JP3649797B2 - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ヘッパーフィルターを用いたクリーンルーム内でのプロセス等の炭素汚染を避けることのできない半導体装置製造工程において、その汚染を除去して、清浄な半導体界面を提供する半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造方法において、汚染物の除去ならびに汚染の防止は、昔からの課題としてその除去方法には色々な手法が確立してきている。重金属の除去に対しては、過酸化水素水に塩酸を加えたものによって除去する方法などはかなり広く知られている。また、物理吸着物の除去に関しては、超音波のキャビテーションを利用した洗浄やブラシによる洗浄などがよく利用されている。
【0003】
炭素等の有機物に関しては、過酸化水素水に硫酸を加えた溶液での洗浄やオゾンあるいは酸素プラズマによるドライアッシングなどがよく知られている。しかしながら、本発明者らの研究によって炭素の除去に関しては、さらに複雑な状況があることが判明した。炭素の汚染混入がどこからあるのかといえば、フォトリソプロセス中に、任意のパターンを形成するために用いるフォトレジストは感光性有機物であり、炭素汚染の原因にもなる。
【0004】
また、半導体装置の作製において、薄膜プロセスはもはや必須用件であり、そのための真空装置も必須装置となっているが、真空装置の真空にするための真空ポンプには、いまだ油を用いているものもあり、炭素汚染の原因にもなる。それ以外にも、基板キャリアとして用いるテフロン(PFA)、ポリプロピレン(PP)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、3フッ化エチレン共有合樹脂(ECTFE)、4フッ化エチレン共有合樹脂(ETFE)、ポリエチレン(PE)などからの蒸気圧や、クリーンルーム内の床材、壁材などからの汚染もある。それらの単体あるいは複合体が、クリーンルーム内のヘッパーフィルターを介して汚染を拡げている。
【0005】
フォトリソ工程後にドライアッシングを行い、各工程の直前に、過酸化水素水に塩酸を1対1で加えた溶液を80℃に加熱して用いていることで有機物の除去を行い(以後、ウェットアッシングと呼ぶ)。すぐに次の処理を行なうようにすることが従来の方法である。ドライアッシングとウェットアッシングによって、ほとんどの有機物を取り除くことができるように思われていたが、公知のXPS測定によって、基板表面の炭素汚染を評価すると、C−Cの結合(炭素の一重結合)のみほとんど除去されていないことが判明した。
【0006】
図2に、従来の技術による、基板表面のXPSによる炭素不純物の除去程度をしめすグラフを示す。
図2は、フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク、レジスト剥離後24時間クリーンルーム内にて放置したものの基板表面21(図2の中の破線グラフ)と、その基板をドライアッシングとウェットアッシングを行なった後の基板の表面22(図2の中の実線グラフ)を、XPSを用いて測定したものである。測定条件としては、出来るだけ表面の情報を得るためにディテクターの角度を15°にし、基板表面での1mmΦのエリアを測定した。横軸は、結合エネルギーを示しており単位はeVであり、縦軸はディテクターの強度であり単位は任意単位である。
【0007】
図2のグラフを見るとドライアッシングとウェットアッシングを行なう前(破線)と後(実線)で284.8eV付近のピークが大きくなり、それ以外のピークは全て減少していることがわかる。284.8eVのピークは、C−Cの一重結合の存在を示している。
【0008】
これは、炭素の一重結合を取り除くことが、従来のドライアッシングとウェットアッシングでは非常に難しく、ほとんど不可能であることを示している。この炭素は不純物として、その基板表面に残存するために、その上に例えば酸化膜などを形成すると、酸化膜との界面に炭素が残り、界面での再結合中心となりまた電荷捕獲などを起こし、半導体メモリのキャパシタであれば絶縁膜界面に意図しない電荷蓄積をも引起し、電界効果トランジスタの移動度等の半導体の電気特性を低下させ、また結合状態が安定していないために、電界がかかりつづけることで時間的に界面状態が変化し信頼性をも落としていた。
【0009】
また、半導体の表面に酸化膜や窒素ドープの酸化膜の2層形成などの多層形成を行う場合には界面の密着性を劣化させることや、その絶縁膜をキャパシタの誘電材料として用いる場合に、制御できない誘電特性を引き起こしたり、固定電荷を形成するこもあり、キャパシタとしての容量蓄積機能を満足させない結果を生むこともあった。
【0010】
液晶用の薄膜トランジスタ回路においては、液晶画素を駆動させるためのドライバー用TFTのゲート絶縁膜と活性層である半導体との界面の特性の場合はさらに深刻な状況になる。TFTによる階調制御により256階調を達成させようとしたときに、そのTFTの隣接間しきい値標準偏差は0.02V未満程度にする必要がある。しかし、炭素の一重結合等による汚染は、界面での界面準位密度を大きくしそのしきい値のバラツキを発生させる。
【0011】
界面特性は、絶縁ゲート型トランジスタにおいては、薄膜トランジスタに限らず非常に重要な特性であり、MOSダイオードやMOSトランジスタなどの界面特性においても重用であるが、そこでも炭素の一重結合は完全に取り除くことは出来ない状況である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置製造工程における、基板表面の炭素の汚染物の中でも特に、従来のウェットアッシング、ドライアッシングではほとんど除去できない炭素の一重結合(C−C)を含む炭素を含む不純物を低減させることを目的とし、それによって各種半導体形成界面での炭素による不純物による電気特性の劣化、信頼性の低下等を低減させる。さらに炭素の一重結合以外の炭素の二重結合をも含む汚染物の除去ならびに、除去したのちの清浄表面が再び汚染しないうちに次の成膜プロセスを実施できる。
【0013】
【課題を解決するための手段】
水素ラジカルあるいは水素イオン等の活性化した水素を有効に作用させるためには、本出願人による特願平7−256968や特願平7−256969などに詳細にかかれており、また特願昭55−26387には不活性気体または水素に誘導エネルギーを加えてプラズマ活性化した雰囲気に浸すことによるクリーニング法について詳細に開示されている。
【0014】
しかしながら、効率よく水素ラジカルあるいは水素イオン等の活性化した水素によって基板表面に付着したC−Cの一重結合による不純物を取り除くに方法を研究した結果、高密度プラズマ技術を取り入れたクリーニング方法に優れた点が多いことが判明した。特に本発明では、低圧力でのマイクロ波を用いたプラズマやマイクロ波と磁場を合わせて用いること、更にマイクロ波と磁場による電子サイクロトロン共鳴(いわゆるECR:Electron CyclotronResonance)を利用したプラズマを利用して水素を水素ラジカルあるいは水素イオン等の活性化した水素にする事に関している。
【0015】
また、マイクロ波と磁場を用いる方法では、プラズマ生成を行う領域からプラズマ処理を行う基板までの距離をある程度離すことができるために、処理をする基板によって活性な水素や酸素の内で電荷を持つものを除去する工夫をほどこしたり、逆に主として電荷を持つものによって基板を処理するような工夫をほどこすことが可能である。
【0016】
電子サイクロトロン共鳴は、電場と磁場がサイクロトロン共鳴が成立するようにしそこでプラズマを発生させることでプラズマ密度の高いプラズマが得られる方法であり、いわゆるECRプラズマと呼ばれているものである。このECRプラズマの特徴は10-3〜10-1Paの低圧力で高密度のプラズマを得ることが出来る。この圧力の領域はいわゆる分子流領域の圧力であるために、ガスの混合およびチャンバー内でのガスの分圧の均一性は、層流および中間流領域の圧力よりもはるかに良好である。また、ECR条件を満たさない場合もマイクロ波と磁場を用いることで高密度プラズマを得ることができる。
【0017】
このマイクロ波と磁場を用いたプラズマと水素を用いることによるプラズマクリーニング方法によって半導体材料、金属材料、絶縁材料の表面に付着した炭素の一重結合を減少させることが可能である。また、そのクリーニングの後にそのままマイクロ波と磁場プラズマを用いた成膜を行うことで、界面は清浄に保たれたまま成膜するいわゆるインサイチュ(in−situ)成膜することができる。
【0018】
マイクロ波と磁場によるプラズマで成膜を行わない場合も、マルチチャンバーシステムを利用することで別のチャンバー内で、マイクロ波と磁場プラズマクリーニングの後の清浄表面の上に、スパッタ法による成膜や、熱CVD、平行平板プラズマCVDなどのマイクロ波と磁場以外の成膜方法を用いてインサイチュ成膜を行うことが可能である。
【0019】
ECRによるプラズマを発生させそれによって基板あるいは基板上に形成されているものの表面(合わせて基板と呼ぶ)の処理を水素ラジカルや水素イオン等の活性な水素によってクリーニングする場合にECRプラズマを発生させるために、ECRを起こす領域に水素を導入する。
【0020】
水素は、マスフローコントローラーなどの流量制御器によって一定量をチャンバーに導入される。導入される水素の量は、その水素の導入量、チャンバー容積、ポンプの排気速度、ポンプの圧縮比などによって必然的に決定されるチャンバー内圧力が希望する圧力であるかどうかでその上限が定まってくる。
【0021】
排気ポンプがターボ分子ポンプや複合分子ポンプ等を用いる場合は、そのポンプの排気原理から、水素の用に軽い元素を排気することが他の重い元素を排気する場合と比較して排気しにくくまた、圧縮比も小さくなる欠点があるために、そのようなポンプが用いられている装置で、本発明を実施しようとする場合は、水素の流量と圧力に余裕のある状態を用いるように留意する必要がある。
【0022】
油拡散ポンプに液体窒素トラップを併用したポンプを用いる場合は、水素に対する排気速度、圧縮比ともに高いので使いやすい。しかし、プラズマクリーニングを行うチャンバーでそのまま成膜も行う場合は、窒素トラップに成膜用の反応ガスが吸着し、吸着量が大きくなった時に爆発するなどの危険があるために窒素トラップが使えず、そのために油の逆拡散が発生し、逆に基板を炭素で汚染することもあるために、液体窒素よりは温度の高く反応ガスが吸着しない温度でかつ油は吸着する温度である、冷却トラップを用いる留意が必要になる。
【0023】
10-3Paでの水素の平均自由行程は10mを超えるために、ECRで生成された水素ラジカルや水素イオン等の活性な水素は、他の水素や分子にほとんど衝突することなく基板まで到達して基板を処理することができる。そのために通常の平行平板プラズマ処理装置のように圧力100Paなどでプラズマを発生させる方法に比較して、活性な水素に他の元素が結合したような形で基板に到達することが少なく、より効果的に基板をクリーニングすることができる。
【0024】
クリーニングに寄与した活性な水素は、クリーニング後直ちにポンプによって外部に排出され、基板表面にはあらたな活性な水素が到達し基板をクリーニングする。この繰り返しによって、基板表面には、ECRで発生した活性な水素が他の元素と衝突することなく基板に到達し、基板をクリーニングして排気されることで非常に清浄な表面が達成できる。
【0025】
活性な水素は、特に炭素の一重結合を切りCHXなどの気体にしてクリーニングを行うが、炭素による汚染は、二重結合等もある。二重結合等の炭素の汚染はドライアッシングを行い、各工程の直前に、ウェットアッシングを用いていることで有機物の除去を行いその後に本発明による活性な水素によるクリーニングを行ってもよいが、マイクロ波と磁場によるドライアッシングを同一チャンバーで行うことは効率のよい工程となる。
【0026】
例えば、ECR領域のチャンバーに酸素を導入する。 酸素は、マスフローコントローラーなどの流量制御器によって一定量をチャンバーに導入される。導入される酸素の量は、その酸素の導入量、チャンバー容積、ポンプの排気速度、ポンプの圧縮比などによって必然的に決定されるチャンバー内圧力が希望する圧力であるかどうかでその上限が定まってくる。
【0027】
排気ポンプがターボ分子ポンプや複合分子ポンプ等を用いる場合は、そのポンプの排気原理から、水素とは異なり酸素の用に重い元素は排気しやすい。また、圧縮比も大きいためにそのようなポンプが用いられている装置で、本発明を実施しようとする場合は、実施がしやすい。
【0028】
油拡散ポンプに液体窒素トラップを併用したポンプを用いることもできる。しかし、プラズマクリーニングを行うチャンバーでそのまま成膜も行う場合は、窒素トラップに成膜用の反応ガスが吸着し、吸着量が大きくなった時に爆発するなどの危険があるために窒素トラップが使えず、そのために油の逆拡散が発生し、逆に基板を炭素で汚染することもあるために、液体窒素よりは温度の高く反応ガスが吸着しない温度でかつ油は吸着する温度である、冷却トラップを用いる留意が必要になる。また、油拡散ポンプ用の油は高温で酸化し易いために多量の酸素を排気するとポンプの排気能力が低下する可能性がある点にも留意が必要である。
【0029】
10-3Paでの酸素の平均自由行程は6mを超えるために、ECRで生成された酸素ラジカルや酸素イオン等の活性な酸素は、よほど大きな装置で無いかぎり他の酸素や分子にほとんど衝突することなく基板まで到達して基板を処理することができる。そのために通常の平行平板プラズマ処理装置のように圧力100Paなどでプラズマを発生させる方法に比較して、活性な酸素に他の元素が結合したような形で基板に到達することが少なく、より効果的に基板をクリーニングすることができる。
【0030】
クリーニングに寄与した活性な酸素は、クリーニング後直ちにポンプによって外部に排出され、基板表面にはあらたな活性な酸素が到達し基板をクリーニングする。この繰り返しによって、基板表面には、ECRで発生した活性な酸素が他の元素と衝突することなく基板に到達し、基板をクリーニングして排気されることで非常に清浄な表面が達成できる。
【0031】
活性な酸素は、特に炭素の二重結合等を切りCOX などの基体にしてクリーニングを行う。つまり活性な酸素と活性な水素を双方用いることで炭素の一重結合二重結合等を除去することができるために、炭素汚染物のほとんど全てに適用することが可能である。
【0032】
始めに酸素を導入して、活性な酸素を生成しそれによって炭素の二重結合を含む一重結合以外の炭素汚染物を基板から除去し、酸素導入を停止しその後水素を導入して活性な水素を生成しそれによって主として炭素の一重結合による炭素の汚染物を除去するクリーニング方法を、同一のチャンバー内にて行うことが可能である。逆に、始めに水素を導入して、活性な水素を生成しそれによって主として炭素の一重結合を含む炭素汚染を基板から除去し、水素導入を停止しその後酸素を導入して活性な酸素を生成しそれによって炭素の二重結合を含む一重結合以外の炭素汚染物を基板から除去するクリーニング方法を同一のチャンバー内にて行うことも可能である。
【0033】
また同時に、水素と酸素を導入して、マイクロ波と磁場によるプラズマによって水素ラジカルや水素イオン等の活性な水素と、酸素ラジカルや酸素イオンやオゾンなどの活性な酸素を同時に生成することによって、基板の炭素の一重結合、二重結合の双方を含むほとんどの炭素汚染を減少させることを同時に行うことも可能である。
【0034】
また、水をソースとして、チャンバーに導入することで水素と酸素を同時に供給することもよい。この場合には、H2O は水素元素と酸素元素が常に2対1の比率になっているために、水素と酸素の流量比を調整するために、H2O の入ったタンクを酸素によってバブリングすることでチャンバーに導入することも有効である。
【0035】
水を加熱することで直接気化させて、チャンバーに導入することもよい。水をチャンバーに導入する場合は、導入するまでの配管は、全て加熱して置いたほうがよい。加熱していない場合には、水は、吸着し易いために、真空度の低下を招きやすく、基板をクリーニングしても、真空度が悪いために活性な水素や活性な酸素でクリーニングした清浄表面を長時間保持できない場合がある。
【0036】
また、チャンバーもできれば全体として加熱をしたほうがよく、80℃以上に加熱しておくことで水の吸着を大きく減少させることが可能である。また、配管およびチャンバー内壁を電界研磨や複合電界研磨などで処理することで吸着を減少させることもよい。
【0037】
マイクロ波と磁場によるプラズマを発生させるための電場と磁場として、磁場としてはソレイノイドやヘルムホルツなどのコイルを用いてそこに直流電流を流すことで静磁場を発生させる方法が良く知られている。電場の生成としては、1〜10GHzのマイクロ波を導波管を通してチャンバーに導く、チャンバーと導波管の終端との境は石英、合成石英、フッ化マグネシウムなどの材料によって形成されている。
【0038】
マイクロ波はチャンバーまでは大気圧の中を導波管を通して進むが、チャンバー内は減圧状態にあるために、其をしきる窓材料が必要になる。また、よりマイクロ波による電場のエネルギーをサイクロトロン共鳴を用いて電子に与える為には、チャンバー内にマイクロ波の空洞共振器を設置することは効果的である。空洞共振器内でのマイクロ波の定在波の腹の部分でECRを形成することで大きなエネルギーを電子に与えることができる。
【0039】
しかしながら、空洞共振器を用いない場合でも十分にマイクロ波と磁場プラズマを利用しすることは可能である。磁場は、ソレノイドコイルに流す直流電流を変化させることで、マイクロ波と磁場による高密度プラズマの空間的な位置を変化させることができる。勿論、磁場を一定にしておいてマイクロ波の周波数を変化させることによってもマイクロ波と磁場による高密度プラズマの空間的な位置を変えることができる。
【0040】
マイクロ波と磁場によって発生したプラズマは拡散磁場に沿って拡散していく。この拡散するプラズマによって処理をする基板の位置で基板面方向での拡散するプラズマの広がりに対してプラズマ処理をする基板が小さい場合は特に大きな問題はない。しかし、基板が大きくなっていった場合には基板の中央部と基板の端部でのプラズマの電子密度等のプラズマ密度が大きく異なるようになる。プラズマ密度が異なるということは、それを用いた処理も異なるということになる。
【0041】
基板はマイクロ波と磁場で形成されたプラズマがそのプラズマの高密度な領域からマイクロ波の導入位置と逆方向に拡散していく位置に配置される。基板の位置は、プラズマの拡散の仕方と基板の大きさによって高密度プラズマに近づける場合と遠ざける場合がある。基板が小さい場合は、基板が大きい場合より高密度プラズマに近づけることができる。
【0042】
高密度プラズマ領域に近づけることができればよりプラズマ密度の大きい位置での処理が可能になるが、高密度プラズマ領域から遠ざけるとプラズマ密度の小さい位置での処理になる。基板が大きいために、高密度プラズマ領域から遠ざけて基板を配置しなくては鳴らない場合も、磁場の拡散の勾配をできるだけ小さくしたり、ミラー磁場等を利用して、拡散するプラズマを減少させることなどの工夫をすることでその影響をできるだけ小さくすることができる。
【0043】
基板の表面の炭素汚染を除去するためのクリーニングとして本発明は活性な水素による炭素の一重結合を含む炭素汚染物の減少と、活性な酸素による炭素の一重結合以外の炭素の二重結合を含む炭素汚染物の減少を同時あるいは、個別に行うものであるが、基板の表面状態は、その作製工程の仲でさまざまに変わってくる。
【0044】
基板の表面にまだ何も形成されていない場合に、ベースの下地膜を形成する前に本発明によるクリーニングによって炭素汚染物を減少させる場合は、活性な水素および活性な酸素を同時にマイクロ波と磁場によってプラズマ化し、基板表面を水素ラジカル、水素イオン等の活性な水素や、酸素ラジカル、酸素イオン、オゾンなどの活性な酸素にさらすことで基板表面をクリーニングする。活性な水素と活性な酸素のクリーニング順序は、どちらから始めても、同時であってもよい。
【0045】
しかしながら、MOSトランジスタのような薄いゲート絶縁膜を利用するトランジスタを形成した後に、本発明によって活性な水素および活性な酸素を同時にマイクロ波と磁場によってプラズマ化し、基板表面を水素ラジカル、水素イオン等の活性な水素や、酸素ラジカル、酸素イオン、オゾンなどの活性な酸素にさらすことで基板表面をクリーニングするような場合は、チャージアップなどによるゲート絶縁膜の静電破壊は、致命的であり、プラズマプロセスでの荷電粒子の取扱とチャージの逃がし方は重用になる。
【0046】
基板が、単結晶シリコンを用いるような場合は、基板は、P- あるいはN- になっているために基板の抵抗が小さく、そのため基板のチャージアップは、絶縁基板と比較すると非常に小さい。しかし、昨今の半導体では、三次元ICとしてかなりの厚い層間絶縁膜が形成され、その上に複数の配線が形成されているような場合がある。このような場合に本発明を用いるときは少なからずチャージアップの影響を受ける。
【0047】
アクティブマトリクッスの液晶用の薄膜トランジスタなどの場合は、絶縁基板上にゲート絶縁型のトランジスタを640×480画素のRGBカラーの場合は画素部だけで、画素のスイッチ用TFTが90万素子にもなり、そのうちの1つでも動作しない場合は点欠陥となって、最終商品の商品価値を大きく下げてしまう。この様な状況で、TFTのゲート絶縁膜形成後に本発明を用いる場合の基板のチャージアップ対策は重用である。
【0048】
本発明は、マイクロ波と磁場を利用したプラズマによって活性な水素、活性な酸素を生成してそれによって基板表面の炭素汚染物を減少させるものであるが、活性な水素および酸素の中には電荷をもつものもある。すなわち、水素イオンと酸素イオンさらには電子である。
【0049】
この電荷をもつ水素イオン、酸素イオン、電子による基板のチャージアップを制御するためには基板表面からチャージアップした電荷を速やかにアース等に逃がすか、基板にチャージを発生させないすなわち水素イオン、酸素イオン、電子が基板に到達しないようにすることである。例えばECRでは、ECRの領域から基板までの距離が、平行平板型のプラズマ装置のカソードから基板までの距離に比較して長く、プラズマ生成圧力が10-3〜10-1Paと低いために平均自由行程が数mと長い。
【0050】
そのために、磁場および電界によって水素イオン、酸素イオン、電子を基板に到達する前に接地電位に衝突させることでその電荷を奪うことが出来る。電荷が奪われた元水素イオン、元酸素イオンは、平均自由行程が長いために、他の荷電粒子とも衝突することが少なく、中性元素としてそのまま排気される。そのために基板にチャージをためることが少なくなり、ひいては半導体の破壊を減少指せてクリーニングの効果のみの本発明の効果が生じる。
【0051】
このような水素イオン、酸素イオン、電子を基板に到達させないようにするためには基板到達前の空間にチャンバー壁などの接地電位に向く磁場を形成することで、ECR領域で発生した水素イオン、酸素イオン、電子はその磁場に沿うように接地電位に衝突し持っている電荷を接地電位に渡し、中性元素になる。電子はそこで消滅する。
【0052】
また、水素イオン、酸素イオン、電子を基板に到達させないようにするためには基板到達前の空間に直流電界をかけ、正の電荷は陰極に、負の電荷は陽極に向かうようにして、基板に到達する水素イオン、酸素イオン、電子を減少させ基板のチャージアップを減少させる。しかし、電界によって荷電粒子を基板に到達させないようにする場合は、余り大きな電圧をかけて電界を形成した場合に、その電極間で直流放電が発生してしまう。
【0053】
ECRを用いる本発明では、圧力が低いために、電極間距離にも依存するが簡単には放電しにくくなっている。また、ECR領域と基板との間に接地電位のグリッドなどを設けて電荷をもつ水素イオンや酸素イオンから電荷を取り除くことも効果がある。
【0054】
図5(A)および(B)に活性な水素または活性な酸素の中から、電荷を持つものを除去する原理を示す。図5(A)で活性な水素または活性な酸素などで構成されるプラズマ5000の中には、イオン5003や電子5004のように電荷をもつものと中性ラジカル5002や分子原子5001のように電荷をもたないものなどがある。
【0055】
基板5005には、それらイオン5003や電子5004のように電荷をもつものと中性ラジカル(オゾンを含む)5002や分子原子5001のように電荷をもたないものが種々混在して到達する。基板5002上の炭素汚染物とは中性ラジカル5002やイオン5003と反応してCHX あるいはCOX のような形で気化する。
【0056】
しかし、イオン5003や電子5004が基板5005にとっては、悪影響を起こす場合は図5(B)のようにプラズマ5000が基板5005に到達する前に、電荷をもつイオン5003あるは電子5004を除去するために、拡散磁場や電界を発生させるための除去機能5006および5007によって除去する。電荷をもつものは磁場あるいは電場のなかではその勾配に従うようにふるまうためにそれを利用する。
【0057】
電荷を除去機能5006、5007で無くしたイオン5003および電子50004は、イオン5003は中性の分子原子5001になり、電子5004はそこで消滅し、基板5005には中性ラジカル5002および分子原子5001がほとんどとなる。
【0058】
半導体プロセスの工程の中では、逆にイオンによるスパッタ効果が存在する方がよい場合がある。基板に下地膜を成膜する場合の前に本発明を用いて炭素汚染物を除去する場合に、後に成膜する下地膜と基板の密着性を向上させるためにはある程度基板をイオン等によってたたいた方が良いことがある。
【0059】
このような場合は、むしろ積極的にイオンを基板に導くようにすることがよい。そのために基板にバイアスを印加して本発明を用いてクリーニングを施しながらイオンによって基板をたたくようにする。そのためには、DCバイアスを用いるよりは、高周波によるセルフバイアスを利用する。
【0060】
高周波によるバイアスは、基板が絶縁体であっても半導体であっても十分なセルフバイアスを基板表面に印加することが可能である。高周波を印加するための整合器として、高周波電源と基板を保持するための基板支持体の間にはブロッキングコンデンサがあるためにそこにセルフバイアスが発生する。
【0061】
セルフバイアスは基板支持体がカソードになるように接続するかアノードになるように接続するかによって、基板に加速されるイオンが正であるか負であるかがことなる。水素イオンは正であるためにそれを基板に加速するためには基板側がカソードになるように接続しそれによって水素の正イオンを基板に衝突させる。水素イオンによる衝突は、水素イオンの質量が小さいために大きなスパッタ効果はないために、本発明の用いたクリーニングと水素イオンによるスパッタの後に成膜する膜の密着性等を向上させるために、ほぼどのうような工程でも用いることが可能である。
【0062】
酸素イオンは負であるためにそれを基板に加速するためには基板側がアノードになるように接続しそれによって酸素の負イオンを基板に衝突させる。酸素イオンによる衝突は、酸素イオンの質量が大きいために大きなスパッタ効果があるために、本発明の用いたクリーニングと酸素イオンによるスパッタの後に成膜する膜の密着性等を向上させるために、被成膜面がどのうような特性であるかを十分に考慮して用いる。
【0063】
また、ECRプラズマによって発生させるプラズマをアルゴンなどの質量の大きな不活性ガスを利用することは、大きなスパッタ効果を得るときには効果が大きい。そのために、水素や酸素とアルゴンなどの不活性がすを混合して用い、かつ基板側がカソードになるようにバイアスを印加することで大きなスパッタ効果が得られる。
【0064】
また、アルゴンはスパッタによって衝突した基板表面を物理的に削り取るために炭素汚染のうちで化学的に除去できないようなものを物理的に除去する効果を合わせもち、本発明による化学的効果とあいまって相乗効果を得ることができる。
【0065】
また、ポリシリコンを利用した薄膜トランジスタや、アモルファスシリコンを利用した薄膜トランジスタ、あるいは混晶状態のシリコンを利用した薄膜トランジスタなどで、そのグレイバンダリーのターミネーションとして水素化の工程ががあるが、その水素化の工程を本発明のクリーニングによって兼ねることができる。
【0066】
水素化をしたのちに、パッシベーション膜として酸化膜や窒化膜を成膜して完成したトランジスタを保護するが、その前に水素化を行わないとパッシベーション膜によって水素化を行うための水素がそのパッシベーション膜によって妨害され、実際に水素化を行いたい領域にまで到達しない。本発明の水素ラジカルや水素イオン等の活性な水素による表面の炭素汚染のクリーニングは、この水素化をも兼ねる。
【0067】
