや電子が存在する。こ
れらの高エネルギ粒子が添加する弗化窒素ガスと反応
し、弗素ラジカルを生じる危険がある。高エネルギ粒子
(イオン、電子)はプラズマ発生領域から20cm下流
ではほぼ完全に消滅していると考えることができる。
加している。プラズマが発生もしくは残存している領域
に、NF3 ガスを導入すると、その結果は思わしくなか
った。そこで、添加ガス導入手段6は、プラズマが消滅
したプラズマ発生領域44下流20cmの位置に接続し
た。
の高エネルギ粒子が消滅した領域でNF3 ガスを導入す
ると、シリコンチップ上の自然酸化膜除去に有効である
ことが実験的に確かめられた。また、添加ガス導入手段
6の下流どの位置にシリコンチップを配置するのが効果
的かを図2に示すような構成で調べた。
SR測定装置11を配置し、水素ラジカルを検出した。
添加ガス導入手段6とESR測定装置11の距離を約4
0cm、約60cm、約80cmと変化させた時、距離
が長くなる程水素ラジカルの検出濃度が上昇した。この
結果は、プラズマ化された後の水素ガス(またはその誘
導体)とNF3 ガスとがなんらかの形で反応し、水素ラ
ジカルを増加させるものと考えられる。この化学反応に
よる反応生成物が、シリコンチップ9上の自然酸化膜1
0エッチングに有効であることが分かった。
ため、添加ガス導入手段6の下流約80cmの位置に処
理部7を配置した。なお、ガス導入手段から水素ガスの
みでなく水蒸気も導入する理由は、以下の通りである。
水素ガスのみを導入し、水素ガスをプラズマ化した場
合、プラズマ中の水素ラジカルは石英管1下流に向かう
に従って急速に減少した。
水素ラジカルの減少速度は著しく弱まった。水蒸気を導
入すると、石英管1内壁上に水蒸気あるいはOHラジカ
ルが物理吸着し、これらが水素ラジカルの反応を緩和す
るものと考えられる。
ン、電子をできるだけ消滅させ水素ラジカルをできるだ
け多く下流側に運ぶため、導入するガスはH2 +H2 O
とし、添加ガス導入手段6はプラズマ発生領域から約2
0cm下流側に配置した。
らH2 +H2 Oガスを導入し、プラズマ発生領域44で
マイクロ波プラズマを発生させ、添加ガス導入手段6よ
りNF3 ガスを導入し、シリコンチップ9上の自然酸化
膜10を除去した。自然酸化膜10は実用的な速度でエ
ッチすることができた。
あるため、他のドライ処理装置との結合が容易となる。
たとえば、化学気相体積(CVD)装置やスパッタ装置
などの成膜装置の準備プロセスとして用いることができ
る。
水蒸気を混合したが、プラズマ発生領域でH2 Oを生成
できればよく、少なくとも1原子以上の酸素原子を含む
分子を代わりに用いてもよい。
SiO2 材料の管であってもよい。なお、自然酸化膜を
除去したシリコンチップ表面にはダングリングボンドが
露出する。好ましくは、このダングリングボンドを水素
等で終端化すべきである。以下、表面を水素で終端化で
きるプロセスを説明する。
装置を用い、サンプルとして図3(A)に示すように、
表面に厚さ約1.3nmの自然酸化膜10が形成されて
いるシリコンチップ9を用いた。なお、従来技術との比
較を容易にするため、シリコンチップ9は(111)面
を有するものとした。
処理部7に置く。その後、排気手段3からチャンバ1内
を排気する。続いてチャンバ1内を排気しつつ流量80
sccmの水素ガスをガス導入手段2からチャンバ1内
に導入する。
を20W程度マイクロ波キャビティ43からプラズマ発
生領域44内に導入する。これにより、プラズマ発生領
域44内において水素ガスがプラズマ化(放電)し、水
素イオン、電子、水素ラジカルが発生する。この時、プ
ラズマ状態のガスはプラズマ発生領域44近傍にのみ存
在し、添加ガス導入手段6の位置にまでは到達しない。
水素ラジカルは、水素ガスの流れに乗って、添加ガス導
入手段6の位置まで到達する。
sccmの流量でチャンバ1内に導入する。水素ラジカ
ルを含む水素ガスとNF3 ガスが混合され、反応が生じ
る。その後、ガス導入手段2から流量20sccmの水
蒸気を追加的に供給し、水素プラズマにH2 Oを添加す
る。なお、この時チャンバ1内の圧力は約3Torrと
なるように調整する。
発生領域から下流に流れる活性化ガス中の水素ラジカル
は、石英管1管壁での再結合により多くは水素分子に変