つまり、クリーニングと水素化を終了した、清浄表面をもちグレインバンダリーを水素でターミネーションしたトランジスタの上にインサイチュ成膜によってパッシベーションを行うことができ、よって特性の高いトランジスタを実現することができる。
【0068】
基板のクリーニング効果を高めならびにインサイチュ成膜を行うためには、基板を加熱することがよい。基板の加熱は、基板支持体に抵抗加熱のヒータを接続して行う。この場合、基板バイアスを高周波によって行う場合は、ヒータ加熱用のトランスに絶縁トランスを用いる方が高周波ノイズを避けることができる。
【0069】
基板の加熱は、基板上に形成されている材料や基板の材質によっても上限は決定されるが、基板温度は高い方がクリーニング効果は大きい。また、次に成膜する膜の温度と同じ温度であればインサイチュ成膜までの時間は短時間ですみスループット、タクトタイムを向上できる。ただし、マイクロ波と磁場を利用した本発明は室温でも十分なクリーニング効果を得ることができる。
【0070】
また、マルチチャンバーを利用して本発明によるクリーニングを終了したのちに大気に触れることなく別のチャンバーにて次の成膜を行うことができる。もちろんクリーニングを行ったチャンバーにてマイクロ波と磁場を利用して次の成膜を引続き行うこともできる。
【0071】
何も成膜されていない基板の表面を、マイクロ波と磁場によるプラズマを利用して活性な水素と活性な酸素を生成しそれによって基板表面の炭素汚染を減少させた後に、基板を別のチャンバーに移動し、平行平板型プラズマCVD装置を用いて有機シランと酸素を用いた酸化珪素膜を下地膜として成膜する。酸化珪素膜は、酸素の代わりに亞酸化窒素あるいは亞酸化窒素と酸素の混合ガスを用いて窒素ドープの酸化珪素膜を成膜することもできる。酸化膜の代わりにシランとアンモニアと窒素によって窒化珪素膜を下地膜として成膜することもできる。
【0072】
また、ゲート絶縁膜の上にゲート電極としてアルミニゥムをスパッタで成膜する場合に、マイクロ波と磁場によるプラズマを利用して活性な水素と活性な酸素を生成しそれによって基板表面の炭素汚染を減少させる。このときゲート絶縁膜の表面を清浄に掏るためのクリーニングであるために、チャージアップによるゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止するために、水素イオンならびに酸素イオンを基板に到達しにくくするための磁場を基板と高密度プラズマ領域の間に発生させそれによって、基板に水素イオンならびに酸素イオンが到達する前に、チャージを逃がすようにしてゲート絶縁膜表面のクリーニングを行う。
【0073】
その後に、別のチャンバーに基板を移動しそこでゲート電極用の膜であるアルミニゥウムのマグネトロンスパッタを行う。スパッタ膜が多層であれば、さらに別のチャンバーに基板を移動させて別の、例えばクロムをスパッタによって成膜することもできる。
【0074】
ポリシリコンTFTを搭載したSRAMの層間絶縁膜を成膜する場合などは、成膜する被成膜面にアルミニゥム配線や酸化膜が形成されているが、その被成膜面をマイクロ波と磁場によるプラズマを利用して活性な水素と活性な酸素を生成しそれによって基板表面の炭素汚染を減少させる。その際に、活性な水素による表面のクリーニングがポリシリコンTFTの水素化を同時に行っている。
【0075】
炭素汚染物の減少と水素化を終わらせた後に同じチャンバーにて、マイクロ波と磁場によるプラズマによる酸化珪素の成膜を行う。酸化膜をマイクロ波と磁場によるプラズマを利用して成膜するために高密度プラズマ領域には酸素を導入し、基板と高密度プラズマ領域の間からシランを導入することで酸化膜を形成する。その際に、基板にバイアスを印加することでバイアススパッタを併合させたプロセスを用いることで平坦化もすることができる。マイクロ波と磁場による酸化膜は密度が高く、水素化によってグレインバンダリーをターミネーションした水素は抜けにくい状態になっており、クリーニングと水素化が同時に行える。
【0076】
もちろん酸化膜を形成する際に窒素をドープすることで窒素ドープの酸化膜を形成することで水素はより抜けにくい状態にすることができる。また、弗素を添加することで誘電率を弗素を添加しない酸化膜よりも若干下げることができ、浮遊容量の小さい層間膜を形成することも可能である。
【0077】
本発明によるクリーニングを成膜前に全て行った積層デバイスを2次イオン質量分析法(SIMS)によって測定すると、各界面での炭素の不純物量の最も低い値でが8×1018〜7×1019cm-3程度が、同様の成膜条件で本発明によるクリーニングを行わなかったものが各界面での炭素の不純物量の最も低い値でが5×1019〜3×1020cm-3程度であり界面での炭素量が少ない。
【0078】
本発明によって、基板表面のクリーニングを行うことで、クリーニング後に膜の硬度が大きいものや、膜の密度の大きいものも密着性が高いために成膜しやすい。つまりメモリの層間絶縁膜として、有機シランを用いたリフローによって平坦化用の酸化珪素を成膜したり、常圧CVDを用いて有機シランの段差被覆性のよさを利用して成膜を行っていた。
【0079】
しかしながら、これらの膜では吸湿性が高く半導体の信頼性を低下させてしまう。また、近年半導体プロセスで使われるようになってきているCMP(Chemical Mechanical Polishing)を用いた平坦化は、膜がやわらかすぎ、また、吸湿性が高いことからこのCMPプロセスを用いることができない。
【0080】
マイクロ波と磁場を利用した酸化珪素の成膜は、CMPとの併用によって、マイクロ波と磁場による酸化膜の密度の高さや、硬度の大きさによって平坦化する層間絶縁膜として用いられている。しかし、膜の密度の高さと硬度の大きさはCMPプロセスの際に膜のピーリングや割れなどを引き起こすことがある。
【0081】
本発明を用いたクリーニングを施した基板の表面には、密着性が向上しているために、ピーリングや割れが発生しにくいマイクロ波と磁場プラズマを利用した酸化膜や窒素ドープの酸化膜を成膜することができる。さらに、マルチチャンバーシステムを利用して、本発明によるクリーニングをマイクロ波と磁場プラズマを用いて行ったのちに大気に触れさせることなく次の、密度が大きく硬度の大きな膜を成膜することはより効果的である。
【0082】
もちろん、マイクロ波と磁場プラズマによるクリーニングのみならず、高周波を用いたクリーニングをすることも可能である。高周波を用いる場合に例えば13.56MHz以下の周波数では、圧力は0.1〜2Torr程度で処理し、20〜300MHzでは0.01〜0.1Torr程度で処理し、300MHz以上では0.001〜0.01Torr程度で処理する。これは、周波数が大きくなるほどイオン化率が大きくなるからである。
【0083】
図1に、本発明による、基板表面のXPSによる炭素不純物の除去程度をしめすグラフを示す。
フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク、レジスト剥離後の基板表面11(図1の中の破線グラフ)と、その基板をドライアッシングとウェットアッシングを行なった後の基板の表面12(図1の中の一点破線グラフ)を、フォトレジスト塗布、プリベーク、露光、現像、ポストベーク、レジスト剥離後に本発明を用いて炭素不純物を除去した後の基板表面13(図1の中の実線グラフ)を、XPSを用いて測定したものである。測定条件としては、出来るだけ表面の情報を得るためにディテクターの角度を15°にし、基板表面での1mmΦのエリアを測定した。横軸は、結合エネルギーを示しており単位はeVであり、縦軸はディテクターの強度であり単位は任意単位である。
【0084】
図1のグラフを見るとドライアッシングとウェットアッシングを行なう前11と後12で284.8eV付近のピークが大きくなり、それ以外のピークは全て減少していることがわかる。また本発明を用いたグラフ13では284.8eV付近のピークも大幅に減少していることが判る。本発明を用いてもピークが完全にゼロにならない理由としては、測定がその場測定になっておらず本発明を用いて炭素不純物を除去した後に、間が空いたために、付着した炭素不純物もあると思われる。しかしながら、本発明を用いない場合と比較して、大幅な効果が見られる。本発明を用いることで、炭素の一重結合をもつ炭素汚染物を減少させることができる。
【0085】
【作用】
本発明を用いることによって、半導体装置製造において、従来のドライアッシングやウェットアッシングでは除去しきれなかった炭素不純物を大幅に減少させることができる。特にC−Cで表記される炭素の一重結合を含む不純物や汚染物の除去に効果的であり、またイオンを基板に到達しにくくしラジカル等の中性で活性な水素や酸素によってチャージアップの少ない状況で汚染物の除去が可能であり、半導体のチャージアップなどによる破壊を防ぎながらも実施でき、半導体の積層形成時の界面が清浄になり、電気特性の向上、信頼性の向上などその効果は計りしれない。
【0086】
【実施例】
〔実施例1〕
図3に本発明を実施するための装置を示している。図は装置の縦断面の構成になっている。マイクロ波の導波管3001がマイクロ波の導入窓3002を覆うようにして空洞共振室3030に接続されている。導入窓3002としては、石英、合成石英、フッ化マグネシウム等を用いるが本実施例では合成石英を用いている。空洞共振室3030は、テーパ室3032と接続されているがその間に反射板3031があり、空洞共振室3030はこの反射板3031で反射されるマイクロ波と導入窓3002か進行してくるマイクロ波の間で、定在波を形成する。
【0087】
テーパ室3032は反応室3033に接続されている。反応室3033にはポンプバルブ3034、コンダクタンス調整器3035を介してポンプ3036に接続されている。ポンプ3036は、排気管3037へ不要気体などを排気する。ポンプバルブ3034とコンダクタンス調整器3035の接続順序は逆になっていても構わない。コンダクタンス調整器3035とポンプバルブ3034によって反応室3033、テーパ室3032、空洞共振室3030の圧力を制御している。ポンプ3036としては、ターボ分子ポンプや複合分子ポンプ、油拡散ポンプなどを用いる。これらのポンプは図示していないが、そのポンプの排気側に油回転ポンプなどの補助ポンプを接続して使用する。本実施例では、複合ターボ分子ポンプと補助ポンプとしてドライポンプを用いた。
【0088】
反応室3033は、ヒンジ3051で動くようなゲートバルブ3050が別の減圧室3054と接続されている。ここで、別の減圧室3054に接続されておらず、単体の装置として用いても無論よい。別の減圧室3050に接続されていない場合はヒンジ3055で接続されているゲートバルブ3053のように閉じた状態にしておけばよい。ゲートバルブ3050は、ヒンジ3051を軸にして開状態3052のようにして開くことができる。ここで、ゲートバルブ3050は、スライド式のバルブになっていても無論良い。
【0089】
反応室の中には基板を保持する手段がある。中心線3060の右側は基板3076を搬出あるいは搬入する際の位置を表している。中心線3060の左側は基板3075を固定した状態を表している。どちらの場合も実際には中心線3060に対して線対称に図示されていない半分があるが、図ではどちらの状態もわかるように半分づつ示している。
【0090】
搬入搬出の際の状態を示す中心線3060の右側では、基板3076は、プッシャーピン3072によって基板支持台3070から浮いている。さらに基板固定器3074もプッシャーピン3072と連動して基板3076の固定をはずれ基板3076が可動になるように動く。
【0091】
基板3075が固定されている状態を示す中心線3060の左側では、プッシャーピン3071は、基板支持台3070の中に収まり、プッシャーピン3071と連動して基板固定器3073は基板3075を基板支持台3070に密着するように固定する。
【0092】
基板支持台3070には、図示していないが基板3075を加熱できるヒータが埋め込まれている。基板支持台3070には、高周波バイアスを印加するための高周波電源3080が整合器3081を通して接続されている。整合器3081には、ブロッキングコンデンサが入っており基板3075には、そのブロッキングコンデンサにかかるセルフバイアスによって、高周波バイアスが印可される。
【0093】
空洞共振室3030の周りには磁場を発生させるためのソレノイドコイル3020が設置されている。このソレノイドコイル3020に直流電流を流すことで空洞共振室3030内で、高密度プラズマ領域として電子サイクロトロン共鳴に必要な磁場をつくり出す。導波管3001から、2.45GHzのマイクロ波が導入される場合は、ソレノイドコイルによって875ガウスの磁場を発生させることで空洞共振プラズマ領域3040でECR条件をつくり出すことができる。
【0094】
テーパ室3032の周りには、プラズマ拡散用の拡散磁石3021、3022が配置されている。この拡散磁石3021、3022は、永久磁石でも電磁石でもその目的に併せて用いる。また電磁石の場合でもコイル状である必要は必ずしも無い。
【0095】
ガスは空洞共振室3030に導入するトップ配管3001、3011とテーパ室3032に導入するテーパ配管3012、反応室3033に導入する3013によって導入される。ECRを利用した反応は、反応圧力が10-1Pa以下と低いためにガスの流し方を非常に厳密にする必要は少ない。
【0096】
基板3075の表面に付着している炭素汚染物を除去するために、最初にトップ配管3001から酸素を空洞共振室3030に導入する。圧力は10-3〜10-1Pa程度にする。本実施例では3×10-2Paにて行った。ソレノイドコイル3020に直流電流を流し空洞共振プラズマ領域3040にて875ガウスになる電流値を予め測定しておき、その電流値になるように流す。マイクロ波は2.45GHzを導波管3001から導入した。マイクロ波の電力は500〜2000Wを導入し、本実施例では1200Wを導入した。基板3075としては、シリコンウェハやガリウム砒素のような半導体、ガラスや石英などの絶縁体などを用いるが、本実施例では8インチのシリコンウェハを用いる。
【0097】
マイクロ波とソレノイドコイル3020による磁場によってECR条件が達成されることで空洞共振プラズマ領域3040では、電子密度の高いECRプラズマが生成される。ECRプラズマの中で酸素は、酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンにその一部が変化する。酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素はソレノイドコイル3020の拡散磁場に沿うように基板3075の表面に到達する。
【0098】
基板が空洞共振室3030の直径や、反射板3031の開口部に比較して例えば4インチφのシリコンウェハのように大きくない場合は、ソレノイドコイル3020のつくり出す拡散磁場によって基板3075に到達する活性な酸素によって、炭素の一重結合を除いた炭素汚染物を充分に除去できる。しかし、本実施例のように8インチφのシリコンウェハを基板3075とした場合は、8インチφのウェハの端部の除去を充分に行うために、空洞共振プラズマ領域3040で発生した活性な酸素を広範囲に広げるために、テーパ室3032に配置されている拡散磁石3021、3022を用いる。
【0099】
拡散磁石3021、3022は、基板3075に均一にプラズマが到達するように磁場を段階的に徐々に基板3075に近づくにしたがって緩やかに磁場が変化するように設定する。それによって、ソレノイドコイル3020の磁場だけでは急激に変化する磁場が大きく変化せずに、緩やかに変化し基板3075上でソレノイドコイル3020だけの場合より均一な活性な酸素をテーパプラズマ領域3051でつくりだすことができる。
【0100】
更に基板3075に多少のスパッタがあったとしても良いような場合は、高周波電源3080によって基板保持台3070に基板バイアスを印可する。酸素イオンは負であるために基板保持台3070がアノードになるようにバイアスを印可する。それによって、基板3070表面を基板プラズマ領域3042で酸素イオンによってたたくことで、より炭素の汚染物を除去しやすくなる。
【0101】
酸素をECRを利用して活性な酸素に変化させ、それによってC−Cのような炭素の一重結合を除いた炭素汚染物を除去することができる。
【0102】
次に、基板3075の表面に付着している炭素の一重結合を含む汚染物を除去するために、最初にトップ配管3001から水素を空洞共振室3030に導入する。圧力は10-3〜10-1Pa程度にする。本実施例では3×10-2Paにて行った。ソレノイドコイル3020に直流電流を流し空洞共振プラズマ領域3040にて875ガウスになる電流値を予め測定しておき、その電流値になるように流す。マイクロ波は2.45GHzを導波管3001から導入した。マイクロ波の電力は500〜2000Wを導入し、本実施例では1200Wを導入した。基板3075としては、シリコンウェハやガリウム砒素のような半導体、ガラスや石英などの絶縁体などを用いるが、本実施例では8インチのシリコンウェハを用いる。
【0103】
マイクロ波とソレノイドコイル3020による磁場によってECR条件が達成されることで空洞共振プラズマ領域3040では、電子密度の高いECRプラズマが生成される。ECRプラズマの中で水素は、水素イオンや水素ラジカルにその一部が変化する。水素イオンや水素ラジカルなどの活性な水素はソレノイドコイル3020の拡散磁場に沿うように基板3075の表面に到達する。
【0104】
基板が空洞共振室3030の直径や、反射板3031の開口部に比較して例えば4インチφのシリコンウェハのように大きくない場合は、ソレノイドコイル3020のつくり出す拡散磁場によって基板3075に到達する活性な水素によって、炭素の一重結合を含む炭素汚染物を充分に除去できる。しかし、本実施例のように8インチφのシリコンウェハを基板3075とした場合は、8インチφのウェハの端部の除去を充分に行うために、空洞共振プラズマ領域3040で発生した活性な水素を広範囲に広げるために、テーパ室3032に配置されている拡散磁石3021、3022を用いる。
【0105】
拡散磁石3021、3022は、基板3075に均一にプラズマが到達するように磁場を段階的に徐々に基板3075に近づくにしたがって緩やかに磁場が変化するように設定する。それによって、ソレノイドコイル3020の磁場だけでは急激に変化する磁場が大きく変化せずに、緩やかに変化し基板3075上でソレノイドコイル3020だけの場合より均一な活性な水素をテーパプラズマ領域3041でつくりだすことができる。
【0106】
更に基板3075に多少のスパッタがあったとしても良いような場合は、高周波電源3080によって基板保持台3070に基板バイアスを印可する。水素イオンは正であるために基板保持台3070がカソードになるようにバイアスを印可する。それによって、基板3070表面を水素イオンによって基板プラズマ領域3042でたたくことで、より炭素の汚染物を除去しやすくなる。
【0107】
水素をECRを利用して活性な水素に変化させ、それによってC−Cのような炭素の一重結合を含む炭素汚染物を除去することができる。
【0108】
この装置を用いて、水素と酸素を同時にトップ配管3010からあるいはトップ配管3010と3011から別々に導入して、炭素汚染物の一重結合と二重結合の双方を含むものを同時に除去することも可能である。この場合は、水素イオンと酸素イオンの極性がそれぞれ正負と別であるので、高周波による基板バイアスをどちらか一方のイオンに対してだけしか基板をたたく効果を得ることはできない。
【0109】
水素と酸素を同時に導入する代わりに、水の入ったタンクを加熱してその蒸気圧から気化した水をチャンバーに導入することで同時に水素と酸素のクリーニングを行うこともよい。この場合は、チャンバー全体すなわち空洞共振室3030、テーパ室3032、反応室3033および水を導入するチャンバーまでの配管を全て加熱する。加熱の温度は60〜400℃程度が必要になるが、本実施例では真空用のパッキンにバイトンOリングを多数用いているために150℃で加熱する。
【0110】
このような装置によって、8インチシリコンウェハをクリーニングしたところ図1のグラフ13に示すような清浄な表面をもつ基板にすることができる。
【0111】
〔実施例2〕
図4に本発明を実施するための装置を示している。図は装置の縦断面の構成になっている。マイクロ波の導波管4001がマイクロ波の導入窓4002を覆うようにして空洞共振室4030に接続されている。導入窓4002としては、石英、合成石英、フッ化マグネシウム等を用いるが本実施例では合成石英を用いている。空洞共振室4030は、テーパ室4032と接続されているがその間に反射板はない。空洞共振室4030は反射板がないために反射されるマイクロ波と導入窓4002か進行してくるマイクロ波の間での定在波は形成されない。
【0112】
テーパ室4032は反応室4033に接続されている。反応室4033にはポンプバルブ4034、コンダクタンス調整器4035を介してポンプ4036に接続されている。ポンプ4036は、排気管4037へ不要気体などを排気する。ポンプバルブ4034とコンダクタンス調整器4035の接続順序は逆になっていても構わない。コンダクタンス調整器4035とポンプバルブ4034によって反応室4033、テーパ室4032、空洞共振室4030の圧力を制御している。ポンプ3036としては、ターボ分子ポンプや複合分子ポンプ、油拡散ポンプなどを用いる。これらのポンプは図示していないが、そのポンプの排気側に油回転ポンプなどの補助ポンプを接続して使用する。本実施例では、複合ターボ分子ポンプと補助ポンプとしてドライポンプを用いた。
【0113】
反応室4033は、ヒンジ4051で動くようなゲートバルブ4050が別の減圧室4054と接続されている。ここで、別の減圧室4054に接続されておらず、単体の装置として用いても無論よい。別の減圧室4050に接続されていない場合はヒンジ4055で接続されているゲートバルブ4053のように閉じた状態にしておけばよい。ゲートバルブ4050は、ヒンジ4051を軸にして開状態4052のようにして開くことができる。ここで、ゲートバルブ4050は、スライド式のバルブになっていても無論良い。
【0114】
反応室の中には基板を保持する手段がある。中心線4060の右側は基板4076を搬出あるいは搬入する際の位置を表している。中心線4060の左側は基板4075を固定した状態を表している。どちらの場合も実際には中心線4060に対して線対称に図示されていない半分があるが、図ではどちらの状態もわかるように半分づつ示している。
【0115】
搬入搬出の際の状態を示す中心線4060の右側では、基板4076は、プッシャーピン4072によって基板支持台4070から浮いている。さらに基板固定器4074もプッシャーピン4072と連動して基板4076の固定をはずれ基板4076が可動になるように動く。
【0116】
基板4075が固定されている状態を示す中心線4060の左側では、プッシャーピン4071は、基板支持台4070の中に収まり、プッシャーピン4071と連動して基板固定器4073は基板4075を基板支持台4070に密着するように固定する。
【0117】
基板支持台4070には、図示していないが基板4070を加熱できるヒータが埋め込まれている。基板支持台4070には、高周波バイアスを印加するための高周波電源4080が整合器4081を通して接続されている。整合器4081には、ブロッキングコンデンサが入っており基板4070には、そのブロッキングコンデンサにかかるセルフバイアスによって、高周波バイアスが印可される。
【0118】
空洞共振室4030の周りには磁場を発生させるためのソレノイドコイル4020が設置されている。このソレノイドコイル4020に直流電流を流すことで空洞共振室4030内で、マイクロ波と磁場による高密度プラズマ領域ををつくり出す。導波管4001から、2.45GHzのマイクロ波が導入される場合は、ソレノイドコイルによって875ガウスの磁場を発生させることで空洞共振プラズマ領域4040で高密度プラズマ領域をつくり出すことができる。
【0119】
テーパ室4032の周りには、プラズマ拡散用の拡散磁石4021、4022が配置されている。この拡散磁石4021、4022は、永久磁石でも電磁石でもその目的に併せて用いる。また電磁石の場合でもコイル状である必要は必ずしも無い。
【0120】
ガスは空洞共振室4030に導入するトップ配管4001、4011とテーパ室4032に導入するテーパ配管4012、反応室4033に導入する4013によって導入される。マイクロ波と磁場を利用した反応は、反応圧力が10-1Pa以下と低いためにガスの流し方を非常に厳密にする必要は少ない。
【0121】
基板4075の表面に付着している炭素汚染物を除去するために、最初にトップ配管4001から酸素を空洞共振室4030に導入する。圧力は10-3〜10-1Pa程度にする。本実施例では3×10-2Paにて行った。ソレノイドコイル4020に直流電流を流し空洞共振プラズマ領域4040にて875ガウスになる電流値を予め測定しておき、その電流値になるように流す。マイクロ波は2.45GHzを導波管4001から導入した。マイクロ波の電力は500〜2000Wを導入し、本実施例では1200Wを導入した。基板4075としては、シリコンウェハやガリウム砒素のような半導体、ガラスや石英などの絶縁体などを用いるが、本実施例では8インチのシリコンウェハを用いる。
【0122】
マイクロ波とソレノイドコイル4020による磁場によって空洞共振プラズマ領域4040では、電子密度の高い高密度プラズマが生成される。高密度プラズマの中で酸素は、酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンにその一部が変化する。酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素はソレノイドコイル4020の拡散磁場に沿うように基板4075の表面に到達する。
【0123】
基板が空洞共振室4030の直径や、反射板4031の開口部に比較して例えば4インチφのシリコンウェハのように大きくない場合は、ソレノイドコイル4020のつくり出す拡散磁場によって基板4075に到達する活性な酸素によって、炭素の一重結合を除いた炭素汚染物を充分に除去できる。しかし、本実施例のように8インチφのシリコンウェハを基板4075とした場合は、8インチφのウェハの端部の除去を充分に行うために、空洞共振プラズマ領域4040で発生した活性な酸素を広範囲に広げるために、テーパ室4032に配置されている拡散磁石4021、4022を用いる。
【0124】
拡散磁石4021、4022は、基板4075に均一にプラズマが到達するように磁場を段階的に徐々に基板4075に近づくにしたがって緩やかに磁場が変化するように設定する。それによって、ソレノイドコイル4020の磁場だけでは急激に変化する磁場が大きく変化せずに、緩やかに変化し基板4075上でソレノイドコイル4020だけの場合より均一な活性な酸素をテーパプラズマ領域4051でつくりだすことができる。
【0125】
更に基板4075に多少のスパッタがあったとしても良いような場合は、高周波電源4080によって基板保持台4070に基板バイアスを印可する。酸素イオンは負であるために基板保持台4070がアノードになるようにバイアスを印可する。それによって、基板4075表面を酸素イオンによって基板プラズマ領域3042でたたくことで、より炭素の汚染物を除去しやすくなる。
【0126】
酸素をECRを利用して活性な酸素に変化させ、それによってC−Cのような炭素の一重結合を除いた炭素汚染物を除去することができる。
【0127】
次に、基板4075の表面に付着している炭素の一重結合を含む汚染物を除去するために、最初にトップ配管4001から水素を空洞共振室4030に導入する。圧力は10-3〜10-1Pa程度にする。本実施例では3×10-2Paにて行った。ソレノイドコイル4020に直流電流を流し空洞共振プラズマ領域4040にて875ガウスになる電流値を予め測定しておき、その電流値になるように流す。マイクロ波は2.45GHzを導波管4001から導入した。マイクロ波の電力は500〜2000Wを導入し、本実施例では1200Wを導入した。基板4075としては、シリコンウェハやガリウム砒素のような半導体、ガラスや石英などの絶縁体などを用いるが、本実施例では8インチのシリコンウェハを用いる。
【0128】
マイクロ波とソレノイドコイル4020による磁場によって空洞共振プラズマ領域4040では、電子密度の高い高密度プラズマが生成される。高密度プラズマの中で水素は、水素イオンや水素ラジカルにその一部が変化する。水素イオンや水素ラジカルなどの活性な水素はソレノイドコイル4020の拡散磁場に沿うように基板4075の表面に到達する。
【0129】