換される。H2 Oを添加すると、水素ラジカルの減少は
かなり抑えられ、無視できない量の水素ラジカルが添加
ガス導入手段6の位置まで到達する。また、水素ラジカ
ルを含む活性化ガスとNF3 ガスとは、石英管1内を流
れるに従って何らかの反応を生じさせる。
(B)に示すように、シリコンチップ9表面の自然酸化
膜10が除去され、シリコンチップ9の表面のダングリ
ングボンドに水素が結合し、水素終端化処理が行なわれ
る。
の表面が親水性か疎水性かによって判断した。親水性の
場合自然酸化膜10が残っており、疎水性に変化すれば
自然酸化膜は除去されていると判断した。
気、NF3 の順序でガスの供給を停止した。その後マイ
クロ波の供給を停止してプラズマ発生を停止し、次に水
素ガスの導入を停止した。
場合、従来技術によれば時間オーダーの処理時間が必要
であったが、上述の処理によれば、15分以下と分オー
ダーの処理により自然酸化膜を除去することができる。
マ(正負電荷)がほとんど消滅する位置より下流でNF
3 ガスを添加し、さらに下流でシリコンチップを処理し
ているため、ラジカルによる化学反応が支配的となり、
高エネルギ粒子によるシリコンチップのダメージが低減
する。また、シリコンチップ表面は水素で終端化されて
いると考えられ、処理後の表面が化学的に安定になる。
水素ガス導入、プラズマ発生、NF 3 ガス導入、H2 O
ガス導入の順で処理を開始し、逆の順序で終了させるこ
とが好ましい。たとえば、水蒸気の停止を最後にする
と、シリコンチップ表面に水蒸気による酸化膜が成長す
る恐れが生じる。
なエッチングが行なわれるかを調べた。NF3 ガスを添
加しないこと以外は上述の実験と同様の条件およびプロ
セスでシリコンチップを処理した。60分間以上処理を
行なっても自然酸化膜を完全に除去することはできなか
った。図2(A)に示すのようなサンプルが図2(C)
に示すような状態に変化したが依然として自然酸化膜1
0aが残っているものと考えられる。
導入した場合には、上述のような自然酸化膜の効率的除
去は行えなかった。この原因を調べるため、図2に示す
ような装置を用い、処理部7での水素ラジカルの量を調
べた。上述同様の手順で活性化ガスを流した場合、図4
(A)に示すようなスペクトルが得られた。なお、横軸
は磁場の強さをガウスで示し、縦軸は任意単位の信号強
度を示す。
の条件を同一とした場合、図4(B)に示す結果が得ら
れた。横軸、縦軸は図4(A)と同様である。これらの
実験結果において、上下のピークの差が水素原子の量に
近似的に比例すると考えられる。
例の場合よりも水素原子の量が多くなっていることが分
かる。これは、NF3 ガスを添加すると、その過程は明
確ではないが、水素ラジカルを増量する反応が生じてい
るものと考えられる。このNF3 ガスと水素ガス(水素
ラジカルを含む)の反応により、自然酸化膜の除去反応
が促進されていると考えられる。
実施例による水素プラズマダウンフロー装置の洗浄方法
を説明する。図5は、水素プラズマダウンフローによる
シリコン基板上の自然酸化膜除去装置を示す。この装置
は、図1に示す装置と同様の構成を有し、さらに、処理
部7の下流に設けられた熱電対13を有する。なお、図
5は、水素プラズマダウンフロー装置の洗浄工程を説明
するための図であり、石英管1内に処理対象物であるシ
リコン基板は搬入されていない。
成を有し、石英管1の内径は9mmである。図1の構成
同様、マイクロ波キャビティ43の下流約20cmの位
置に、添加ガス導入手段6が接続されている。また、添
加ガス導入手段6の下流約80cmの位置に処理部7が
形成されている。
4の下流約120cmに位置している。熱電対はKタイ
プ、ステンレス被覆のものでその外形は約1mmであ
る。水素原子は、熱電対の金属被覆表面での触媒作用に
より、水素分子への再結合反応が促進される。
する。このため、熱電対の温度は上昇する。熱電対の温
度を検出することにより、水素原子濃度を相対的に測定
することができる。
うにESR測定装置を接続した。ESR測定装置は、プ
ラズマ発生領域から下流約100cmの位置に配置し
た。石英管1内の圧力を3Torr、マイクロ波パワー
を50Wとし、水素のみを流量100sccm供給し、