基板が空洞共振室4030の直径や、反射板4031の開口部に比較して例えば4インチφのシリコンウェハのように大きくない場合は、ソレノイドコイル4020のつくり出す拡散磁場によって基板4075に到達する活性な水素によって、炭素の一重結合を含む炭素汚染物を充分に除去できる。しかし、本実施例のように8インチφのシリコンウェハを基板4075とした場合は、8インチφのウェハの端部の除去を充分に行うために、空洞共振プラズマ領域4040で発生した活性な水素を広範囲に広げるために、テーパ室4032に配置されている拡散磁石4021、4022を用いる。
【0130】
拡散磁石4021、4022は、基板4075に均一にプラズマが到達するように磁場を段階的に徐々に基板4075に近づくにしたがって緩やかに磁場が変化するように設定する。それによって、ソレノイドコイル4020の磁場だけでは急激に変化する磁場が大きく変化せずに、緩やかに変化し基板4075上でソレノイドコイル4020だけの場合より均一な活性な水素をテーパプラズマ領域4041でつくりだすことができる。
【0131】
更に基板4075に多少のスパッタがあったとしても良いような場合は、高周波電源4080によって基板保持台4070に基板バイアスを印可する。水素イオンは正であるために基板保持台4070がカソードになるようにバイアスを印可する。それによって、基板4070表面を水素イオンによって基板プラズマ領域4042でたたくことで、より炭素の汚染物を除去しやすくなる。
【0132】
水素をマイクロ波と磁場を利用して活性な水素に変化させ、それによってC−Cのような炭素の一重結合を含む炭素汚染物を除去することができる。
【0133】
この装置を用いて、水素と酸素を同時にトップ配管4010からあるいはトップ配管4010と4011から別々に導入して、炭素汚染物の一重結合と二重結合の双方を含むものを同時に除去することも可能である。この場合は、水素イオンと酸素イオンの極性がそれぞれ正負と別であるので、高周波による基板バイアスをどちらか一方のイオンに対してだけしか基板をたたく効果を得ることはできない。
【0134】
水素と酸素を同時に導入する代わりに、水の入ったタンクを加熱してその蒸気圧から気化した水をチャンバーに導入することで同時に水素と酸素のクリーニングを行うこともよい。この場合は、チャンバー全体すなわち空洞共振室4030、テーパ室4032、反応室4033および水を導入するチャンバーまでの配管を全て加熱する。加熱の温度は60〜400℃程度が必要になるが、本実施例では真空用のパッキンにバイトンOリングを多数用いているために150℃で加熱する。
【0135】
このような装置によって、8インチシリコンウェハをクリーニングしたところ図1のグラフ13に示すような清浄な表面をもつ基板にすることができる。
【0136】
また、このような装置を用いた場合は空洞共振室4030とテーパ室4032の間に反射板のようなものがないために、マイクロ波の進行波がさらに基板4075の近傍にまで進む。そのために拡散磁石4032によってテ─パプラズマ領域4051や基板プラズマ領域4042のような領域でもECR条件を満たすことが可能になる。
【0137】
そのために、プラズマ密度の高いところで活性化された活性な水素や活性な酸を、活性状態が空洞共振ラズマ領域4040で活性化されたものよりも高いまま基板表面に到達させることができる。もちろん、そのような高いプラズマ密度をもつプラズマが基板近傍で発生するために基板もプラズマにさられるために、プラズマダメージを受けにくい基板であることが必要である。
【0138】
〔実施例3〕
図6に本発明の別の実施例を示す。図6は、実施例2で示した装置をマルチチャンバーシステムとして用いる場合を示している。図面は装置の縦断面を示している。図中左側は、実施例2で説明した装置と全く同じものを示している。左側に示している装置はマイクロ波と磁場を利用した装置6000であり、その内容は実施例2で示した通りのものである。
【0139】
マイクロ波と磁場を利用した装置6000は接続室6001と接続されている。この接続室6001はさらに処理装置6100に接続している。この接続室6001は、マイクロ波と磁場を利用し装置6000と処理装置6100以外の他のプロセス装置と接続していてもよい。つまり接続室6001は各プロセス装置の共通室のような役割をもつこともできる。
【0140】
接続室6001内には搬送ロボット6002があり、マイクロ波と磁場を利用した装置6000からゲート6003を開いた状態で被処理物をマイクロ波と磁場を利用した装置から搬出したり逆に搬入させることができる。搬入搬出が終了するとゲート6003を閉じる。マイクロ波と磁場を利用した装置6000内にて、被処理物をクリーニングし炭素の一重結合あるいは二重結合を含む炭素汚染物を減少させたのちに、マイクロ波と磁場を利用した装置6000内に残存する気体を排気する。その後に、ゲート6003を開けて搬送ロボット6002によって被処理物を接続室6001内に移動する。接続室6001内に被処理物が完全に移動し、ゲート6003が閉じることが可能になったのちに、ゲート6003を閉じる。
【0141】
接続室6001は図示していないが、接続室6001内を減圧にすることのできる真空ポンプに接続されており、被処理物の搬送の際にも必ず減圧状態になるようにする。接続室6001の減圧は、汚染の少ないドライポンプシステムがよく、ターボポンプとドライポンプの組み合わせなどがよい。本実施例では、磁気浮上型ターボ分子ポンプとドライポンプの組み合わせで真空引きを行えるようになっている。
【0142】
接続室6001は、他のプロセス装置からの汚染の影響を少なくするためにプロセス装置よりは若干圧力を高くして、気体の流れが接続室6001からプロセス装置へ流れるようにすることも有効である。
【0143】
接続室6001に被処理物が搬入された後に、ゲート6004を開け被処理物を処理装置6100へ移動する。被処理物を処理装置6100に移動後ゲート6004を閉じる。
【0144】
処理装置6100は、平行平板型プラズマCVD装置で、反応室6010にポンプバルブ6011とコンダクタンス制御器6012を通してポンプ613が接続されている。ポンプ6013にはエグゾースト6014がさらに接続されている。ポンプバルブ6011とコンダクタンス制御器6012の接続順序は逆になっていてもよい。
【0145】
反応室6010には、電極6040がチャンバーの接地電位から分離するインシュレータ6042を伴って接続されており、その電極6040を覆うように、寄生放電やホローカソードを防止するために、電極カバー6041が設置されている。電極6040には、整合器6043を通してプラズマ電源6044が接続されている。
【0146】
プラズマ電源6044は、その成膜目的に応じて低周波から高周波までの連続発振器や、パルス発振器、モジュレーション発振器等を用いる。本実施例では20MHzのパルス発振可能な電源を用いている。
【0147】
反応室6010の中には基板を保持する手段がある。中心線6020の左側は基板6036を搬出あるいは搬入する際の位置を表している。中心線6020の右側は基板6035を固定した状態を表している。どちらの場合も実際には中心線6020に対して線対称に図示されていない半分があるが、図ではどちらの状態もわかるように半分づつ示している。
【0148】
搬入搬出の際の状態を示す中心線6020の左側では、基板6036は、プッシャーピン6032によって基板支持台6030から浮いている。さらに基板固定器6034もプッシャーピン6032と連動して基板6036の固定をはずれ基板6036が可動になるように動く。
【0149】
基板6035が固定されている状態を示す中心線6020の右側では、プッシャーピン6031は、基板支持台6030の中に収まり、プッシャーピン6031と連動して基板固定器6033は基板6035を基板支持台6030に密着するように固定する。
【0150】
基板支持台6030には、図示していないが基板6035を加熱できるヒータが埋め込まれている。ガスは、マスフローコントローラなどの流量制御器を通して導入配管6050から電極6040のシャワーヘッドを通して導入される。電極6040には、図示しないがガスを均一に流すための拡散板が設置されている。
【0151】
基板6035としてP- の100面の8インチ単結晶シリコンウェハを用いて、マイクロ波と磁場を利用した装置6000で基板6035の表面クリーニング後直ぐに、有機シランと酸素によって酸化珪素膜を成膜した。成膜条件としては、有機シランとして正珪酸四エチル(いわゆるTEOS)を用いて、TEOS/酸素=1/20のガス比で、基板温度350℃、圧力1Torrで成膜したのちに、MOSキャパシタを形成して、界面準位密度を測定したところ9×109 〜3×1010cm-2eV-1と良好であった。
【0152】
〔実施例4〕
図7に本発明を実施するための装置を示している。図は装置の縦断面の構成になっている。マイクロ波の導波管7001がマイクロ波の導入窓7002を覆うようにして反応室7030に接続されている。導入窓7002としては、石英、合成石英、フッ化マグネシウム等を用いるが本実施例では合成石英を用いている。
【0153】
反応室7030にはポンプバルブ7034、コンダクタンス調整器7035を介してポンプ7036に接続されている。ポンプ7036は、排気管7037へ不要気体などを排気する。ポンプバルブ7034とコンダクタンス調整器7035の接続順序は逆になっていても構わない。コンダクタンス調整器7035とポンプバルブ7034によって反応室7030の圧力を制御している。ポンプ7036としては、ターボ分子ポンプや複合分子ポンプ、油拡散ポンプなどを用いる。これらのポンプは図示していないが、そのポンプの排気側に油回転ポンプなどの補助ポンプを接続して使用する。本実施例では、複合ターボ分子ポンプと補助ポンプとしてドライポンプを用いた。
【0154】
反応室7030は、可動なゲートバルブ7050が別の減圧室7054と接続されている。ここで、別の減圧室7054に接続されておらず、単体の装置として用いても無論よい。ゲートバルブ7050は、スライド式のバルブになっている。ここで、ゲートバルブ7050は、ヒンジなどを軸にして開状態として開くことができるようにしてもよい。
【0155】
反応室7030の中には基板を保持する手段がある。中心線7060の右側は基板7076を搬出あるいは搬入する際の位置を表している。中心線7060の左側は基板7075を固定した状態を表している。どちらの場合も実際には中心線7060に対して線対称に図示されていない半分があるが、図ではどちらの状態もわかるように半分づつ示している。
【0156】
搬入搬出の際の状態を示す中心線7060の右側では、基板7076は、プッシャーピン7072によって基板支持台7070から浮いている。さらに基板固定器7074もプッシャーピン7072と連動して基板7076の固定をはずれ基板7076が可動になるように動く。
【0157】
基板7075が固定されている状態を示す中心線7060の左側では、プッシャーピン7071は、基板支持台7070の中に収まり、プッシャーピン7071と連動して基板固定器7073は基板7075を基板支持台7070に密着するように固定する。
【0158】
基板支持台7070には、図示していないが基板7070を加熱できるヒータが埋め込まれている。基板支持台7070には、高周波バイアスを印加するための高周波電源7080が整合器7081を通して接続されている。整合器7081には、ブロッキングコンデンサが入っており基板7070には、そのブロッキングコンデンサにかかるセルフバイアスによって、高周波バイアスが印可される。
【0159】
反応室7030の周りには磁場を発生させるための分割コイル7020が設置されている。この分割コイル7020に直流電流を流すことで反応室7030内で、電子サイクロトロン共鳴に必要な磁場をつくり出す。導波管7001から、2.45GHzのマイクロ波が導入される場合は、コイルによって875ガウスの磁場を発生させることで高密度プラズマ領域としてECR条件をもつくり出すことができる。
【0160】
分割コイル7020はそれぞれ独立して電流を流すことができるためにECR条件などの高密度プラズマを満たす領域を反応室7030内に、複数箇所つくることもできる。また、ECR条件などの高密度プラズマを満たす空間的位置を様々の位置に動かすことも可能である。そのために大きな基板の処理に適している。
【0161】
プラズマ拡散用の拡散磁石7021、7022が配置されている。この拡散磁石7021、7022は、永久磁石でも電磁石でもその目的に併せて用いる。また電磁石の場合でもコイル状である必要は必ずしも無い。
【0162】
ガスは反応室7030に導入するトップ配管7001、反応室7030に導入する7013によって導入される。マイクロ波と磁場を利用した反応は、反応圧力が10-1Pa以下と低いためにガスの流し方を非常に厳密にする必要は少ない。
【0163】
基板7075の表面に付着している炭素汚染物を除去するために、最初にトップ配管7001から酸素を反応室7030に導入する。圧力は10-3〜10-1Pa程度にする。本実施例では3×10-2Paにて行った。分割コイル7020に直流電流を流し所望の空間的な位置にて875ガウスになる電流値を予め測定しておき、その電流値になるように流す。マイクロ波は2.45GHzを導波管7001から導入した。マイクロ波の電力は500〜2000Wを導入し、本実施例では1500Wを導入した。基板7075としては、シリコンウェハやガリウム砒素のような半導体、ガラスや石英などの絶縁体などを用いるが、本実施例では360mm×480mm厚さ0.7mmのホウケイ酸ガラスを用いる。
【0164】
マイクロ波と分割コイル7020による磁場によってECR条件などの高密度プラズマが達成されることで電子密度の高い高密度プラズマが生成される。ECRなどの高密度プラズマの中で酸素は、酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンにその一部が変化する。酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素は分割コイル7020によって独立につくり出される磁場に沿って基板7075へ到達する。また、ECRの空間的領域を反応室7030内にてうごかすこもよい。
【0165】
基板が反応室7030の直径に比較して例えば4インチφのシリコンウェハのように大きくない場合は、分割コイル7020のつくり出す磁場によって基板7075に到達する活性な酸素によって、炭素の一重結合を除いた炭素汚染物を充分に除去できる。しかし、本実施例のように360mm×480mm厚さ0.7mmのホウケイ酸ガラスを基板7075とした場合は、ガラスの端部の除去を充分に行うために、活性な酸素を広範囲に広げるために、拡散磁石7021、7022を用いる。
【0166】
拡散磁石7021、7022は、基板7075に均一にプラズマが到達するように磁場を段階的に徐々に基板7075に近づくにしたがって緩やかに磁場が変化するように設定する。それによって、分割コイル7020の磁場だけでの制御とは別に緩やかに変化し基板7075上で分割コイル7020だけの場合より均一な活性な酸素を基板上でつくりだすことができる。
【0167】
更に基板7075に多少のスパッタがあったとしても良いような場合は、高周波電源7080によって基板保持台7070に基板バイアスを印可する。酸素イオンは負であるために基板保持台7070がアノードになるようにバイアスを印可する。それによって、基板7070表面を酸素イオンによってたたくことで、より炭素の汚染物を除去しやすくなる。
【0168】
酸素をECRを利用して活性な酸素に変化させ、それによってC−Cのような炭素の一重結合を除いた炭素汚染物を除去することができる。
【0169】
次に、基板7075の表面に付着している炭素の一重結合を含む汚染物を除去するために、最初にトップ配管7001から水素を反応室7030に導入する。圧力は10-3〜10-1Pa程度にする。本実施例では3×10-2Paにて行った。分割コイル7020に直流電流を流し875ガウスになる電流値を予め測定しておき、その電流値になるように流す。マイクロ波は2.45GHzを導波管7001から導入した。マイクロ波の電力は500〜2000Wを導入し、本実施例では1200Wを導入した。基板7075としては、シリコンウェハやガリウム砒素のような半導体、ガラスや石英などの絶縁体などを用いるが、本実施例では360mm×480mm厚さ0.7mmのホウケイ酸ガラスを用いる。
【0170】
マイクロ波と分割コイル7020による磁場によってECR条件などの高密度プラズマが達成されることで電子密度の高い高密度プラズマが生成される。ECRプラズマなどの高密度プラズマの中で水素は、水素イオンや水素ラジカルにその一部が変化する。水素イオンや水素ラジカルなどの活性な水素は分割コイル7020によって独立につくり出される磁場に沿って基板7075へ到達する。また、高密度プラズマ領域の空間的領域を反応室7030内にてうごかすこもよい
【0171】
基板が反応室7030の直径に比較して例えば4インチφのシリコンウェハのように大きくない場合は、分割コイル7020のつくり出す拡散磁場によって基板7075に到達する活性な水素によって、炭素の一重結合を含む炭素汚染物を充分に除去できる。しかし、本実施例のように360mm×480mm厚さ0.7mmのホウケイ酸ガラスを基板7075とした場合は、ガラスの端部の除去を充分に行うために、拡散磁石7021、7022を用いる。
【0172】
拡散磁石7021、7022は、基板7075に均一にプラズマが到達するように磁場を段階的に徐々に基板7075に近づくにしたがって緩やかに磁場が変化するように設定する。それによって、分割コイル7020の磁場だけでの制御とは別に緩やかに変化し基板7075上で分割コイル7020だけの場合より均一な活性な酸素を基板上でつくりだすことができる。
【0173】
更に基板7075に多少のスパッタがあったとしても良いような場合は、高周波電源7080によって基板保持台7070に基板バイアスを印可する。水素イオンは正であるために基板保持台7070がカソードになるようにバイアスを印可する。それによって、基板7070表面を水素イオンによって基板プラズマ領域7042でたたくことで、より炭素の汚染物を除去しやすくなる。
【0174】
水素をマイクロ波と磁場を利用して活性な水素に変化させ、それによってC−Cのような炭素の一重結合を含む炭素汚染物を除去することができる。
【0175】
この装置を用いて、水素と酸素を同時にトップ配管7010から導入して、炭素汚染物の一重結合と二重結合の双方を含むものを同時に除去することも可能である。この場合は、水素イオンと酸素イオンの極性がそれぞれ正負と別であるので、高周波による基板バイアスをどちらか一方のイオンに対してだけしか基板をたたく効果を得ることはできない。
【0176】
水素と酸素を同時に導入する代わりに、水の入ったタンクを加熱してその蒸気圧から気化した水をチャンバーに導入することで同時に水素と酸素のクリーニングを行うこともよい。この場合は、チャンバー全体すなわち反応室7030および水を導入するチャンバーまでの配管を全て加熱する。加熱の温度は60〜400℃程度が必要になるが、本実施例では真空用のパッキンにバイトンOリングを多数用いているために150℃で加熱する。
【0177】
このような装置によって、360mm×480mm厚さ0.7mmのホウケイ酸ガラスを基板をクリーニングしたところ密着水の接触角でみる、基板表面の炭素汚染は、クリーニング前と比較して著しく向上した。
【0178】
〔実施例5〕
図8に本発明の別の実施例を示す。図8は、実施例4で示した装置をマルチチャンバーシステムとして用いる場合を示している。図面は装置の縦断面を示している。図中左側は、実施例4で説明した装置と全く同じものを示している。左側に示している装置はマイクロ波と磁場利用の装置8000であり、その内容は実施例4でしめした通りのものである。
【0179】
マイクロ波と磁場利用の装置8000は接続室8001と接続されている。この接続室8001はさらに処理装置8100に接続している。この接続室8001は、マイクロ波と磁場利用の装置8000と処理装置8100以外の他のプロセス装置と接続していてもよい。つまり接続室8001は各プロセス装置の共通室のような役割をもつこともできる。
【0180】
接続室8001内には搬送ロボット8002があり、マイクロ波と磁場利用の装置8000からゲート8003を開いた状態で被処理物をマイクロ波と磁場利用の装置から搬出したり逆に搬入させることができる。搬入搬出が終了するとゲート8003を閉じる。マイクロ波と磁場利用の装置8000内にて、被処理物をクリーニングし炭素の一重結合あるいは二重結合を含む炭素汚染物を減少させたのちに、マイクロ波と磁場利用の装置8000内に残存する気体を排気する。その後に、ゲート8003を開けて搬送ロボット8002によって被処理物を接続室8001内に移動する。接続室8001内に被処理物が完全に移動し、ゲート8003が閉じることが可能になったのちに、ゲート8003を閉じる。
【0181】
接続室8001は図示していないが、接続室8001内を減圧にすることのできる真空ポンプに接続されており、被処理物の搬送の際にも必ず減圧状態になるようにする。接続室8001の減圧は、汚染の少ないドライポンプシステムがよく、ターボポンプとドライポンプの組み合わせなどがよい。本実施例では、磁気浮上型ターボ分子ポンプとドライポンプの組み合わせで真空引きを行えるようになっている。
【0182】
接続室8001は、他のプロセス装置からの汚染の影響を少なくするためにプロセス装置よりは若干圧力を高くして、気体の流れが接続室8001からプロセス装置へ流れるようにすることも有効である。
【0183】
接続室8001に被処理物が搬入された後に、ゲート8004を開け被処理物を処理装置8100へ移動する。被処理物を処理装置8100に移動後ゲート8004を閉じる。
【0184】
処理装置8100は、平行平板型プラズマCVD装置で、反応室8010にポンプバルブ8011とコンダクタンス制御器8012を通してポンプ8013が接続されている。ポンプ8013にはエグゾースト8014がさらに接続されている。ポンプバルブ8011とコンダクタンス制御器8012の接続順序は逆になっていてもよい。
【0185】
反応室8010には、電極8040がチャンバーの接地電位から分離するインシュレータ8042を伴って接続されており、その電極8040を覆うように、寄生放電やホローカソードを防止するために電極カバー8041が設置されている。電極8040には、整合器8043を通してプラズマ電源8044が接続されている。
【0186】
プラズマ電源8044は、その成膜目的に応じて低周波から高周波までの連続発振器や、パルス発振器、モジュレーション発振器等を用いる。本実施例では20MHzのパルス発振可能な電源を用いている。
【0187】
反応室8010の中には基板を保持する手段がある。中心線8020の左側は基板8036を搬出あるいは搬入する際の位置を表している。中心線8020の右側は基板8035を固定した状態を表している。どちらの場合も実際には中心線8020に対して線対称に図示されていない半分があるが、図ではどちらの状態もわかるように半分づつ示している。
【0188】
搬入搬出の際の状態を示す中心線8020の左側では、基板8036は、プッシャーピン8032によって基板支持台8030から浮いている。さらに基板固定器8034もプッシャーピン8032と連動して基板8036の固定をはずれ基板8036が可動になるように動く。
【0189】
基板8035が固定されている状態を示す中心線8020の右側では、プッシャーピン8031は、基板支持台8030の中に収まり、プッシャーピン8031と連動して基板固定器8033は基板8035を基板支持台8030に密着するように固定する。
【0190】
基板支持台8030には、図示していないが基板8035を加熱できるヒータが埋め込まれている。ガスは、マスフローコントローラなどの流量制御器を通して導入配管8050から電極8040のシャワーヘッドを通して導入される。電極8040には、図示しないがガスを均一に流すための拡散板が設置されている。
【0191】
基板8035としてP- の(100)面の8インチ単結晶シリコンウェハを用いて、マイクロ波と磁場利用の装置8000で基板8035の表面クリーニング後直ぐに、有機シランと酸素によって酸化珪素膜を成膜した。成膜条件としては、有機シランとして正珪酸四エチル(いわゆるTEOS)を用いて、TEOS/酸素=1/20のガス比で、基板温度350℃、圧力1Torrで成膜したのちに、MOSキャパシタを形成して、界面準位密度を測定したところ9×109 〜3×1010cm-2eV-1と良好であった。
【0192】
〔実施例6〕
図9に本発明を実施するための装置を示している。図9は装置の縦断面の構成図を示している。マイクロ波の導波管9001がマイクロ波の導入口になっており、アンテナ9003はリジターノコイルを円盤状に広げた構造になっている。アンテナ9003に開いているスリット9004はいわゆる一筆書きになっている。導入窓9002は反応室9030に接続されている。導入窓9002としては、石英、合成石英、フッ化マグネシウム等を用いるが本実施例では合成石英を用いている。スリット9004の上部に永久磁石9005を設けスリット9004に生じる電界によりスリット9004の路にマイクロ波と磁場によるプラズマ9040を生成する。
【0193】
反応室9030にはポンプバルブ9034、コンダクタンス調整器9035を介してポンプ9036に接続されている。ポンプ9036は、排気管9037へ不要気体などを排気する。ポンプバルブ9034とコンダクタンス調整器9035の接続順序は逆になっていても構わない。コンダクタンス調整器9035とポンプバルブ9034によって反応室9030の圧力を制御している。ポンプ9036としては、ターボ分子ポンプや複合分子ポンプ、油拡散ポンプなどを用いる。これらのポンプは図示していないが、そのポンプの排気側に油回転ポンプなどの補助ポンプを接続して使用する。本実施例では、複合ターボ分子ポンプと補助ポンプとしてドライポンプを用いた。
【0194】
反応室9030は可動なゲートバルブ9050を介して、別の減圧室9054と接続されている。ここで、別の減圧室9054に接続されておらず、単体の装置として用いても無論よい。ゲートバルブ9050は、スライド式のバルブになっている。ここで、ゲートバルブ9050は、ヒンジなどを軸にして開状態として開くことができるようにしてもよい。
【0195】
反応室9030の中には基板を保持する手段がある。中心線9060の右側は基板9076を搬出あるいは搬入する際の位置を表している。中心線9060の左側は基板9075を固定した状態を表している。どちらの場合も実際には中心線9060に対して線対称に図示されていない半分があるが、図ではどちらの状態もわかるように半分づつ示している。
【0196】
搬入搬出の際の状態を示す中心線9060の右側では、基板9076は、プッシャーピン9072によって基板支持台9070から浮いている。さらに基板固定器9074もプッシャーピン9072と連動して基板9076の固定をはずれ基板9076が可動になるように動く。
【0197】
基板9075が固定されている状態を示す中心線9060の左側では、プッシャーピン9071は、基板支持台9070の中に収まり、プッシャーピン9071と連動して基板固定器9073は基板9075を基板支持台9070に密着するように固定する。
【0198】
基板支持台9070には、図示していないが基板9070を加熱できるヒータが埋め込まれている。基板支持台9070には、高周波バイアスを印加するための高周波電源9080が整合器9081を通して接続されている。整合器9081には、ブロッキングコンデンサが入っており基板9070には、そのブロッキングコンデンサにかかるセルフバイアスによって、高周波バイアスが印可される。
【0199】
反応室9030の周りには磁場を発生させるための永久磁石9005が設置されている。この永久磁石9005の磁場によって反応室9030内で、電子サイクロトロン共鳴に必要な磁場をつくり出す。導波管9001から、2.45GHzのマイクロ波が導入される場合は、永久磁石9005によって875ガウスの磁場を発生させることでECRなどの高密度プラズマの条件をつくり出すことができる。
【0200】
ガスは反応室9030に導入する配管9001によって導入される。ECRなどの高密度プラズマをを利用した反応は、反応圧力が10-1Pa以下と低いためにガスの流し方を非常に厳密にする必要は少ない。
【0201】
基板9075の表面に付着している炭素汚染物を除去するために、最初に配管9001から酸素を反応室9030に導入する。圧力は10-3〜10-1Pa程度にする。本実施例では3×10-2Paにて行った。マイクロ波は2.45GHzを導波管9001から導入した。マイクロ波の電力は500〜2000Wを導入し、本実施例では800Wを導入した。基板9075としては、シリコンウェハやガリウム砒素のような半導体、ガラスや石英などの絶縁体などを用いるが、本実施例では360mm×480mm厚さ0.7mmのホウケイ酸ガラスを用いる。
【0202】
マイクロ波と永久磁石9005による磁場によってECRなどの高密度プラズマの条件が達成されることで電子密度の高いECRプラズマが生成される。ECRなどの高密度プラズマの中で酸素は、酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンにその一部が変化する。酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素は基板9075へ到達する。
【0203】
更に基板9075に多少のスパッタがあったとしても良いような場合は、高周波電源9080によって基板保持台9070に基板バイアスを印可する。酸素イオンは負であるために基板保持台9070がアノードになるようにバイアスを印可する。それによって、基板9070表面を酸素イオンによってたたくことで、より炭素の汚染物を除去しやすくなる。
【0204】
酸素をECRなどのマイクロ波と磁場を利用して活性な酸素に変化させ、それによってC−Cのような炭素の一重結合を除いた炭素汚染物を除去することができる。
【0205】
次に、基板7075の表面に付着している炭素の一重結合を含む汚染物を除去するために、最初に配管9001から水素を反応室9030に導入する。圧力は10-3〜10-1Pa程度にする。本実施例では3×10-2Paにて行った。マイクロ波は2.45GHzを導波管9001から導入した。マイクロ波の電力は500〜2000Wを導入し、本実施例では800Wを導入した。基板9075としては、シリコンウェハやガリウム砒素のような半導体、ガラスや石英などの絶縁体などを用いるが、本実施例では360mm×480mm厚さ0.7mmのホウケイ酸ガラスを用いる。
【0206】
マイクロ波と永久磁石9005による磁場によってECRなどの高密度プラズマの条件が達成されることで電子密度の高いECRなどの高密度プラズマが生成される。ECRなどの高密度プラズマの中で水素は、水素イオンや水素ラジカルにその一部が変化する。水素イオンや水素ラジカルなどの活性な水素は基板9075へ到達する。
【0207】
更に基板9075に多少のスパッタがあったとしても良いような場合は、高周波電源9080によって基板保持台9070に基板バイアスを印可する。水素イオンは正であるために基板保持台9070がカソードになるようにバイアスを印可する。それによって、基板9070表面を水素イオンによってたたくことで、より炭素の汚染物を除去しやすくなる。
【0208】
酸素をECRなどのマイクロ波と磁場を利用して活性な水素に変化させ、それによってC−Cのような炭素の一重結合を除いた炭素汚染物を除去することができる。
【0209】
〔実施例7〕
図10に本発明の別の実施例を示す。図10は、実施例6で示した装置をマルチチャンバーシステムとして用いる場合を示している。図面は装置の縦断面を示している。図中左側は、実施例4で説明した装置と全く同じものを示している。左側に示している装置はマイクロ波と磁場利用の装置10000であり、その内容は実施例6でしめした通りのものである。
【0210】
マイクロ波と磁場利用の装置10000は接続室10001と接続されている。この接続室10001はさらに処理装置10100に接続している。この接続室10001は、マイクロ波と磁場利用の装置10000と処理装置10100以外の他のプロセス装置と接続していてもよい。つまり接続室10001は各プロセス装置の共通室のような役割をもつこともできる。
【0211】
接続室10001内には搬送ロボット10002があり、マイクロ波と磁場利用の装置10000からゲート10003を開いた状態で被処理物をマイクロ波と磁場利用の装置から搬出したり逆に搬入させることができる。搬入搬出が終了するとゲート10003を閉じる。マイクロ波と磁場利用の装置10000内にて、被処理物をクリーニングし炭素の一重結合あるいは二重結合を含む炭素汚染物を減少させたのちに、マイクロ波と磁場利用の装置10000内に残存する気体を排気する。その後に、ゲート10003を開けて搬送ロボット10002によって被処理物を接続室10001内に移動する。接続室10001内に被処理物が完全に移動し、ゲート10003が閉じることが可能になったのちに、ゲート10003を閉じる。
【0212】
接続室10001には、接続室10001内を減圧にすることのできる図示しない真空ポンプが接続されており、被処理物の搬送の際にも必ず減圧状態になるようにする。接続室10001の減圧は、汚染の少ないドライポンプシステムがよく、ターボポンプとドライポンプの組み合わせなどがよい。本実施例では、磁気浮上型ターボ分子ポンプとドライポンプの組み合わせで真空引きを行えるようになっている。
【0213】
接続室10001は、他のプロセス装置からの汚染の影響を少なくするためにプロセス装置よりは若干圧力を高くして、気体の流れが接続室10001からプロセス装置へ流れるようにすることも有効である。
【0214】
接続室10001に被処理物が搬入された後に、ゲート10004を開け被処理物を処理装置10100へ移動する。被処理物を処理装置10100に移動後ゲート10004を閉じる。
【0215】
処理装置10100は、平行平板型プラズマCVD装置で、反応室10010にポンプバルブ10011とコンダクタンス制御器10012を通してポンプ10013が接続されている。ポンプ10013にはエグゾースト10014がさらに接続されている。ポンプバルブ10011とコンダクタンス制御器10012の接続順序は逆になっていてもよい。
【0216】
反応室10010には、電極10040がチャンバーの接地電位から分離するインシュレータ10042を伴って接続されており、その電極10040を覆うように、寄生放電やホローカソードをぼうしするために電極カバー10041が設置されている。電極10040には、整合器10043を通してプラズマ電源10044が接続されている。
【0217】
プラズマ電源10044は、その成膜目的に応じて低周波から高周波までの連続発振器や、パルス発振器、モジュレーション発振器等を用いる。本実施例では20MHzのパルス発振可能な電源を用いている。
【0218】
反応室10010の中には基板を保持する手段がある。中心線10020の左側は基板10036を搬出あるいは搬入する際の位置を表している。中心線10020の右側は基板10035を固定した状態を表している。どちらの場合も実際には中心線10020に対して線対称に図示されていない半分があるが、図ではどちらの状態もわかるように半分づつ示している。
【0219】
搬入搬出の際の状態を示す中心線10020の左側では、基板10036は、プッシャーピン10032によって基板支持台10030から浮いている。さらに基板固定器10034もプッシャーピン10032と連動して基板10036の固定をはずれ基板10036が可動になるように動く。
【0220】
基板10035が固定されている状態を示す中心線10020の右側では、プッシャーピン10031は、基板支持台10030の中に収まり、プッシャーピン10031と連動して基板固定器10033は基板10035を基板支持台10030に密着するように固定する。
【0221】
基板支持台10030には、図示していないが基板10035を加熱できるヒータが埋め込まれている。ガスは、マスフローコントローラなどの流量制御器を通して導入配管10050から電極10040のシャワーヘッドを通して導入される。電極10040には、図示しないがガスを均一に流すための拡散板が設置されている。
【0222】
基板10035としてP- の100面の8インチ単結晶シリコンウェハを用いて、マイクロ波と磁場利用の装置10000で基板10035の表面クリーニング後直ぐに、有機シランと酸素によって酸化珪素膜を成膜した。成膜条件としては、有機シランとして正珪酸四エチル(いわゆるTEOS)を用いて、TEOS/酸素=1/20のガス比で、基板温度350℃、圧力1Torrで成膜したのちに、MOSキャパシタを形成して、界面準位密度を測定したところ9×109 〜3×1010cm-2eV-1と良好であった。
【0223】
〔実施例8〕
図11は本発明を利用して絶縁基板上に薄膜トランジスタを形成する工程を示している。絶縁基板1100をマルチチャンバーの中のマイクロ波と磁場によるプラズマを利用して、絶縁基板1100上のC−Cのような炭素の一重結合とC=Cのような炭素の二重結合を含む炭素汚染物を除去するために最初に、酸素をECRプラズマにて酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素を生成してそれによって絶縁基板1100上のクリーニングを行う。
【0224】
絶縁基板1100の上に何も成膜されていないために活性な酸素の中の電荷による影響が全くないために絶縁基板1100に高周波バイアスを印加して酸素イオンによるスパッタも同時に行い、炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には3×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。酸素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。基板バイアスは、高周波電力として0.05〜1.0W/cm2 で典型的には0.3W/cm2 を印加する。
【0225】
活性な酸素による炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行った後に、ECRなどのマイクロ波と磁場によるプラズマを利用して活性な水素によって炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。絶縁基板1100の上に何も成膜されていないために活性な水素の中の電荷による影響が全くないために絶縁基板1100に高周波バイアスを印加して水素イオンによるスパッタも同時に行い、炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。水素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。基板バイアスは、高周波電力として0.05〜1.0W/cm2 で典型的には0.2W/cm2 を印加する。
【0226】
絶縁基板1100上の炭素のクリーニングが終了後、大気に触れさせることなく下地膜1101を成膜する。下地膜1101としては、酸化珪素や窒素ドープの酸化珪素またはリンドープの酸化珪素、あるいは窒化珪素などを成膜する。成膜方法としては、減圧CVDやスパッタ、あるいは平行平板プラズマCVDやECRプラズマCVDやICPプラズマCVDなどのプラズマCVD、などを用いる。典型的には、平行平板型プラズマCVDを用いる。
【0227】
成膜条件としては、基板温度300〜600℃で典型的には400℃。正珪酸四エチル(いわゆるTEOS):酸素=1:1〜20で典型的には1:5で行う。圧力は0.1〜2Torrで典型的には0.3Torrで行う。平行平板電極に印加する高周波としては5〜30MHzで典型的には13.56MHzで、電力は0.05〜2.0W/cm2 で典型的には0.7W/cm2 を印加する。下地膜1101の厚さとしては100〜5000Åで、典型的には2000Åを成膜する。
【0228】
下地膜1101の成膜が終了すると大気に触れさせることなく、マルチチャンバーシステムの別の処理室にて、活性層となるアモルファスシリコンを成膜する。アモルファスシリコンの成膜方法としては、減圧CVDやスパッタ、あるいは平行平板プラズマCVDやECRプラズマCVDやICPプラズマCVDなどのプラズマCVD、などを用いる。典型的には、平行平板型プラズマCVDを用いる。
【0229】
本実施例では、平行平板型プラズマCVD装置を用いてアモフファスシリコンを成膜する。成膜条件としては、基板温度150〜600℃で典型的には300℃。反応ガスとしてSiH4 を10〜500SCCM典型的には55SCCMを用いる。圧力は0.1〜2Torrで典型的には0.75Torrで行う。平行平板電極に印加する高周波としては5〜30MHzで典型的には13.56MHzで、電力は0.01〜2.0W/cm2 で典型的には0.05W/cm2 を印加する。アモルファスシリコンの厚さとしては100〜5000Åで、典型的には500Åを成膜する。
【0230】
アモルファスシリコンを成膜後、絶縁基板1100にアモルファスシリコンが成膜された基板を大気中に取り出す。その後アモルファスシリコンの結晶化を行う前に、水素出しを行う。水素出しは400〜500℃で窒素中で30分〜5時間程度で典型的には450℃で1時間行う。その後熱結晶化あるいはレーザ結晶化を行うが、ここで本出願人らによる特開平6−232059などの方法を用いることで600℃以下の温度で熱結晶化することができる。これは、Niを含む溶液を塗布することでニッケルシリサイドを核として結晶成長させるものである。
【0231】
熱結晶化の後に、再度エキシマレーザによるレーザ結晶を行うことも効果的であり本実施例でも実施する。その後にアモルファスシリコンは完全に多結晶シリコンになる。多結晶シリコンをファトリソグラフィーによるフォトレジストのパターニングと多結晶シリコンのエッチングによってアイランド1102と1103ができる。アイランド1102は、PチャネルあるいはNチャネルの単一のトランジスタを後に形成し、アイランド1103にはCMOSのようなPチャネルとNチャネルを組み合わせたトランジスタを形成する。
【0232】
絶縁基板1100に下地膜1101とアイランド1102と1103が形成された基板を、本発明が実施できるECRプラズマ処理装置を含むマルチチャンバーシステムにセットする。大気中に長時間触れていたこととフォトレジストに直接接していたためにアイランド1102と1103の上には炭素の一重結合と二重結合を含む炭素汚染物がある。
【0233】
最初に、酸素をECRプラズマにて酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素を生成してそれによって絶縁基板1100上のクリーニングを行う。絶縁基板1100の上には下地膜1101とアイランド1102と1103しか成膜されていないために活性な酸素の中の電荷による影響が全くないために絶縁基板1100に高周波バイアスを印加して酸素イオンによるスパッタも同時に行うことができるが、このアイランド1101と1102の表面はチャネルを形成する領域となるのでスパッタによるダメージを与えないようにするために基板に高周波バイアスを印加しない。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。酸素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。
【0234】
活性な酸素による炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行った後に、ECRプラズマを利用して活性な水素によって炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。高周波バイアスは印加せず水素イオンによるスパッタは行わない。炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。水素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。
【0235】
活性な酸素と、活性な水素によるアイランド1102と1103のクリーニングを最初に活性な酸素によって炭素の二重結合を含む炭素汚染物を除去し、その後に活性な水素によって炭素の一重結合を含む炭素の汚染物を除去しているが、最初に活性な水素によって炭素の一重結合を含む炭素の汚染物を除去し、その後に活性な酸素によって炭素の二重結合を含む炭素汚染物を除去してもよい。また同時に活性な水素と活性な酸素によって炭素の一重結合と二重結合を含む炭素汚染物を除去してもよい。
【0236】
ECRプラズマを利用して炭素汚染物を除去したのちに、マルチチャンバーシステムの別の処理室にて、アイランド1102と1103の表面が清浄な状態を保ったまま、ゲート絶縁膜1104を成膜して図11(A)が完成する。ゲート絶縁膜1104は、ドライ熱酸化、ウェット熱酸化、シランと酸素からのCVD、シランと亜酸化窒素からのCVD、TEOSと酸素またはオゾンからのCVDなどの酸化膜あるいは窒素ドープの酸化膜を用いる。あるいは、シランと窒素とアンモニアによる窒化珪素などを用いる。あるいは酸化膜と窒化膜を同種あるいあ異種の2層以上の多層積層によって形成する。
【0237】
本実施例では、平行平板型プラズマCVDを用いて窒素ドープの酸化珪素を形成する。ECRプラズマを利用してアイランド1103と1104の表面がクリーニングされて清浄な表面を大気に触れさせることなく、ECRプラズマの処理室より接続室を介して、あるいは接続室を介さずECR処理室から直接、平行平板型プラズマCVD処理室へ基板を搬送する。
【0238】
そこで本実施例では、シランと亜酸化窒素を用いた窒素ドープの酸化珪素をゲート絶縁膜1104として用いる。成膜条件は、シラン:亜酸化窒素=1:5〜40で、典型的には1:20で行う。基板温度は、250〜500℃で典型的には380℃で行う。高周波は5〜300MHzで典型的には60MHzで行う。投入する高周波電力は、0.05〜2W/cm2 で典型的には0.5W/cm2 を投入する。圧力は、0.1〜2Torrで、典型的には0.5Torrで成膜する。成膜厚は200〜2000Åで典型的には1500Åを成膜する。
【0239】
ゲート絶縁膜1104を成膜したのち、再びECRプラズマ処理しつにて活性な酸素および活性な水素によってゲート絶縁膜1104の表面をクリーニングする。クリーニングが終了後、マルチチャンバーシステムの導電膜成膜室へ基板を移送する。ここで、ゲート絶縁膜1104を成膜後大気に基板を触れさせないまま基板を導電膜成膜室へ移送できる場合は、本発明によるクリーニングをせずに、ゲート絶縁膜1104成膜ご連続して導電膜成膜室へ、接続室を通して基板を搬送してもよい。
【0240】
導電膜成膜室では、ゲート電極1105用の電極材料を成膜する。電極材料としては、アルミニウム・タンタル・チタン・クロムなどの金属材料や高濃度に不純物をドープしたドープドポリシリコンなどの半導体材料などを成膜する。成膜方法としては、DCスパッタリング、RFスパッタリング、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、減圧CVDなどがある。
【0241】
本実施例では、アルミニウムをDCマグネトロンスパッタリングで成膜するスパッタ成膜室を使う。スパッタのターゲット材料としては、後の工程で加熱するためにアルミニウムのヒロックおよび耐熱性を向上させるためにシリコンやスカンジウムをドープさせたものをもちいる。典型的にはアルミニウムにスカンジウムをドープさせたターゲットを用いる。スカンジウムのドープ量としては0.05〜1wt%で典型的には0.18wt%をドープしたアルミニウムのターゲットを用いる。
【0242】
成膜条件としては、アルゴンを10〜30SCCMで典型的には20SCCM流し、圧力を1〜10mTorrで典型的には2mTorrの圧力で、投入電力を500〜3000Wで典型的は1500Wで、基板温度は室温で成膜する。膜厚は2000〜6000Åで典型的には4000Åを成膜する。
【0243】
ゲート電極1105用の導電膜が成膜されたのちに、大気中に取り出し、フォトリソグラフィーでレジストをパターニングして、アルミニウムをエッチングしゲート電極1105を形成する。ゲート電極1105が形成されたのちに、硼素および燐を、イオン注入法によってゲート電極1105をマスクにして、ゲート絶縁膜1104を通して注入する。このときに単一チャネルのトランジスタになるアイランド1102側は、必要とする硼素あるいは燐の注入以外はマスクをファトレジスト等で行い、CMOSのようにPチャネルとNチャネルをもつアイランド1103は、ゲート電極1105の2つの内の硼素を注入するときと燐を注入するときではマスクをするエリアが異なる。
【0244】
硼素およびリンの注入が終了後レーザ光1106によって、注入によってアモルファス化された領域を再び結晶化し、ソース・ドレイン領域1107が形成され図11(B)になる。
【0245】
その後、基板上に層間絶縁膜1108の成膜と画素電極材料を成膜しそれをパターニングした画素電極1109を形成して図11(C)になる。ここで、層間絶縁膜1108を成膜する際に、本発明によるクリーニングを行う。ECRプラズマを利用して活性な酸素および活性な水素によって基板表面をクリーニングする。基板の上にはゲート絶縁型トランジスタが形成されているために活性な酸素の中の電荷による影響が考えられるためにに高周波バイアスを印加して酸素イオンによるスパッタは行わない。炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には3×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。酸素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。
【0246】
活性な酸素による炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行った後に、ECRプラズマを利用して活性な水素によって炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。基板の上にはゲート絶縁型トランジスタが形成されているために活性な酸素の中の電荷による影響が考えられるためにに高周波バイアスを印加して酸素イオンによるスパッタは行わない。炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。水素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。
【0247】
ここで、活性な水素によるクリーニングは、多結晶シリコンのグレーンバンダリーを水素でターミネーションをするいわゆる水素化を兼ねることができる。ただし水素化の効果を高めるためには、その上に窒化膜などの緻密な膜を成膜ほうがより高い効果を得られる。クリーニングが終了後、表面がクリーニングされて清浄な表面を大気に触れさせることなく、ECRプラズマの処理室より接続室を介して、あるいは接続室を介さずECR処理室から直接、平行平板型プラズマCVD処理室へ基板を搬送する。
【0248】
そこで本実施例では、TEOSと酸素を用いた酸化珪素を層間絶縁膜1108として用いる。成膜条件は、TEOS:酸素=1:2〜15で、典型的には1:5で行う。基板温度は、200〜500℃で典型的には300℃で行う。高周波は5〜300MHzで典型的には13.56MHzで行う。投入する高周波電力は、0.05〜2W/cm2 で典型的には0.7W/cm2 を投入する。圧力は、0.1〜2Torrで、典型的には0.5Torrで成膜する。成膜厚は5000〜15000Åで典型的には9000Åを成膜する。
【0249】
ここで、クリーニングが水素化を兼ねる効果を高めるためには、酸化珪素の下に200〜500Å程度の窒化珪素を成膜するとさらによい。また、クリーニング終了後に、平行平板プラズマCVD室に基板を移送するのではなく、そのままECRプラズマCVDを用いて酸化膜あるいは窒素ドープの酸化膜を形成すると緻密な相関絶縁膜1108ができ、水素かの効果がさらに高まる。
【0250】
ECRプラズマCVDによって成膜する場合は、酸化膜の場合であれば、ECR領域でプラズマ化するのは酸素にして基板近傍にシランを導入しそれによって酸化珪素を成膜する。窒素ドープにする場合は、酸素のかわりに亜酸化窒素等を用いればよい。相関絶縁膜1108の上の画素用電極材料としては大気に基板を触れさせることなく、スパッタ処理室へ移送しITOを反応性スパッタリングによって連続的に成膜する。成膜後、ファトリソとエッチングによってパターニングして、画素電極1109を形成し、図11(D)になる。
【0251】
次に、層間絶縁膜1108にソース・ドレイン1107のコンタクト用の穴開けをファオトリソグラフィーとエッチングによって行いその上にコンタクト用導電膜を成膜する。コンタクト用導電膜を成膜する前に、最初に、酸素をECRプラズマにて酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素を生成してそれによって層間絶縁膜1108上およびコンタクト用孔の表面のクリーニングを行う。トランジスタが形成されているために活性な酸素の中の電荷による影響があるが、コンタクト抵抗を下げるために多少の酸素イオンによるスパッタも同時に行うために弱い基板バイアスを印加する。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。酸素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。基板バイアスとしては、高周波電力として2〜60MHzで0.05〜0.5W/cm2程度で、典型的には20MHzで0.1W/cm2を印加する。
【0252】
活性な酸素による炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行った後に、ECRプラズマを利用して活性な水素によって炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。高周波バイアスは多少印加して水素イオンによるスパッタは行う。炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。水素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。基板バイアスは、高周波電力として0.05〜0.5W/cm2 で典型的には0.1W/cm2 を印加する。
【0253】
コンタクト用の穴をクリーニングして炭素汚染物を減少させた清浄表面を保たせるために、大気に基板を触れさせることなくスパッタ処理室へ基板を移動する。コンタクト用導電膜としてアルミニウムをスパッタによって成膜する。成膜ごフォトリソグラフィーとエッチングによってコンタクト電極1110が形成され図11(D)になる。
【0254】
保護膜1111を形成して図11(E)になるが、保護膜1111を成膜する前に本発明によるECRプラズマを利用した活性な酸素および活性な水素による炭素汚染物を除去し、同時に最後の水素化をかねる工程を行った後に保護膜1111を成膜する。保護膜1111は、窒化珪素あるいはポリイミド樹脂膜などを用いる。
【0255】
完成したアクティブマトリックスパネル用の薄膜トランジスタは、プレッシャークッカーテストにおいて、本発明を用いないでそれ以外は同一工程で作製したものと比較して、画素の欠陥発生率が約1/3程度減少した。また、電気特性においては、隣接間TFTのしきい値の標準編差が本発明を用いたものが0.018Vであったのに対して本発明を用いなものは0.025Vと大きかった。
【0256】
〔実施例9〕
図12に本発明を用いて、ラテラル成長をさせる多結晶シリコンを用いたTFTの工程を示す。絶縁基板1200をマルチチャンバーの中のECRプラズマを利用して、絶縁基板1200上のC−Cのような炭素の一重結合とC=Cのような炭素の二重結合を含む炭素汚染物を除去するために最初に、酸素をECRプラズマにて酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素を生成してそれによって絶縁基板1200上のクリーニングを行う。
【0257】
絶縁基板1200の上に何も成膜されていないために活性な酸素の中の電荷による影響が全くないために絶縁基板1200に高周波バイアスを印加して酸素イオンによるスパッタも同時に行い、炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には3×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。酸素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。基板バイアスは、高周波電力として0.05〜1.0W/cm2 で典型的には0.3W/cm2 を印加する。
【0258】