プラズマ化した時と、水素を流量80sccm、水蒸気
を流量20sccm混合して供給し、プラズマ化した時
との水素原子濃度をESRによって測定した。
較し、水素と水蒸気を混合して供給した時の水素原子濃
度は約240倍に増加した。水蒸気により石英管表面で
の水素原子の再結合が抑制されたことが判る。この時、
熱電対13の温度は23℃から155℃に増加した。こ
の温度変化は、水素原子濃度の変化に対応したものと考
えることができる。
工程を説明する。石英管1内には被処理物を搬入せず、
上流から水素80sccm+水蒸気20sccmを流
し、石英管1内の圧力を3Torrとし、マイクロ波源
41からマイクロ波パワー50Wを供給し、プラズマ発
生領域44にプラズマを発生させた。
た時の熱電対の温度は155℃であった。石英管1の内
側をエチルアルコールを浸した布で拭いた後、同一条件
でプラズマを発生させたところ、放電開始後30秒で熱
電対の温度は定常状態に達し、27℃であった。そのま
ま放電を続けると、熱電対の温度は次第に上昇した。約
20分後に熱電対の温度は155℃まで上昇し、その後
は定常状態となった。すなわち、エチルアルコールによ
る汚染の場合は上述の条件で約20分間の洗浄により、
石英管1内が清浄な状態に達したものと考えられる。
水素+水蒸気のプラズマを発生させ、石英管1内に流す
ことにより、石英管1を洗浄することができる。図6
は、洗浄工程の後に行なう被処理物搬入工程を示す。洗
浄工程を終えた後、石英管の処理部7下流側にある継手
30を取り外し、石英管1の下流側端部を開放状態とし
た。この石英管1下流側端部から自然酸化膜10が表面
に形成されたシリコン基板9を処理部7に搬入する。シ
リコン基板9表面上の自然酸化膜10は、硫酸+過酸化
水素水で形成され、約13Åの厚さを有する。処理部7
は、添加ガス導入手段6の下流80cmのところに配置
されている。
放される。大気に解放されると、石英管1内が汚染され
る可能性が生じる。したがって、石英管1内を解放する
時間はなるべく短いほうがよい。被処理物を処理部7に
搬入した後は、速やかに熱電対13を含む排気側配管を
接続し、継手30で接続する。本実施例においては、被
処理物搬入工程を約1分程度で終了させることができ
た。
ー装置を用いて自然酸化膜を除去する工程を示す。ま
ず、水素を80sccm流し、50Wのマイクロ波を供
給し、プラズマ発生領域44に水素のみによるプラズマ
を発生させた。続いて、添加ガス導入手段6からNF3
ガスを90sccm供給し、さらに水蒸気導入手段から
水蒸気を20sccm、前述の水素と共に供給した。
0分間の水素プラズマダウンフロー処理を行なった。そ
の後、水蒸気、NF3 の順にガス供給を止め、次に放電
を停止させた。水素80sccmは流したまま、石英管
1内の圧力を1Torrに減少させ、ヒータ12により
シリコン基板を100℃で3分間加熱した。その後、加
熱を停止し、次に水素を止め、石英管1下流側端部の継
手30を外し、シリコン基板9を取り出した。シリコン
基板に純水をかけたところ、基板表面は撥水性を示し
た。すなわち、自然酸化膜10が除去されたことが判
る。
験を行なった。まず、石英管の内側をエチルアルコール
に浸した布で拭いた後、図5に示す洗浄工程を30秒間
の放電のみで行ない、熱電対の温度が27℃の状態で洗
浄処理を終了させた。
0を形成したシリコン基板9を石英管1の処理部7に搬
入し、図7を参照して説明した自然酸化膜除去工程を同
一条件で行なった。処理後のシリコン基板は、撥水性を
示さなかった。すなわち、石英管1内が洗浄されていな
いと、同一条件では自然酸化膜が除去できていないこと
が判る。
ルに浸した布で拭き、上述と同一条件でプラズマを発生
させ、プラズマ発生後、30秒後にプラズマ発生を停止
した。この時、熱電対の温度は28℃までしか上昇しな
かった。
溶液中に30分間放置し、その後、純水中で1時間リン
スし、乾燥した。この石英管を装置に取付け、再度図5
を参照して説明した洗浄工程を行なった。この時、熱電
対の温度は30秒後に156℃まで上昇した。
板を搬入し、自然酸化膜除去工程を同一条件で行なっ
た。処理後のシリコン基板表面は撥水性を示した。すな
わち、約20分間の水素プラズマダウンフローによる洗