活性な酸素による炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行った後に、ECRプラズマを利用して活性な水素によって炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。絶縁基板1200の上に何も成膜されていないために活性な水素の中の電荷による影響が全くないために絶縁基板1200に高周波バイアスを印加して水素イオンによるスパッタも同時に行い、炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。水素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。基板バイアスは、高周波電力として0.05〜1.0W/cm2 で典型的には0.2W/cm2 を印加する。
【0259】
絶縁基板1200上の炭素のクリーニングが終了後、大気に触れさせることなく下地膜1201を成膜する。下地膜1201としては、酸化珪素や窒素ドープの酸化珪素またはリンドープの酸化珪素、あるいは窒化珪素などを成膜する。成膜方法としては、減圧CVDやスパッタ、あるいは平行平板プラズマCVDやECRプラズマCVDやICPプラズマCVDなどのプラズマCVD、などを用いる。典型的には、平行平板型プラズマCVDを用いる。
【0260】
成膜条件としては、基板温度300〜600℃で典型的には400℃。正珪酸四エチル(いわゆるTEOS):酸素=1:1〜20で典型的には1:5で行う。圧力は0.1〜2Torrで典型的には0.3Torrで行う。平行平板電極に印加する高周波としては5〜30MHzで典型的には13.56MHzで、電力は0.05〜2.0W/cm2 で典型的には0.7W/cm2 を印加する。下地膜1101の厚さとしては100〜5000Åで、典型的には2000Åを成膜する。
【0261】
下地膜1201の成膜が終了すると大気に触れさせることなく、マルチチャンバーシステムの別の処理室にて、活性層となるアモルファスシリコン1202を成膜する。アモルファスシリコン1202の成膜方法としては、減圧CVDやスパッタ、あるいは平行平板プラズマCVDやECRプラズマCVDやICPプラズマCVDなどのプラズマCVD、などを用いる。典型的には、平行平板型プラズマCVDを用いる。
【0262】
本実施例では、平行平板型プラズマCVD装置を用いてアモフファスシリコン1202を成膜する。成膜条件としては、基板温度150〜600℃で典型的には300℃。反応ガスとしてSiH4 を10〜500SCCM典型的には55SCCMを用いる。圧力は0.1〜2Torrで典型的には0.75Torrで行う。平行平板電極に印加する高周波としては5〜30MHzで典型的には13.56MHzで、電力は0.01〜2.0W/cm2 で典型的には0.05W/cm2 を印加する。アモルファスシリコン1202の厚さとしては100〜5000Åで、典型的には500Åを成膜する。これで図12(A)となる。
【0263】
アモルファスシリコン1202を成膜後、アモルファスシリコン1202上に薄い酸化膜1203を形成する。これは、大気中に基板を出す前に酸素プラズマによるプラズマ酸化あるいはオゾン酸化によって10〜30Åの酸化膜1203を形成するあるいは、大気中に取り出し硝酸を用いたウェット酸化でやはり10〜50Åの酸化膜1203を形成する。プラズマ酸化あるいはオゾン酸化を行う場合は、できるだけ大気圧に近い状態の圧力で行うために、本発明による活性酸素による炭素の汚染物除去とは異なる。
【0264】
その後フォトリソグラフィーによって、フォトレジスト1204をパターニングし開孔1205を形成し、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによって酸化膜1203の開孔1205部を除去する。その後本出願人による特開平6−232059に示されているような方法を用いて、ニッケル1206をフォトレジスト1206上および開孔1205の中でアモルファスシリコン1202上に添付し図12(B)になる。
【0265】
その次にフォトレジスト1204を剥離して図12(C)なる。添付したニッケル1206は酸化膜1203に開いた開孔1205の上にだけ残存する。これを窒素中で400〜600℃で、典型的には500℃で1時間で、開孔1205を核にして横方向に成長しアモルファスシリコン1202が多結晶シリコン1202に変化する。
【0266】
その後、酸化膜1203および多結晶シリコン1202を同時にパターニングしてアイランド1207が完成する。このアイランド1207はラテラル成長をさせた多結晶シリコン1202から構成されているために結晶粒径が数μmと大きい。次に本発明が実施できるECRプラズマ処理装置を含むマルチチャンバーシステムに基板をセットする。大気中に長時間触れていたこととフォトレジストに直接接していたためにアイランド1207上には炭素の一重結合と二重結合を含む炭素汚染物がある。
【0267】
最初に、酸素をECRプラズマにて酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素を生成してそれによってアイランド1207上のクリーニングを行う。絶縁基板1200の上には下地膜1201とアイランド1207しか成膜されていないために活性な酸素の中の電荷による影響が全くないために絶縁基板1200に高周波バイアスを印加して酸素イオンによるスパッタも同時に行うことができるが、このアイランド1207の表面はチャネルを形成する領域となるのでスパッタによるダメージを与えないようにするために基板に高周波バイアスを印加しない。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。酸素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。
【0268】
活性な酸素による炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行った後に、ECRプラズマを利用して活性な水素によって炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。高周波バイアスは印加せず水素イオンによるスパッタは行わない。炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。水素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。
【0269】
活性な酸素と、活性な水素によるアイランド1207クリーニングを最初に活性な酸素によって炭素の二重結合を含む炭素汚染物を除去し、その後に活性な水素によって炭素の一重結合を含む炭素の汚染物を除去しているが、最初に活性な水素によって炭素の一重結合を含む炭素の汚染物を除去し、その後に活性な酸素によって炭素の二重結合を含む炭素汚染物を除去してもよい。また同時に活性な水素と活性な酸素によって炭素の一重結合と二重結合を含む炭素汚染物を除去してもよい。
【0270】
ECRプラズマを利用して炭素汚染物を除去したのちに、マルチチャンバーシステムの別の処理室にて、アイランド1207の表面が清浄な状態を保ったまま、ゲート絶縁膜1208を成膜する。ゲート絶縁膜1208は、ドライ熱酸化、ウェット熱酸化、シランと酸素からのCVD、シランと亜酸化窒素からのCVD、TEOSと酸素またはオゾンからのCVDなどの酸化膜あるいは窒素ドープの酸化膜を用いる。あるいは、シランと窒素とアンモニアによる窒化珪素などを用いる。あるいは酸化膜と窒化膜を同種あるいあ異種の2層以上の多層積層によって形成する。
【0271】
本実施例では、平行平板型プラズマCVDを用いて窒素ドープの酸化珪素を形成する。ECRプラズマを利用してアイランド1207の表面がクリーニングされて清浄な表面を大気に触れさせることなく、ECRプラズマの処理室より接続室を介して、あるいは接続室を介さずECR処理室から直接、平行平板型プラズマCVD処理室へ基板を搬送する。
【0272】
そこで本実施例では、シランと亜酸化窒素を用いた窒素ドープの酸化珪素をゲート絶縁膜1208として用いる。成膜条件は、シラン:亜酸化窒素=1:5〜40で、典型的には1:20で行う。基板温度は、250〜500℃で典型的には380℃で行う。高周波は5〜300MHzで典型的には60MHzで行う。投入する高周波電力は、0.05〜2W/cm2 で典型的には0.5W/cm2 を投入する。圧力は、0.1〜2Torrで、典型的には0.5Torrで成膜する。成膜厚は200〜2000Åで典型的には1500Åを成膜する。
【0273】
ゲート絶縁膜1208を成膜したのち、再びECRプラズマ処理しつにて活性な酸素および活性な水素によってゲート絶縁膜1208の表面をクリーニングする。クリーニングが終了後、マルチチャンバーシステムの導電膜成膜室へ基板を移送する。ここで、ゲート絶縁膜1208を成膜後大気に基板を触れさせないまま基板を導電膜成膜室へ移送できる場合は、本発明によるクリーニングをせずに、ゲート絶縁膜1208成膜ご連続して導電膜成膜室へ、接続室を通して基板を搬送してもよい。
【0274】
導電膜成膜室では、ゲート電極1209用の電極材料を成膜する。電極材料としては、アルミニウム・タンタル・チタン・クロムなどの金属材料や高濃度に不純物をドープしたドープドポリシリコンなどの半導体材料などを成膜する。成膜方法としては、DCスパッタリング、RFスパッタリング、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、減圧CVDなどがある。
【0275】
本実施例では、アルミニウムをDCマグネトロンスパッタリングで成膜するスパッタ成膜室を使う。スパッタのターゲット材料としては、後の工程で加熱するためにアルミニウムのヒロックおよび耐熱性を向上させるためにシリコンやスカンジウムをドープさせたものをもちいる。典型的にはアルミニウムにスカンジウムをドープさせたターゲットを用いる。スカンジウムのドープ量としては0.05〜1wt%で典型的には0.18wt%をドープしたアルミニウムのターゲットを用いる。
【0276】
成膜条件としては、アルゴンを10〜30SCCMで典型的には20SCCM流し、圧力を1〜10mTorrで典型的には2mTorrの圧力で、投入電力を500〜3000Wで典型的は1500Wで、基板温度は室温で成膜する。膜厚は2000〜6000Åで典型的には4000Åを成膜する。
【0277】
ゲート電極1209用の導電膜が成膜されたのちに、大気中に取り出し、フォトリソグラフィーでレジストをパターニングして、アルミニウムをエッチングしゲート電極1209を形成する。ゲート電極1209が形成されたのちに、硼素または燐を、イオン注入法によってゲート電極1209をマスクにして、ゲート絶縁膜1208と酸化膜1203を通して注入する。
【0278】
硼素またはリンの注入が終了後レーザ光によって、注入によってアモルファス化された領域を再び結晶化し、ソース・ドレイン領域1210が形成される。その後、基板上に層間絶縁膜1211の成膜を行う。ここで、層間絶縁膜1211を成膜する際に、本発明によるクリーニングを行う。ECRプラズマを利用して活性な酸素および活性な水素によって基板表面をクリーニングする。基板の上にはゲート絶縁型トランジスタが形成されているために活性な酸素の中の電荷による影響が考えられるためにに高周波バイアスを印加して酸素イオンによるスパッタは行わない。炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には3×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。酸素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。
【0279】
活性な酸素による炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行った後に、ECRプラズマを利用して活性な水素によって炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。基板の上にはゲート絶縁型トランジスタが形成されているために活性な酸素の中の電荷による影響が考えられるためにに高周波バイアスを印加して酸素イオンによるスパッタは行わない。炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。水素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。
【0280】
ここで、活性な水素によるクリーニングは、多結晶シリコンのグレーンバンダリーを水素でターミネーションをするいわゆる水素化を兼ねることができる。ただし水素化の効果を高めるためには、その上に窒化膜などの緻密な膜を成膜ほうがより高い効果を得られる。クリーニングが終了後、表面がクリーニングされて清浄な表面を大気に触れさせることなく、ECRプラズマの処理室より接続室を介して、あるいは接続室を介さずECR処理室から直接、平行平板型プラズマCVD処理室へ基板を搬送する。
【0281】
そこで本実施例では、TEOSと酸素を用いた酸化珪素を層間絶縁膜1211として用いる。成膜条件は、TEOS:酸素=1:2〜15で、典型的には1:5で行う。基板温度は、200〜500℃で典型的には300℃で行う。高周波は5〜300MHzで典型的には13.56MHzで行う。投入する高周波電力は、0.05〜2W/cm2 で典型的には0.7W/cm2 を投入する。圧力は、0.1〜2Torrで、典型的には0.5Torrで成膜する。成膜厚は5000〜15000Åで典型的には9000Åを成膜する。
【0282】
ここで、クリーニングが水素化を兼ねる効果を高めるためには、酸化珪素の下に200〜500A程度の窒化珪素を成膜するとさらによい。また、クリーニング終了後に、平行平板プラズマCVD室に基板を移送するのではなく、そのままECRプラズマCVDを用いて酸化膜あるいは窒素ドープの酸化膜を形成すると緻密な層間絶縁膜1211ができ、水素の効果がさらに高まる。
【0283】
ECRプラズマCVDによって成膜する場合は、酸化膜の場合であれば、ECR領域でプラズマ化するのは酸素にして基板近傍にシランを導入しそれによって酸化珪素を成膜する。窒素ドープにする場合は、酸素のかわりに亜酸化窒素等を用いればよい。次に、層間絶縁膜1211にソース・ドレイン1210のコンタクト用の穴開けをファオトリソグラフィーとエッチングによって行い。その上にコンタクト用導電膜を成膜する。コンタクト用導電膜を成膜する前えに、最初に、酸素をECRプラズマにて酸素イオンや酸素ラジカルやオゾンなどの活性な酸素を生成してそれによって層間絶縁膜1211上およびコンタクト用穴の表面のクリーニングを行う。トランジスタが形成されているために活性な酸素の中の電荷による影響があるが、コンタクト抵抗を下げるために多少の酸素イオンによるスパッタも同時に行うために弱い基板バイアスを印加する。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。酸素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。基板バイアスとしては、高周波電力として2〜60MHzで0.05〜0.5W/cm2 程度で、典型的には20MHzで0.1W/cm2 を印加する。
【0284】
活性な酸素による炭素の主として二重結合を含む炭素汚染物の除去を行った後に、ECRプラズマを利用して活性な水素によって炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。高周波バイアスは多少印加して水素イオンによるスパッタは行う。炭素の主として一重結合を含む炭素汚染物の除去を行う。圧力は1×10-3〜5×10-5Torrで行うが、典型的には5×10-4Torrで行う。マイクロ波電力は500〜2000Wで典型的は1200Wで行う。基板温度は室温〜500℃で典型的には250℃で行う。水素の流量は5〜200SCCMで典型的には80SCCMで行う。基板バイアスは、高周波電力として0.05〜0.5W/cm2 で典型的には0.1W/cm2 を印加する。
【0285】
コンタクト用の穴をクリーニングして炭素汚染物を減少させた清浄表面を保たせるために、大気に基板を触れさせることなくスパッタ処理室へ基板を移動する。コンタクト用導電膜としてアルミニウムをスパッタによって成膜する。成膜フォトリソグラフィーとエッチングによってコンタクト電極1212が形成され図12(E)になる。
【0286】
こうして、ラテラル成長させた多結晶シリコンを用いた結晶粒径の大きい即ち移動度の高い薄膜トランジスタの形成に本発明を用いる。本発明を用いないでそれ以外の工程は全て同一にしておこなったTFTと、本発明を含めて行った工程でのTFTを比較すると、しきい値が本発明を用いないTFTはNチャネルで2VでPチャネルで−3Vであったが、本発明を用いたものではNチャネルで1VでPチャネルで−1.5Vと小さく良好であった。また、移動度も本発明を用いないものではNチャネルで90cm2 /VsecでPチャネルで80cm2 /Vsecであったが、本発明を用いたものはNチャネルで120cm2 /VsecでPチャネルで100cm2 /Vsecであった。
【0287】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明は、半導体装置製造方法における、炭素汚染物除去に関し、炭素の一重結合を含む全ての炭素汚染による基板の表面の汚染を除去することで、半導体界面が特に重要となるMOS、MIS型構造などの半導体の特性ならびに信頼性の向上に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による、基板表面のXPSによる炭素不純物の除去程度をしめすグラフ。
【図2】従来の技術による、基板表面のXPSによる炭素不純物の除去程度を示すグラフ。
【図3】本発明を実施するための装置を示す図。
【図4】本発明を実施するための装置を示す図。
【図5】本発明の原理の一部を表す図。
【図6】本発明を実施するための装置を示す図。
【図7】本発明を実施するための装置を示す図。
【図8】本発明を実施するための装置を示す図。
【図9】本発明を実施するための装置を示す図。
【図10】本発明を実施するための装置を示す図。
【図11】本発明を用いた半導体工程を示す図。
【図12】本発明を用いた半導体工程を示す図。
【符号の説明】
1100 絶縁基板
1101 下地膜
1102 アイランド
1103 アイランド
1104 ゲート絶縁膜
1105 ゲート電極
1106 レーザ
1107 ソース・ドレイン
1108 層間膜
1109 画素電極
1110 コンタクト電極
1111 保護膜
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that provides a clean semiconductor interface by removing the contamination in a semiconductor device manufacturing process that cannot avoid carbon contamination such as a process in a clean room using a hepper filter. Is.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing method of a semiconductor device, removal of contaminants and prevention of contamination have been established as various methods as an old problem. For removing heavy metals, a method of removing the heavy metal by adding hydrogen peroxide to hydrochloric acid is quite widely known. For removal of physical adsorbates, cleaning using ultrasonic cavitation or cleaning with a brush is often used.
[0003]
For organic substances such as carbon, cleaning with a solution obtained by adding sulfuric acid to hydrogen peroxide water, dry ashing using ozone or oxygen plasma, and the like are well known. However, the inventors' research has shown that there are more complex situations regarding carbon removal. Speaking of where the contamination of carbon comes from, the photoresist used to form an arbitrary pattern during the photolithography process is a photosensitive organic substance, which also causes carbon contamination.
[0004]
In addition, in the manufacture of semiconductor devices, the thin film process is no longer an essential requirement, and a vacuum device for that is also an essential device, but oil is still used for the vacuum pump for evacuating the vacuum device. Some of them also cause carbon pollution. Other than that, Teflon (PFA), polypropylene (PP), polyvinylidene fluoride (PVDF), trifluoroethylene covalent resin (ECTFE), tetrafluoroethylene covalent resin (ETFE), polyethylene ( There is also contamination from vapor pressure from PE), floor materials in clean rooms, and wall materials. These simple substances or composites spread the contamination through the heper filter in the clean room.
[0005]
Dry ashing is performed after the photolithographic process, and immediately before each process, organic substances are removed by using a solution obtained by adding hydrochloric acid to hydrogen peroxide in a 1: 1 ratio by heating to 80 ° C. (hereinafter referred to as wet ashing). Called). The conventional method is to immediately perform the next processing. It seemed that most organic substances could be removed by dry ashing and wet ashing. However, when carbon contamination on the substrate surface was evaluated by known XPS measurement, only the C—C bond (carbon single bond) was obtained. It was found that it was hardly removed.
[0006]
FIG. 2 is a graph showing the degree of carbon impurity removal by XPS on the substrate surface according to the conventional technique.
FIG. 2 shows the substrate surface 21 (broken line graph in FIG. 2) of the substrate left in a clean room for 24 hours after photoresist coating, pre-baking, exposure, development, post-baking and resist stripping, and dry ashing and wet cleaning of the substrate. The surface 22 (solid line graph in FIG. 2) of the substrate after ashing is measured using XPS. As measurement conditions, in order to obtain surface information as much as possible, the angle of the detector was set to 15 °, and an area of 1 mmφ on the substrate surface was measured. The horizontal axis represents the binding energy, the unit is eV, the vertical axis is the intensity of the detector, and the unit is an arbitrary unit.
[0007]
From the graph of FIG. 2, it can be seen that the peak near 284.8 eV increases before and after (solid line) dry ashing and wet ashing, and all other peaks decrease. The peak at 284.8 eV indicates the presence of a C—C single bond.
[0008]
This shows that removing carbon single bonds is very difficult and almost impossible with conventional dry ashing and wet ashing. Since this carbon remains as an impurity on the substrate surface, for example, when an oxide film or the like is formed thereon, carbon remains at the interface with the oxide film, becomes a recombination center at the interface, and causes charge trapping, A semiconductor memory capacitor also causes unintended charge accumulation at the interface of the insulating film, lowers the electrical characteristics of the semiconductor, such as the mobility of the field effect transistor, and the coupling state is not stable. By continuing, the interface state changed with time and reliability was also lowered.
[0009]
In addition, when performing multilayer formation such as two-layer formation of an oxide film or nitrogen-doped oxide film on the surface of the semiconductor, the adhesion of the interface is deteriorated, or when the insulating film is used as a dielectric material of a capacitor, In some cases, it may cause an uncontrollable dielectric characteristic or may form a fixed charge, resulting in a result that does not satisfy the capacity storage function as a capacitor.
[0010]
In the thin film transistor circuit for liquid crystal, the situation at the interface between the gate insulating film of the driver TFT for driving the liquid crystal pixel and the semiconductor as the active layer becomes more serious. When 256 gradations are to be achieved by gradation control using a TFT, the threshold standard deviation between adjacent TFTs needs to be less than about 0.02V. However, contamination due to carbon single bonds or the like increases the interface state density at the interface and causes variations in the threshold value.
[0011]
Interface characteristics are very important characteristics for insulated gate transistors, not just thin film transistors, and are also important for interface characteristics of MOS diodes, MOS transistors, etc. Is a situation that can not be.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the semiconductor device manufacturing process, the object is to reduce impurities including carbon containing carbon single bonds (C-C), which cannot be removed by conventional wet ashing and dry ashing, among carbon contaminants on the substrate surface. As a result, deterioration of electrical characteristics due to carbon impurities at various semiconductor formation interfaces, reduction in reliability, and the like are reduced. Further, it is possible to remove contaminants including carbon double bonds other than carbon single bonds, and to carry out the next film formation process before the cleaned surface after the removal is not contaminated again.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to make activated hydrogen such as hydrogen radicals or hydrogen ions act effectively, Japanese Patent Application No. 7-256968 and Japanese Patent Application No. 7-256969 by the present applicant are described in detail. -26387 discloses in detail a cleaning method by immersing in an inert gas or hydrogen-induced atmosphere by applying inductive energy.
[0014]
However, as a result of investigating a method for efficiently removing impurities due to C—C single bonds adhering to the substrate surface by activated hydrogen such as hydrogen radicals or hydrogen ions, it was excellent in a cleaning method incorporating high-density plasma technology. It turns out that there are many points. In particular, in the present invention, a plasma using a microwave at a low pressure, a plasma using a microwave and a magnetic field, and a plasma using electron cyclotron resonance (ECR) using a microwave and a magnetic field are used. It relates to making hydrogen into activated hydrogen such as hydrogen radicals or hydrogen ions.
[0015]
In the method using a microwave and a magnetic field, since the distance from the region where plasma is generated to the substrate where plasma processing is performed can be separated to some extent, the substrate to be processed has a charge in active hydrogen or oxygen. It is possible to devise a method for removing the object, or conversely, to devise a method for treating the substrate mainly with an object having a charge.
[0016]
Electron cyclotron resonance is a method in which an electric field and a magnetic field are established so that cyclotron resonance is established, and plasma is generated there to obtain a plasma having a high plasma density, which is called so-called ECR plasma. The characteristics of this ECR plasma are 10 -3 -10 -1 High-density plasma can be obtained at a low pressure of Pa. Since this pressure region is the so-called molecular flow region pressure, the uniformity of the gas mixing and the partial pressure of the gas in the chamber is much better than the pressure in the laminar and intermediate flow regions. Even when the ECR condition is not satisfied, high-density plasma can be obtained by using a microwave and a magnetic field.
[0017]
The single bond of carbon attached to the surface of a semiconductor material, a metal material, or an insulating material can be reduced by a plasma cleaning method using plasma and hydrogen using a microwave and a magnetic field. Further, by performing film formation using microwaves and magnetic field plasma as it is after the cleaning, so-called in-situ film formation in which the interface is kept clean can be formed.
[0018]
Even when film deposition using microwave and magnetic field plasma is not performed, sputtering can be performed on a clean surface after microwave and magnetic field plasma cleaning in another chamber by using a multi-chamber system. In-situ film formation can be performed using film formation methods other than microwave and magnetic fields, such as thermal CVD and parallel plate plasma CVD.
[0019]
In order to generate ECR plasma when generating plasma by ECR and cleaning the surface of the substrate or what is formed on the substrate (collectively referred to as substrate) with active hydrogen such as hydrogen radicals or hydrogen ions. In addition, hydrogen is introduced into a region where ECR occurs.
[0020]
A certain amount of hydrogen is introduced into the chamber by a flow controller such as a mass flow controller. The upper limit of the amount of hydrogen to be introduced is determined by whether or not the pressure in the chamber inevitably determined by the amount of hydrogen introduced, the chamber volume, the pumping speed of the pump, the compression ratio of the pump, etc. is the desired pressure. Come.
[0021]
When an exhaust pump uses a turbo molecular pump, a complex molecular pump, etc., it is difficult to exhaust light elements for hydrogen compared to exhausting other heavy elements because of the pump's exhaust principle. Because of the disadvantage that the compression ratio is also small, when trying to implement the present invention in an apparatus in which such a pump is used, care should be taken to use a state where there is room in the flow rate and pressure of hydrogen. There is a need.
[0022]
When using a pump with a liquid nitrogen trap in combination with an oil diffusion pump, it is easy to use because the pumping speed and compression ratio for hydrogen are high. However, when film formation is performed as it is in the chamber for plasma cleaning, the nitrogen trap cannot be used because there is a risk of explosion when the reaction gas for film formation is adsorbed to the nitrogen trap and the adsorption amount increases. Because of this, reverse diffusion of oil occurs, and the substrate may be contaminated with carbon, so that the temperature is higher than that of liquid nitrogen and the temperature at which the reaction gas is not adsorbed, and the temperature at which oil is adsorbed. It is necessary to pay attention to using.
[0023]
10 -3 Since the mean free path of hydrogen at Pa exceeds 10 m, active hydrogen such as hydrogen radicals and hydrogen ions generated by ECR reaches the substrate almost without colliding with other hydrogen and molecules, and passes through the substrate. Can be processed. Therefore, compared to the method of generating plasma at a pressure of 100 Pa or the like as in a normal parallel plate plasma processing apparatus, it is less likely to reach the substrate in the form that other elements are bonded to active hydrogen, and it is more effective. Thus, the substrate can be cleaned.
[0024]
Active hydrogen that contributes to cleaning is discharged to the outside by a pump immediately after cleaning, and new active hydrogen reaches the substrate surface to clean the substrate. By repeating this, active hydrogen generated by ECR reaches the substrate without colliding with other elements, and a very clean surface can be achieved by cleaning and exhausting the substrate.
[0025]
Active hydrogen breaks single carbon bonds, especially CH X Such as gas However, the contamination with carbon includes double bonds and the like. Carbon contamination such as double bonds may be dry ashed, and organic matter may be removed by using wet ashing immediately before each step, followed by cleaning with active hydrogen according to the present invention. Performing dry ashing using a microwave and a magnetic field in the same chamber is an efficient process.
[0026]
For example, oxygen is introduced into a chamber in the ECR region. A certain amount of oxygen is introduced into the chamber by a flow controller such as a mass flow controller. The upper limit of the amount of oxygen to be introduced is determined by whether or not the pressure in the chamber inevitably determined by the amount of oxygen introduced, the chamber volume, the pumping speed of the pump, the compression ratio of the pump, etc. is the desired pressure. Come.
[0027]
When the exhaust pump uses a turbo molecular pump or a complex molecular pump, heavier elements for oxygen are easily exhausted, unlike hydrogen, because of the exhaust principle of the pump. Further, when the present invention is to be implemented in an apparatus in which such a pump is used because the compression ratio is large, it is easy to implement.
[0028]
A pump using a liquid nitrogen trap in combination with an oil diffusion pump can also be used. However, when film formation is performed as it is in the chamber for plasma cleaning, the nitrogen trap cannot be used because there is a risk of explosion when the reaction gas for film formation is adsorbed to the nitrogen trap and the adsorption amount increases. Because of this, reverse diffusion of oil occurs, and the substrate may be contaminated with carbon, so that the temperature is higher than that of liquid nitrogen and the temperature at which the reaction gas is not adsorbed, and the temperature at which oil is adsorbed. It is necessary to pay attention to using. It should also be noted that the oil for the oil diffusion pump is likely to oxidize at high temperatures, and that exhausting a large amount of oxygen may reduce the pumping capacity of the pump.
[0029]
10 -3 Since the mean free path of oxygen at Pa exceeds 6 m, active oxygen such as oxygen radicals and oxygen ions generated by ECR hardly collides with other oxygen and molecules unless it is a very large device. The substrate can be processed. Therefore, compared to the method of generating plasma at a pressure of 100 Pa or the like as in a normal parallel plate plasma processing apparatus, it is less likely to reach the substrate in the form that other elements are bonded to active oxygen, and it is more effective. Thus, the substrate can be cleaned.
[0030]
The active oxygen contributing to the cleaning is exhausted to the outside by the pump immediately after the cleaning, and the new active oxygen reaches the substrate surface to clean the substrate. By repeating this, active oxygen generated by ECR reaches the substrate without colliding with other elements, and the substrate is cleaned and exhausted to achieve a very clean surface.
[0031]
Active oxygen breaks carbon double bonds, etc. X Use a substrate such as for cleaning. That is, by using both active oxygen and active hydrogen, a single bond double bond of carbon and the like can be removed, so that it can be applied to almost all carbon contaminants.
[0032]
First, oxygen is introduced to generate active oxygen, thereby removing carbon contaminants other than single bonds including carbon double bonds from the substrate, stopping oxygen introduction, and then introducing hydrogen to activate hydrogen. Can be performed in the same chamber, thereby removing carbon contaminants primarily due to carbon single bonds. Conversely, hydrogen is first introduced to generate active hydrogen, thereby removing carbon contamination mainly containing carbon single bonds from the substrate, stopping hydrogen introduction, and then introducing oxygen to produce active oxygen. Thus, a cleaning method for removing carbon contaminants other than a single bond including a carbon double bond from the substrate can be performed in the same chamber.
[0033]
At the same time, hydrogen and oxygen are introduced, and active hydrogen such as hydrogen radicals and hydrogen ions and active oxygen such as oxygen radicals, oxygen ions, and ozone are generated simultaneously by plasma generated by microwaves and magnetic fields. It is also possible to simultaneously reduce most of the carbon contamination including both single and double bonds of carbon.