浄工程は、弗酸水溶液による洗浄工程と同等の効果を有
することが判る。
で拭いた石英管1に、図5を参照して説明した洗浄工程
を行なう際、マイクロ波のパワーを30Wとした。この
場合は、プラズマ発生後1時間を経過した後も、熱電対
の温度は27℃であった。
搬入し、図7に示す自然酸化膜除去工程を同一条件で行
なった。処理後のシリコン基板表面は撥水性を示さなか
った。
とにより、水素原子の濃度を検出することができること
が判る。また、マイクロ波のパワーが不足すると、洗浄
効果は低下してしまうこも判る。石英管の内面が汚染さ
れていると、清浄な石英管を用いた時には十分自然酸化
膜を除去できる時間、自然酸化膜除去工程を行なって
も、自然酸化膜は除去できない。
プラズマダウンフロー装置を示す。本構成においては、
内径20mmの溶融石英管1aを用いた。この石英管1
aに、マイクロ波キャビティ43を取付け、マイクロ波
源41から導波手段42を用いてマイクロ波を供給す
る。また、前述の構成同様の放電ガス導入手段2を石英
管1aの上流側に継手20を介して接続する。また、プ
ラズマ発生領域の下流側40cmの位置に、添加ガス導
入手段6を接続する。なお、これらのガス導入手段は、
石英管1aの内径に合わせた流量を供給するものとす
る。
に石英管1aの下流端がある。この石英管1aの下流端
に、チャンバ15が接続されている。チャンバ15の内
壁は、溶融石英ベルジャ16で覆われている。石英管1
aの下方に、上下動可能なウエハステージ17が配置さ
れている。ウエハステージ17の内部にはヒータ12が
埋め込まれてあり、ウエハステージ17上に載置したウ
エハを200℃まで加熱することがてできる。
ためのウエハ出し入れ口19が設けられている。また、
石英管下流端付近に熱電対18が設置されている。チャ
ンバ15内は、バルブ32を介してロータリポンプ33
で排気することができる。
石英管1aに接続され、半導体ウエハをチャンバ15内
に搬入し、水素プラズマダウンフロー処理を行なうこと
ができる。この際、熱電対18でウエハ上に供給される
水素原子濃度をモニタすることができる。
した布で拭いた後、洗浄工程を行なった。すなわち、被
処理物をウエハステージ17上に置かない状態で、水素
400sccmと水蒸気100sccmを流し、圧力3
Torrの条件でマイクロ波パワー500Wを供給し、
プラズマを発生させた。放電開始30秒後に熱電対の温
度は23℃(室温)から30℃に上昇して定常状態に達
した。そのまま放電を続けると熱電対の温度は上昇し始
め、約5分後に500℃に達した。
ダウンフロー装置に自然酸化膜を形成したウエハ9aを
搬入する。すなわち、チャンバ15のウエハ出し入れ口
19を開き、自然酸化膜を有するウエハ9aを搬入し、
ウエハステージ17上に載置する。ウエハ9aは、硫酸
+過酸化水素水で約13Åの自然酸化膜を表面に形成し
たシリコンウエハである。
る際に、チャンバ15内が大気に解放されるため、ウエ
ハ搬入工程はなるべく短時間で終了させることが好まし
い。本構成の場合、約10秒程度で搬入工程を終了させ
ることができた。
0sccmを流し、マイクロ波パワー500Wでプラズ
マを発生させた。次に、NF3 180sccmを導入
し、さらに水蒸気100sccmを水素に添加した。管
内の圧力は3Torrに設定し、10分間の水素プラズ
マダウンフロー処理を行なった。その後、水蒸気、NF
3 の順に止め、次にプラズマ発生を停止した。水素40
0sccmを流したまま、圧力を1Torrに下げ、ヒ
ータ12によりシリコンウエハを100℃で3分間加熱
した。その後、加熱を停止し、次に水素を止め、シリコ
ンウエハ9aをチャンバ15外に取り出した。得られた
シリコンウエハは撥水性を示し、自然酸化膜が除去され
たことが判った。
ールに浸した布で拭いた後、洗浄工程を30秒間のみ行
ない、熱電対の温度は30℃程度である時に洗浄工程を
中断した。その後、自然酸化膜を形成したシリコンウエ
ハを搬入し、自然酸化膜除去工程を同一条件で行なっ
た。この場合は、処理後のウエハ表面は撥水性を示さな
かった。すなわち、自然酸化膜が除去されていないこと
が判った。
MOSトランジスタのゲート電極を形成し、ソース/ド
レイン領域のイオン注入を行なう。その後、SiO2 膜