[0034]
Alternatively, hydrogen and oxygen may be supplied simultaneously by introducing water as a source into the chamber. In this case, H 2 Since O is always in a 2: 1 ratio between hydrogen and oxygen, H is adjusted to adjust the flow ratio of hydrogen and oxygen. 2 It is also effective to introduce a tank containing O 2 into the chamber by bubbling with oxygen.
[0035]
Water may be directly vaporized by heating and introduced into the chamber. When water is introduced into the chamber, it is better to leave all the piping up to the introduction heated. When not heated, water is easily adsorbed, so the degree of vacuum is likely to decrease. Even when the substrate is cleaned, the surface is cleaned with active hydrogen or active oxygen because the degree of vacuum is poor. May not be held for a long time.
[0036]
In addition, if the chamber is possible, it is better to heat it as a whole, and it is possible to greatly reduce the adsorption of water by heating to 80 ° C. or higher. Further, the adsorption may be reduced by treating the pipe and the inner wall of the chamber by electropolishing or complex electropolishing.
[0037]
As an electric field and a magnetic field for generating a plasma by a microwave and a magnetic field, a method of generating a static magnetic field by using a coil such as soleinoid or Helmholtz and causing a direct current to flow therethrough is well known. As for the generation of the electric field, a microwave of 1 to 10 GHz is guided to the chamber through the waveguide, and the boundary between the chamber and the end of the waveguide is formed of a material such as quartz, synthetic quartz, or magnesium fluoride.
[0038]
The microwave travels through the waveguide through atmospheric pressure up to the chamber, but since the chamber is in a reduced pressure state, a window material is required to complete it. In addition, in order to give more electric field energy by microwaves to electrons using cyclotron resonance, it is effective to install a microwave cavity resonator in the chamber. Large energy can be given to electrons by forming an ECR at the antinode of the standing wave of the microwave in the cavity resonator.
[0039]
However, even when the cavity resonator is not used, it is possible to sufficiently use the microwave and the magnetic field plasma. The magnetic field can change the spatial position of the high-density plasma by the microwave and the magnetic field by changing the direct current flowing through the solenoid coil. Of course, the spatial position of the high-density plasma by the microwave and the magnetic field can also be changed by changing the frequency of the microwave while keeping the magnetic field constant.
[0040]
Plasma generated by the microwave and magnetic field diffuses along the diffusion magnetic field. When the substrate to be plasma-treated is small with respect to the spread of the plasma to be diffused in the direction of the substrate surface at the position of the substrate to be treated by this diffusing plasma, there is no particular problem. However, when the substrate becomes larger, the plasma density such as the electron density of the plasma at the central portion of the substrate and the end portion of the substrate becomes greatly different. When the plasma density is different, the processing using the plasma density is also different.
[0041]
The substrate is disposed at a position where the plasma formed by the microwave and the magnetic field diffuses from the high-density region of the plasma in the direction opposite to the position where the microwave is introduced. The position of the substrate may be close to the high density plasma or away from the plasma depending on the plasma diffusion method and the size of the substrate. When the substrate is small, it can be brought closer to high density plasma than when the substrate is large.
[0042]
If it is possible to approach the high-density plasma region, processing at a position where the plasma density is higher is possible, but if it is far from the high-density plasma region, processing is performed at a position where the plasma density is low. Even if the substrate must be placed away from the high-density plasma region because it is large, the magnetic field diffusion gradient can be made as small as possible, or the diffused plasma can be reduced by using a mirror magnetic field. The effects can be made as small as possible.
[0043]
As cleaning to remove carbon contamination on the surface of the substrate, the present invention includes reduction of carbon contaminants including carbon single bonds due to active hydrogen and carbon double bonds other than carbon single bonds due to active oxygen. Although carbon contamination is reduced simultaneously or individually, the surface state of the substrate changes variously during the manufacturing process.
[0044]
If carbon contamination is reduced by cleaning according to the present invention before the base underlayer is formed when nothing has been formed on the surface of the substrate, active hydrogen and active oxygen are simultaneously applied to the microwave and magnetic field. The substrate surface is cleaned by exposing it to active hydrogen such as hydrogen radicals or hydrogen ions, or active oxygen such as oxygen radicals, oxygen ions or ozone. The cleaning order of active hydrogen and active oxygen may be started from either or simultaneously.
[0045]
However, after forming a transistor that uses a thin gate insulating film such as a MOS transistor, active hydrogen and active oxygen are simultaneously converted into plasma by a microwave and a magnetic field according to the present invention, and the substrate surface is made of hydrogen radicals, hydrogen ions, etc. When the substrate surface is cleaned by exposure to active hydrogen, active radicals such as oxygen radicals, oxygen ions, or ozone, electrostatic breakdown of the gate insulating film due to charge-up is fatal and plasma Handling charged particles in the process and how to escape the charge are important.
[0046]
When the substrate uses single crystal silicon, the substrate is P - Or N - Therefore, the resistance of the substrate is small, so that the charge-up of the substrate is very small compared to the insulating substrate. However, in recent semiconductors, there is a case where a considerably thick interlayer insulating film is formed as a three-dimensional IC and a plurality of wirings are formed thereon. In such a case, when the present invention is used, it is affected by the charge-up.
[0047]
In the case of active matrix liquid crystal thin film transistors, gate insulating transistors are provided on an insulating substrate, and in the case of RGB color of 640 × 480 pixels, only the pixel portion, and the pixel switching TFT is 900,000 elements. If one of them does not work, it becomes a point defect, and the product value of the final product is greatly reduced. In such a situation, a countermeasure for charge-up of the substrate when using the present invention after forming the gate insulating film of the TFT is important.
[0048]
In the present invention, active hydrogen and active oxygen are generated by plasma using a microwave and a magnetic field, thereby reducing carbon contamination on the surface of the substrate. Some have That is, hydrogen ions, oxygen ions, and electrons.
[0049]
In order to control the charge-up of the substrate by hydrogen ions, oxygen ions, and electrons having this charge, the charge charged up from the substrate surface is quickly released to the earth or the like, or the substrate is not charged, that is, hydrogen ions, oxygen ions To prevent electrons from reaching the substrate. For example, in the ECR, the distance from the ECR region to the substrate is longer than the distance from the cathode to the substrate of the parallel plate type plasma apparatus, and the plasma generation pressure is 10 -3 -10 -1 Since it is as low as Pa, the mean free path is as long as several meters.
[0050]
Therefore, hydrogen ions, oxygen ions, and electrons can be taken away by colliding with the ground potential before reaching the substrate by a magnetic field and an electric field. The original hydrogen ions and the original oxygen ions from which charges have been removed have a long mean free path, so that they do not collide with other charged particles, and are exhausted as they are as neutral elements. Therefore, it is less likely that the substrate is charged, and as a result, the destruction of the semiconductor can be reduced, so that the effect of the present invention of only the cleaning effect is produced.
[0051]
In order to prevent such hydrogen ions, oxygen ions, and electrons from reaching the substrate, a magnetic field directed to the ground potential such as a chamber wall is formed in the space before reaching the substrate, thereby generating hydrogen ions generated in the ECR region, Oxygen ions and electrons pass the electric charge that collides with the ground potential along the magnetic field to the ground potential, and become neutral elements. The electrons disappear there.
[0052]
In order to prevent hydrogen ions, oxygen ions, and electrons from reaching the substrate, a DC electric field is applied to the space before reaching the substrate so that positive charges are directed to the cathode and negative charges are directed to the anode. This reduces hydrogen ions, oxygen ions, and electrons that reach the substrate, thereby reducing the charge-up of the substrate. However, in order to prevent charged particles from reaching the substrate by an electric field, a direct current discharge is generated between the electrodes when the electric field is formed by applying a very large voltage.
[0053]
In the present invention using ECR, since the pressure is low, it is difficult to discharge easily depending on the distance between the electrodes. It is also effective to remove a charge from charged hydrogen ions or oxygen ions by providing a ground potential grid or the like between the ECR region and the substrate.
[0054]
FIGS. 5A and 5B show the principle of removing charged hydrogen from active hydrogen or active oxygen. In FIG. 5A, in the plasma 5000 composed of active hydrogen, active oxygen, or the like, there are charges such as ions 5003 and electrons 5004 and charges such as neutral radicals 5002 and molecular atoms 5001. There are things that do not have.
[0055]
The substrate 5005 reaches the substrate 5005 with various charges such as ions 5003 and electrons 5004 and those having no charge such as neutral radicals (including ozone) 5002 and molecular atoms 5001. Carbon contaminants on the substrate 5002 react with neutral radicals 5002 and ions 5003 to react with CH. X Or CO X Vaporize in the form of
[0056]
However, in the case where the ions 5003 and the electrons 5004 adversely affect the substrate 5005, the charged ions 5003 or the electrons 5004 are removed before the plasma 5000 reaches the substrate 5005 as shown in FIG. Further, removal is performed by removal functions 5006 and 5007 for generating a diffusion magnetic field and an electric field. Those with charge use it to behave in a magnetic or electric field to follow its gradient.
[0057]
The ions 5003 and the electrons 50004 lost by the charge removal function 5006 and 5007 become the neutral molecular atoms 5001 and the electrons 5004 disappear, and the substrate 5005 has almost all the neutral radicals 5002 and the molecular atoms 5001. It becomes.
[0058]
In the process of the semiconductor process, there is a case where it is better to have a sputtering effect due to ions. When removing carbon contaminants using the present invention before forming a base film on the substrate, the substrate was subjected to ions to some extent in order to improve the adhesion between the base film and the substrate to be formed later. Sometimes it is better to strike.
[0059]
In such a case, it is preferable to positively guide ions to the substrate. For this purpose, a bias is applied to the substrate and the substrate is struck by ions while performing cleaning using the present invention. For this purpose, self-bias by high frequency is used rather than DC bias.
[0060]
As the bias by high frequency, a sufficient self-bias can be applied to the substrate surface regardless of whether the substrate is an insulator or a semiconductor. Since there is a blocking capacitor between the high frequency power supply and the substrate support for holding the substrate as a matching device for applying a high frequency, a self-bias is generated there.
[0061]
The self-bias depends on whether the ions accelerated to the substrate are positive or negative depending on whether the substrate support is connected to be the cathode or the anode. Since the hydrogen ions are positive, in order to accelerate them to the substrate, the substrate side is connected so as to be a cathode, thereby causing the hydrogen positive ions to collide with the substrate. The collision with hydrogen ions has no large sputtering effect because the mass of hydrogen ions is small, so in order to improve the adhesion of the film formed after the cleaning and sputtering with hydrogen ions, etc. Any process can be used.
[0062]
Since oxygen ions are negative, in order to accelerate them to the substrate, the substrate side is connected so as to be an anode, thereby causing oxygen negative ions to collide with the substrate. The collision with oxygen ions has a large sputtering effect due to the large mass of oxygen ions. Therefore, in order to improve the adhesion of the film formed after cleaning and sputtering with oxygen ions, etc. It is used in consideration of the characteristics of the film formation surface.
[0063]
In addition, using an inert gas having a large mass such as argon as the plasma generated by the ECR plasma is very effective when obtaining a large sputtering effect. Therefore, a large sputtering effect can be obtained by using a mixture of inert gas such as hydrogen or oxygen and argon and applying a bias so that the substrate side becomes a cathode.
[0064]
Argon also has the effect of physically removing carbon contamination that cannot be removed chemically in order to physically scrape the substrate surface that collided by sputtering, combined with the chemical effect of the present invention. A synergistic effect can be obtained.
[0065]
In addition, thin film transistors using polysilicon, thin film transistors using amorphous silicon, thin film transistors using mixed crystal silicon, etc., there is a hydrogenation process as the termination of the gray bandary. The process can also be performed by the cleaning of the present invention.
[0066]
After hydrogenation, an oxide film or nitride film is formed as a passivation film to protect the completed transistor, but if hydrogenation is not performed before that, hydrogen for hydrogenation by the passivation film is the passivation film. It is blocked by the membrane and does not reach the area where it is actually desired to hydrogenate. The cleaning of surface carbon contamination by active hydrogen such as hydrogen radicals and hydrogen ions of the present invention also serves as this hydrogenation.
[0067]
That is, passivation can be performed by in-situ film formation on a transistor that has been cleaned and hydrogenated, has a clean surface, and has a grain boundary terminated with hydrogen. Thus, a transistor with high characteristics can be realized.
[0068]
In order to enhance the cleaning effect of the substrate and perform in-situ film formation, the substrate is preferably heated. The substrate is heated by connecting a resistance heater to the substrate support. In this case, when the substrate bias is performed at a high frequency, high frequency noise can be avoided by using an insulating transformer as the heater heating transformer.
[0069]
The upper limit of the heating of the substrate is also determined by the material formed on the substrate and the material of the substrate, but the higher the substrate temperature, the greater the cleaning effect. Further, if the temperature is the same as the temperature of the film to be formed next, the time until in-situ film formation is short, and throughput and tact time can be improved. However, the present invention using a microwave and a magnetic field can obtain a sufficient cleaning effect even at room temperature.
[0070]
In addition, after the cleaning according to the present invention is completed using a multi-chamber, the next film formation can be performed in another chamber without exposure to the atmosphere. Of course, the next film formation can be continued using a microwave and a magnetic field in the cleaned chamber.
[0071]
The substrate surface on which nothing is formed is generated by using plasma generated by microwave and magnetic field to generate active hydrogen and active oxygen, thereby reducing carbon contamination on the substrate surface. Then, a silicon oxide film using organosilane and oxygen is formed as a base film using a parallel plate type plasma CVD apparatus. As the silicon oxide film, a nitrogen-doped silicon oxide film can be formed using nitrogen oxide or a mixed gas of nitrogen oxide and oxygen instead of oxygen. Instead of the oxide film, a silicon nitride film can be formed using silane, ammonia, and nitrogen as a base film.
[0072]
In addition, when aluminum is sputtered onto the gate insulating film as a gate electrode, active hydrogen and active oxygen are generated using microwave and magnetic field plasma, thereby reducing carbon contamination on the substrate surface. Let At this time, since the cleaning is to clean the surface of the gate insulating film, in order to prevent dielectric breakdown of the gate insulating film due to charge-up, a magnetic field for making it difficult for hydrogen ions and oxygen ions to reach the substrate Is generated between the substrate and the high-density plasma region, whereby before the hydrogen ions and oxygen ions reach the substrate, the surface of the gate insulating film is cleaned so as to release the charge.
[0073]
Thereafter, the substrate is moved to another chamber, where magnetron sputtering of aluminum which is a film for the gate electrode is performed. If the sputtered film is a multilayer, the substrate can be moved to another chamber and another film such as chromium can be formed by sputtering.
[0074]
When an interlayer insulating film of an SRAM having a polysilicon TFT is formed, an aluminum wiring or an oxide film is formed on the film formation surface. However, the film formation surface is formed by a microwave and a magnetic field. Plasma is used to generate active hydrogen and active oxygen, thereby reducing carbon contamination on the substrate surface. At that time, the surface cleaning with active hydrogen simultaneously performs hydrogenation of the polysilicon TFT.
[0075]
After the reduction of carbon contaminants and hydrogenation are completed, a silicon oxide film is formed by plasma using a microwave and a magnetic field in the same chamber. In order to form an oxide film using plasma by a microwave and a magnetic field, oxygen is introduced into the high density plasma region, and silane is introduced between the substrate and the high density plasma region to form the oxide film. At that time, planarization can also be achieved by using a process in which bias sputtering is combined by applying a bias to the substrate. The oxide film formed by the microwave and magnetic field has a high density, and hydrogen that has terminated the grain boundary due to hydrogenation is difficult to escape, so that cleaning and hydrogenation can be performed simultaneously.
[0076]
Of course, when forming an oxide film, hydrogen can be made more difficult to escape by forming a nitrogen-doped oxide film by doping nitrogen. In addition, by adding fluorine, the dielectric constant can be slightly lower than that of an oxide film to which no fluorine is added, and an interlayer film having a small stray capacitance can be formed.
[0077]
When the laminated device in which the cleaning according to the present invention was completely performed before film formation was measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS), the lowest value of the amount of carbon impurities at each interface was 8 × 10. 18 ~ 7 × 10 19 cm -3 The level of the carbon impurities at each interface was 5 × 10 5 when the cleaning according to the present invention was not performed under the same film forming conditions. 19 ~ 3x10 20 cm -3 The amount of carbon at the interface is small.
[0078]
By cleaning the substrate surface according to the present invention, a film having a high hardness after cleaning or a film having a high density can be easily formed because of high adhesion. In other words, as an interlayer insulating film for memory, silicon oxide for planarization is formed by reflow using organosilane, or film formation is performed by utilizing the step coverage of organosilane using atmospheric pressure CVD. It was.
[0079]
However, these films are highly hygroscopic and reduce the reliability of the semiconductor. Further, planarization using CMP (Chemical Mechanical Polishing), which has recently been used in semiconductor processes, cannot be used because the film is too soft and has high hygroscopicity.
[0080]
Silicon oxide film formation using a microwave and a magnetic field is used as an interlayer insulating film that is flattened according to the high density and hardness of the oxide film by the microwave and the magnetic field when used in combination with CMP. However, the high density and hardness of the film may cause peeling or cracking of the film during the CMP process.
[0081]
Since the surface of the substrate that has been cleaned using the present invention has improved adhesion, an oxide film or a nitrogen-doped oxide film using microwaves and magnetic field plasma that does not easily cause peeling or cracking is formed. Can be membrane. Furthermore, using the multi-chamber system, after performing cleaning according to the present invention using microwaves and magnetic field plasma, it is more possible to form the next high density and high hardness film without exposure to the atmosphere. It is effective.
[0082]
Of course, it is possible to perform cleaning using high frequency as well as cleaning using microwaves and magnetic field plasma. When using a high frequency, for example, at a frequency of 13.56 MHz or less, the pressure is processed at about 0.1 to 2 Torr, at 20 to 300 MHz, processed at about 0.01 to 0.1 Torr, and at 300 MHz or more, 0.001 to 0 is processed. Process at about 01 Torr. This is because the ionization rate increases as the frequency increases.
[0083]
FIG. 1 is a graph showing the degree of carbon impurity removal by XPS on the substrate surface according to the present invention.
Substrate surface 11 after photoresist coating, pre-baking, exposure, development, post-baking, resist stripping (dotted line graph in FIG. 1), and substrate surface 12 after dry ashing and wet ashing of the substrate (FIG. 1) (Dotted line graph in FIG. 1) is the substrate surface 13 after removing carbon impurities using the present invention after photoresist coating, pre-baking, exposure, development, post-baking, resist stripping (solid line graph in FIG. 1). Was measured using XPS. As measurement conditions, in order to obtain surface information as much as possible, the angle of the detector was set to 15 °, and an area of 1 mmφ on the substrate surface was measured. The horizontal axis represents the binding energy, the unit is eV, the vertical axis is the intensity of the detector, and the unit is an arbitrary unit.
[0084]
From the graph of FIG. 1, it can be seen that the peak near 284.8 eV increases before and after the dry ashing and wet ashing 12 and all other peaks decrease. Moreover, it can be seen that the peak near 284.8 eV is greatly reduced in the graph 13 using the present invention. The reason why the peak does not become completely zero even when the present invention is used is that the measurement is not in-situ measurement, and after removing the carbon impurity using the present invention, there is a gap between the adhering carbon impurities. It appears to be. However, a significant effect is seen compared to the case where the present invention is not used. By using the present invention, carbon contaminants having a carbon single bond can be reduced.
[0085]
[Action]
By using the present invention, carbon impurities that could not be removed by conventional dry ashing or wet ashing can be greatly reduced in the manufacture of semiconductor devices. It is particularly effective for removing impurities and contaminants containing carbon single bonds represented by C—C, and makes it difficult for ions to reach the substrate, and is charged by neutral and active hydrogen or oxygen such as radicals. Contaminants can be removed in a small number of situations, and it can be carried out while preventing damage due to semiconductor charge-up, etc., and the interface at the time of semiconductor stacking is cleaned, improving electrical characteristics and reliability. Cannot be measured.
[0086]
【Example】
[Example 1]
FIG. 3 shows an apparatus for carrying out the present invention. The figure shows the configuration of the longitudinal section of the apparatus. A microwave waveguide 3001 is connected to the cavity resonance chamber 3030 so as to cover the microwave introduction window 3002. For the introduction window 3002, quartz, synthetic quartz, magnesium fluoride, or the like is used, but synthetic quartz is used in this embodiment. The cavity resonance chamber 3030 is connected to the taper chamber 3032, and there is a reflection plate 3031 between them, and the cavity resonance chamber 3030 transmits the microwave reflected by the reflection plate 3031 and the microwave traveling through the introduction window 3002. A standing wave is formed between them.
[0087]
The tapered chamber 3032 is connected to the reaction chamber 3033. The reaction chamber 3033 is connected to a pump 3036 via a pump valve 3034 and a conductance regulator 3035. The pump 3036 exhausts unnecessary gas and the like to the exhaust pipe 3037. The connection order of the pump valve 3034 and the conductance adjuster 3035 may be reversed. The conductance regulator 3035 and the pump valve 3034 control the pressure in the reaction chamber 3033, the taper chamber 3032, and the cavity resonance chamber 3030. As the pump 3036, a turbo molecular pump, a complex molecular pump, an oil diffusion pump, or the like is used. Although not shown, these pumps are used by connecting an auxiliary pump such as an oil rotary pump to the exhaust side of the pump. In this example, a dry pump was used as the composite turbo molecular pump and the auxiliary pump.
[0088]
The reaction chamber 3033 is connected to another decompression chamber 3054 with a gate valve 3050 that is moved by a hinge 3051. Here, it is needless to say that it is not connected to another decompression chamber 3054 and may be used as a single device. When not connected to another decompression chamber 3050, it may be closed like a gate valve 3053 connected by a hinge 3055. The gate valve 3050 can be opened like an open state 3052 around the hinge 3051. Here, it goes without saying that the gate valve 3050 may be a slide type valve.
[0089]
There is a means for holding the substrate in the reaction chamber. The right side of the center line 3060 represents the position when the substrate 3076 is unloaded or loaded. The left side of the center line 3060 represents a state where the substrate 3075 is fixed. In both cases, there are actually halves that are not shown symmetrically with respect to the center line 3060, but in the figure, halves are shown so that both states can be seen.
[0090]
On the right side of the center line 3060 indicating the state during loading / unloading, the substrate 3076 is floated from the substrate support 3070 by the pusher pin 3072. Further, the substrate fixing device 3074 moves in conjunction with the pusher pin 3072 so that the substrate 3076 is not fixed and the substrate 3076 becomes movable.