をCVDで堆積し、ホトリソグラフィを用いてSiO2
膜にコンタクト孔を開口する。その後、上述の自然酸化
膜除去工程を行ない、続いて電極形成工程を行なう。
ハを搬入する際にチャンバ15および石英管1a内が大
気に曝されてしまう。洗浄工程の効果を保つためには、
洗浄後の石英表面は大気に曝さないことが望ましい。
素プラズマダウンフロー処理装置の構成を示す。本構成
においては、図8、9に示した装置と同様の装置のチャ
ンバ15のウエハ出し入れ口にゲートバルブ34が設け
られており、ゲートバルブ34を介してチャンバ15は
真空搬送チャンバ35に接続されている。真空搬送チャ
ンバ35は、さらにゲートバルブ37を介してロードロ
ック室38に接続されている。真空搬送チャンバ35内
には、真空搬送ロボット36が配置されている。また、
ロードロック室38には準備工程において、シリコンウ
エハが搬入される。
程を終了する前に、シリコンウエハをロードロック室3
8に搬入し、真空搬送チャンバ35、ロードロック室3
8は真空状態に排気しておく。ウエハ搬入工程において
は、ゲートバルブ34、37を開き、真空状態を保った
まま、ロードロック室38からチャンバ15内にシリコ
ンウエハを搬入し、ウエハステージ17上に載置する。
このようにすれば、洗浄工程後、石英管1a、チャンバ
15内を真空状態に保ったまま、自然酸化膜除去工程に
入ることができる。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
気相処理装置の構成は種々に変更することができる。一
旦、処理条件を確立した後は熱電対は取り外して使用し
てもよい。他の気相処理装置と接続してもよい。作成す
る半導体装置、自然酸化膜を除去する膜も種々に変更す
ることができる。さらに、種々の変更、改良、組み合わ
せ等が可能なことは当業者に自明であろう。
水素プラズマダウンフロー装置のSiO2 表面の汚染を
水素原子を用いることにより、除去することができる。
このため、次に行なう水素プラズマダウンフロー処理に
おいて、水素原子の再結合を抑制し、多量の水素原子を
被処理物上に搬送することができる。水素プラズマダウ
ンフロー処理の処理速度を安定に高く保つことができ
る。この洗浄工程は、水素プラズマダウンフロー装置を
分解せず、気相反応で行なうことができる。
水素プラズマダウンフロー処理を行なうことにより、良
好な状態で安定して半導体装置の製造を行なうことがで
きる。
置の構成を示す一部破断側面図である。
を示す概略断面図である。
的に示す断面図である。
とを比較して説明するためのグラフである。
ー装置の洗浄方法を説明するための一部破断側面図であ
る。
ー装置の洗浄方法を説明するための一部破断側面図であ
る。
ー装置の洗浄方法を説明するための一部破断側面図であ
る。
フロー装置の洗浄方法を説明するための一部破断側面図
である。
フロー装置の洗浄方法を説明するための一部破断側面図
である。
マダウンフロー装置の洗浄方法を説明するための一部破
断側面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 内面の主要部がSiO2 で形成されたガ
ス流路を介してプラズマ発生部で発生した水素プラズマ
のダウンフローを処理室内へ導く構成の水素プラズマダ
ウンフロー装置の、前記SiO2で形成されたガス流路
を洗浄する際に、 酸素原子を少なくとも1つ含む分子と水素とを含むガス
のプラズマを前記プラズマ発生部で発生させ、そのダウ
ンフローを前記処理室に導き、ガス流路の洗浄を行なう
水素プラズマダウンフロー装置の洗浄方法。 - 【請求項2】 前記SiO2 は溶融石英である請求項1
記載の水素プラズマダウンフロー装置の洗浄方法。 - 【請求項3】 前記酸素原子を少なくとも1つ含む分子
はH2 Oである請求項1または2記載の水素プラズマダ
ウンフロー装置の洗浄方法。 - 【請求項4】 さらに、前記ガス流路の下流で金属シー
ス熱電対を用いて温度をモニタする請求項1〜3いずれ
かに記載の水素プラズマダウンフロー装置の洗浄方法。
Priority Applications (4)
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