[0091]
On the left side of the center line 3060 indicating the state in which the substrate 3075 is fixed, the pusher pin 3071 is accommodated in the substrate support 3070, and in conjunction with the pusher pin 3071, the substrate fixing device 3073 attaches the substrate 3075 to the substrate support 3070. Fix so that it is in close contact.
[0092]
Although not shown, a heater that can heat the substrate 3075 is embedded in the substrate support 3070. A high frequency power source 3080 for applying a high frequency bias is connected to the substrate support 3070 through a matching unit 3081. The matching unit 3081 contains a blocking capacitor, and a high frequency bias is applied to the substrate 3075 by a self-bias applied to the blocking capacitor.
[0093]
A solenoid coil 3020 for generating a magnetic field is installed around the cavity resonance chamber 3030. By applying a direct current to the solenoid coil 3020, a magnetic field necessary for electron cyclotron resonance is created as a high-density plasma region in the cavity resonance chamber 3030. When a 2.45 GHz microwave is introduced from the waveguide 3001, an ECR condition can be created in the cavity resonance plasma region 3040 by generating a magnetic field of 875 Gauss by a solenoid coil.
[0094]
Around the taper chamber 3032, diffusion magnets 3021 and 3022 for plasma diffusion are arranged. The diffusion magnets 3021 and 3022 are used in accordance with their purposes, whether permanent magnets or electromagnets. Even in the case of an electromagnet, it is not always necessary to be coiled.
[0095]
The gas is introduced by top pipes 3001 and 3011 introduced into the cavity resonance chamber 3030, a taper pipe 3012 introduced into the taper chamber 3032, and 3013 introduced into the reaction chamber 3033. Reaction using ECR has a reaction pressure of 10 -1 Since it is as low as Pa or less, there is little need to make the gas flow very strict.
[0096]
In order to remove carbon contaminants adhering to the surface of the substrate 3075, oxygen is first introduced from the top pipe 3001 into the cavity resonance chamber 3030. Pressure is 10 -3 -10 -1 Set to about Pa. In this embodiment, 3 × 10 -2 Performed at Pa. A direct current is passed through the solenoid coil 3020 and a current value of 875 Gauss is measured in the cavity resonance plasma region 3040 in advance, and the current value is passed. The microwave introduced 2.45 GHz from the waveguide 3001. As the microwave power, 500 to 2000 W was introduced, and in this embodiment, 1200 W was introduced. As the substrate 3075, a silicon wafer, a semiconductor such as gallium arsenide, or an insulator such as glass or quartz is used. In this embodiment, an 8-inch silicon wafer is used.
[0097]
The ECR condition is achieved by the microwave and the magnetic field generated by the solenoid coil 3020, whereby ECR plasma having a high electron density is generated in the cavity resonance plasma region 3040. In the ECR plasma, oxygen partially changes to oxygen ions, oxygen radicals, and ozone. Active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone reaches the surface of the substrate 3075 along the diffusion magnetic field of the solenoid coil 3020.
[0098]
If the substrate is not as large as the diameter of the cavity resonance chamber 3030 or the opening of the reflecting plate 3031, for example, a silicon wafer having a diameter of 4 inches, the active material that reaches the substrate 3075 by the diffusion magnetic field created by the solenoid coil 3020. Oxygen can sufficiently remove carbon contaminants excluding carbon single bonds. However, when an 8-inch φ silicon wafer is used as the substrate 3075 as in this embodiment, active oxygen generated in the cavity resonance plasma region 3040 is sufficiently removed to sufficiently remove the end of the 8-inch φ wafer. In order to widen the range, diffusion magnets 3021 and 3022 disposed in the taper chamber 3032 are used.
[0099]
The diffusion magnets 3021 and 3022 are set so that the magnetic field gradually changes as it approaches the substrate 3075 gradually and gradually so that the plasma reaches the substrate 3075 uniformly. As a result, the magnetic field that changes rapidly only by the magnetic field of the solenoid coil 3020 does not change greatly, but changes slowly and produces more uniform active oxygen on the substrate 3075 than in the case of the solenoid coil 3020 alone in the tapered plasma region 3051. Can do.
[0100]
Further, in the case where some spatter may be present on the substrate 3075, a substrate bias is applied to the substrate holding table 3070 by the high frequency power source 3080. Since oxygen ions are negative, a bias is applied so that the substrate holder 3070 becomes an anode. Accordingly, the surface of the substrate 3070 is struck by oxygen ions in the substrate plasma region 3042, thereby making it easier to remove carbon contaminants.
[0101]
Oxygen can be converted to active oxygen using ECR, thereby removing carbon contaminants that remove carbon single bonds such as C—C.
[0102]
Next, hydrogen is first introduced into the cavity resonance chamber 3030 from the top pipe 3001 in order to remove contaminants including single carbon bonds attached to the surface of the substrate 3075. Pressure is 10 -3 -10 -1 Set to about Pa. In this embodiment, 3 × 10 -2 Performed at Pa. A direct current is passed through the solenoid coil 3020 and a current value of 875 Gauss is measured in the cavity resonance plasma region 3040 in advance, and the current value is passed. The microwave introduced 2.45 GHz from the waveguide 3001. As the microwave power, 500 to 2000 W was introduced, and in this embodiment, 1200 W was introduced. As the substrate 3075, a silicon wafer, a semiconductor such as gallium arsenide, or an insulator such as glass or quartz is used. In this embodiment, an 8-inch silicon wafer is used.
[0103]
The ECR condition is achieved by the microwave and the magnetic field generated by the solenoid coil 3020, whereby ECR plasma having a high electron density is generated in the cavity resonance plasma region 3040. In the ECR plasma, hydrogen partially changes to hydrogen ions or hydrogen radicals. Active hydrogen such as hydrogen ions and hydrogen radicals reaches the surface of the substrate 3075 so as to follow the diffusion magnetic field of the solenoid coil 3020.
[0104]
If the substrate is not as large as the diameter of the cavity resonance chamber 3030 or the opening of the reflecting plate 3031, for example, a silicon wafer having a diameter of 4 inches, the active material that reaches the substrate 3075 by the diffusion magnetic field created by the solenoid coil 3020. Hydrogen can sufficiently remove carbon contaminants containing carbon single bonds. However, when an 8-inch φ silicon wafer is used as the substrate 3075 as in this embodiment, active hydrogen generated in the cavity resonance plasma region 3040 is sufficiently removed to sufficiently remove the end of the 8-inch φ wafer. In order to widen the range, diffusion magnets 3021 and 3022 disposed in the taper chamber 3032 are used.
[0105]
The diffusion magnets 3021 and 3022 are set so that the magnetic field gradually changes as it approaches the substrate 3075 gradually and gradually so that the plasma reaches the substrate 3075 uniformly. As a result, the magnetic field that changes rapidly only by the magnetic field of the solenoid coil 3020 does not change greatly, but changes slowly and produces more uniform active hydrogen on the substrate 3075 than in the case of the solenoid coil 3020 alone in the tapered plasma region 3041. Can do.
[0106]
Further, in the case where some spatter may be present on the substrate 3075, a substrate bias is applied to the substrate holding table 3070 by the high frequency power source 3080. Since hydrogen ions are positive, a bias is applied so that the substrate holder 3070 becomes a cathode. Accordingly, the surface of the substrate 3070 is struck by hydrogen ions in the substrate plasma region 3042, thereby making it easier to remove carbon contaminants.
[0107]
Hydrogen can be converted to active hydrogen using ECR, thereby removing carbon contaminants containing carbon single bonds such as C—C.
[0108]
Using this device, hydrogen and oxygen can be introduced simultaneously from the top pipe 3010 or separately from the top pipes 3010 and 3011 to simultaneously remove carbon contaminants containing both single and double bonds. It is. In this case, since the polarities of hydrogen ions and oxygen ions are different from positive and negative, the effect of hitting the substrate only with respect to either one of the ions by high frequency substrate bias can be obtained.
[0109]
Instead of introducing hydrogen and oxygen simultaneously, hydrogen and oxygen may be simultaneously cleaned by heating a tank containing water and introducing water vaporized from the vapor pressure into the chamber. In this case, the entire chamber, that is, the cavity resonance chamber 3030, the taper chamber 3032, the reaction chamber 3033, and the piping to the chamber into which water is introduced are all heated. The heating temperature is required to be about 60 to 400 ° C. In this embodiment, since many Viton O-rings are used for vacuum packing, heating is performed at 150 ° C.
[0110]
With such an apparatus, when an 8-inch silicon wafer is cleaned, a substrate having a clean surface as shown in graph 13 of FIG. 1 can be obtained.
[0111]
[Example 2]
FIG. 4 shows an apparatus for carrying out the present invention. The figure shows the configuration of the longitudinal section of the apparatus. A microwave waveguide 4001 is connected to the cavity resonance chamber 4030 so as to cover the microwave introduction window 4002. As the introduction window 4002, quartz, synthetic quartz, magnesium fluoride or the like is used, but synthetic quartz is used in this embodiment. The cavity resonance chamber 4030 is connected to the taper chamber 4032 but there is no reflector between them. Since the cavity resonance chamber 4030 has no reflector, no standing wave is formed between the reflected microwave and the microwave traveling through the introduction window 4002.
[0112]
The tapered chamber 4032 is connected to the reaction chamber 4033. The reaction chamber 4033 is connected to a pump 4036 via a pump valve 4034 and a conductance regulator 4035. The pump 4036 exhausts unnecessary gas or the like to the exhaust pipe 4037. The connection order of the pump valve 4034 and the conductance adjuster 4035 may be reversed. The conductance regulator 4035 and the pump valve 4034 control the pressure in the reaction chamber 4033, the taper chamber 4032, and the cavity resonance chamber 4030. As the pump 3036, a turbo molecular pump, a complex molecular pump, an oil diffusion pump, or the like is used. Although not shown, these pumps are used by connecting an auxiliary pump such as an oil rotary pump to the exhaust side of the pump. In this example, a dry pump was used as the composite turbo molecular pump and the auxiliary pump.
[0113]
In the reaction chamber 4033, a gate valve 4050 that is moved by a hinge 4051 is connected to another decompression chamber 4054. Here, it is needless to say that it is not connected to another decompression chamber 4054 and may be used as a single device. When not connected to another decompression chamber 4050, it may be closed like a gate valve 4053 connected by a hinge 4055. The gate valve 4050 can be opened in the open state 4052 around the hinge 4051. Here, it goes without saying that the gate valve 4050 may be a sliding valve.
[0114]
There is a means for holding the substrate in the reaction chamber. The right side of the center line 4060 represents the position when the substrate 4076 is unloaded or loaded. The left side of the center line 4060 represents a state where the substrate 4075 is fixed. In either case, there are actually halves that are not shown in line symmetry with respect to the center line 4060, but in the figure, halves are shown so that both states can be seen.
[0115]
On the right side of the center line 4060 indicating the state during loading / unloading, the substrate 4076 is floated from the substrate support 4070 by the pusher pins 4072. Further, the substrate fixing device 4074 moves in conjunction with the pusher pin 4072 so that the substrate 4076 is not fixed and the substrate 4076 becomes movable.
[0116]
On the left side of the center line 4060 indicating the state in which the substrate 4075 is fixed, the pusher pin 4071 is accommodated in the substrate support base 4070, and in conjunction with the pusher pin 4071, the substrate fixing device 4073 attaches the substrate 4075 to the substrate support base 4070. Fix so that it is in close contact.
[0117]
Although not shown, a heater that can heat the substrate 4070 is embedded in the substrate support base 4070. A high frequency power source 4080 for applying a high frequency bias is connected to the substrate support 4070 through a matching unit 4081. The matching unit 4081 contains a blocking capacitor, and a high frequency bias is applied to the substrate 4070 by a self-bias applied to the blocking capacitor.
[0118]
A solenoid coil 4020 for generating a magnetic field is installed around the cavity resonance chamber 4030. By applying a direct current to the solenoid coil 4020, a high-density plasma region is created in the cavity resonance chamber 4030 by a microwave and a magnetic field. When a 2.45 GHz microwave is introduced from the waveguide 4001, a high-density plasma region can be created in the cavity resonance plasma region 4040 by generating a magnetic field of 875 Gauss by a solenoid coil.
[0119]
Around the taper chamber 4032, diffusion magnets 4021 and 4022 for plasma diffusion are arranged. The diffusion magnets 4021 and 4022 are used for the purpose, either permanent magnets or electromagnets. Even in the case of an electromagnet, it is not always necessary to be coiled.
[0120]
The gas is introduced by top pipes 4001 and 4011 introduced into the cavity resonance chamber 4030, a taper pipe 4012 introduced into the taper chamber 4032, and 4013 introduced into the reaction chamber 4033. Reaction using microwave and magnetic field has a reaction pressure of 10 -1 Since it is as low as Pa or less, there is little need to make the gas flow very strict.
[0121]
In order to remove carbon contaminants adhering to the surface of the substrate 4075, oxygen is first introduced from the top pipe 4001 into the cavity resonance chamber 4030. Pressure is 10 -3 -10 -1 Set to about Pa. In this embodiment, 3 × 10 -2 Performed at Pa. A direct current is passed through the solenoid coil 4020 and a current value of 875 Gauss is measured in the cavity resonance plasma region 4040 in advance, and the current value is passed. The microwave introduced 2.45 GHz from the waveguide 4001. As the microwave power, 500 to 2000 W was introduced, and in this embodiment, 1200 W was introduced. As the substrate 4075, a silicon wafer, a semiconductor such as gallium arsenide, or an insulator such as glass or quartz is used. In this embodiment, an 8-inch silicon wafer is used.
[0122]
High-density plasma with high electron density is generated in the cavity resonance plasma region 4040 by the microwave and the magnetic field generated by the solenoid coil 4020. In the high density plasma, oxygen partially changes to oxygen ions, oxygen radicals, and ozone. Active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone reaches the surface of the substrate 4075 along the diffusion magnetic field of the solenoid coil 4020.
[0123]
When the substrate is not as large as a silicon wafer having a diameter of 4 inches compared to the diameter of the cavity resonance chamber 4030 or the opening of the reflection plate 4031, the substrate reaches the substrate 4075 due to the diffusion magnetic field generated by the solenoid coil 4020. Oxygen can sufficiently remove carbon contaminants excluding carbon single bonds. However, when an 8-inch φ silicon wafer is used as the substrate 4075 as in this embodiment, active oxygen generated in the cavity resonance plasma region 4040 is sufficiently removed to sufficiently remove the end of the 8-inch φ wafer. In order to widen the range, diffusion magnets 4021 and 4022 disposed in the taper chamber 4032 are used.
[0124]
The diffusing magnets 4021 and 4022 set the magnetic field so that the magnetic field gradually changes as it gradually approaches the substrate 4075 so that the plasma reaches the substrate 4075 uniformly. As a result, the magnetic field that changes rapidly only by the magnetic field of the solenoid coil 4020 does not change greatly, but changes slowly and produces more uniform active oxygen on the substrate 4075 than in the case of the solenoid coil 4020 alone, in the tapered plasma region 4051. Can do.
[0125]
Further, in the case where some spatter may be present on the substrate 4075, a substrate bias is applied to the substrate holding table 4070 by the high frequency power source 4080. Since oxygen ions are negative, a bias is applied so that the substrate holder 4070 becomes an anode. Thereby, the surface of the substrate 4075 is struck by oxygen ions in the substrate plasma region 3042, thereby making it easier to remove carbon contaminants.
[0126]
Oxygen can be converted to active oxygen using ECR, thereby removing carbon contaminants that remove carbon single bonds such as C—C.
[0127]
Next, hydrogen is first introduced into the cavity resonance chamber 4030 from the top pipe 4001 in order to remove contaminants including single carbon bonds attached to the surface of the substrate 4075. Pressure is 10 -3 -10 -1 Set to about Pa. In this embodiment, 3 × 10 -2 Performed at Pa. A direct current is passed through the solenoid coil 4020 and a current value of 875 Gauss is measured in the cavity resonance plasma region 4040 in advance, and the current value is passed. The microwave introduced 2.45 GHz from the waveguide 4001. As the microwave power, 500 to 2000 W was introduced, and in this embodiment, 1200 W was introduced. As the substrate 4075, a silicon wafer, a semiconductor such as gallium arsenide, or an insulator such as glass or quartz is used. In this embodiment, an 8-inch silicon wafer is used.
[0128]
High-density plasma with high electron density is generated in the cavity resonance plasma region 4040 by the microwave and the magnetic field generated by the solenoid coil 4020. In the high-density plasma, hydrogen partially changes to hydrogen ions or hydrogen radicals. Active hydrogen such as hydrogen ions and hydrogen radicals reaches the surface of the substrate 4075 so as to follow the diffusion magnetic field of the solenoid coil 4020.
[0129]
When the substrate is not as large as a silicon wafer having a diameter of 4 inches compared to the diameter of the cavity resonance chamber 4030 or the opening of the reflection plate 4031, the substrate reaches the substrate 4075 due to the diffusion magnetic field generated by the solenoid coil 4020. Hydrogen can sufficiently remove carbon contaminants containing carbon single bonds. However, when an 8-inch φ silicon wafer is used as the substrate 4075 as in this embodiment, active hydrogen generated in the cavity resonance plasma region 4040 is sufficiently removed in order to sufficiently remove the end of the 8-inch φ wafer. In order to widen the range, diffusion magnets 4021 and 4022 disposed in the taper chamber 4032 are used.
[0130]
The diffusing magnets 4021 and 4022 set the magnetic field so that the magnetic field gradually changes as it gradually approaches the substrate 4075 so that the plasma reaches the substrate 4075 uniformly. As a result, the magnetic field that changes rapidly only by the magnetic field of the solenoid coil 4020 does not change greatly, but changes slowly and produces more uniform active hydrogen on the substrate 4075 than in the case of only the solenoid coil 4020 in the tapered plasma region 4041. Can do.
[0131]
Further, in the case where some spatter may be present on the substrate 4075, a substrate bias is applied to the substrate holding table 4070 by the high frequency power source 4080. Since hydrogen ions are positive, a bias is applied so that the substrate holder 4070 becomes a cathode. Accordingly, the surface of the substrate 4070 is struck by hydrogen ions in the substrate plasma region 4042, thereby making it easier to remove carbon contaminants.
[0132]
Hydrogen can be converted to active hydrogen using microwaves and magnetic fields, thereby removing carbon contaminants containing carbon single bonds such as C—C.
[0133]
Using this device, hydrogen and oxygen can be introduced simultaneously from the top pipe 4010 or separately from the top pipes 4010 and 4011 to simultaneously remove carbon contaminants containing both single and double bonds. It is. In this case, since the polarities of hydrogen ions and oxygen ions are different from positive and negative, the effect of hitting the substrate only with respect to either one of the ions by high frequency substrate bias can be obtained.
[0134]
Instead of introducing hydrogen and oxygen simultaneously, hydrogen and oxygen may be simultaneously cleaned by heating a tank containing water and introducing water vaporized from the vapor pressure into the chamber. In this case, the entire chamber, that is, the cavity resonance chamber 4030, the taper chamber 4032, the reaction chamber 4033, and the piping to the chamber into which water is introduced are all heated. The heating temperature is required to be about 60 to 400 ° C. In this embodiment, since many Viton O-rings are used for vacuum packing, heating is performed at 150 ° C.
[0135]
With such an apparatus, when an 8-inch silicon wafer is cleaned, a substrate having a clean surface as shown in graph 13 of FIG. 1 can be obtained.
[0136]
Further, when such an apparatus is used, since there is no reflector like between the cavity resonance chamber 4030 and the taper chamber 4032, the traveling wave of the microwave further advances to the vicinity of the substrate 4075. Therefore, the diffusion magnet 4032 makes it possible to satisfy the ECR condition even in a region such as the taper plasma region 4051 and the substrate plasma region 4042.
[0137]
Therefore, active hydrogen or active acid activated at a high plasma density can reach the substrate surface while the active state is higher than that activated in the cavity resonance laser region 4040. Of course, since the plasma having such a high plasma density is generated in the vicinity of the substrate, the substrate is also exposed to the plasma, and therefore, the substrate needs to be hardly damaged by plasma.
[0138]
Example 3
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a case where the apparatus shown in Example 2 is used as a multi-chamber system. The drawing shows a longitudinal section of the device. The left side of the figure shows the same device as that described in the second embodiment. The apparatus shown on the left side is an apparatus 6000 using a microwave and a magnetic field, and the contents thereof are as shown in the second embodiment.
[0139]
A device 6000 using a microwave and a magnetic field is connected to a connection chamber 6001. This connection chamber 6001 is further connected to the processing apparatus 6100. The connection chamber 6001 may be connected to a process apparatus other than the apparatus 6000 and the processing apparatus 6100 using a microwave and a magnetic field. That is, the connection chamber 6001 can also serve as a common chamber for each process apparatus.
[0140]
There is a transfer robot 6002 in the connection chamber 6001, and an object to be processed is unloaded from the apparatus using the microwave and the magnetic field while the gate 6003 is opened from the apparatus 6000 using the microwave and the magnetic field, or vice versa. Can do. When the loading / unloading is completed, the gate 6003 is closed. In an apparatus 6000 using a microwave and a magnetic field, the object to be processed is cleaned to reduce carbon contaminants including carbon single bonds or double bonds, and then the apparatus 6000 using a microwave and a magnetic field is used. The remaining gas is exhausted. After that, the gate 6003 is opened and the object to be processed is moved into the connection chamber 6001 by the transfer robot 6002. After the workpiece is completely moved into the connection chamber 6001 and the gate 6003 can be closed, the gate 6003 is closed.
[0141]
Although the connection chamber 6001 is not illustrated, the connection chamber 6001 is connected to a vacuum pump capable of reducing the pressure in the connection chamber 6001, and is always in a reduced pressure state when the workpiece is transported. For reducing the pressure in the connection chamber 6001, a dry pump system with little contamination is preferable, and a combination of a turbo pump and a dry pump is preferable. In this embodiment, evacuation can be performed by a combination of a magnetic levitation turbomolecular pump and a dry pump.
[0142]
In order to reduce the influence of contamination from other process devices, the connection chamber 6001 is also effective to make the gas flow from the connection chamber 6001 to the process device slightly higher than the process device. .
[0143]
After the object to be processed is carried into the connection chamber 6001, the gate 6004 is opened and the object to be processed is moved to the processing apparatus 6100. After the workpiece is moved to the processing apparatus 6100, the gate 6004 is closed.
[0144]
The processing apparatus 6100 is a parallel plate type plasma CVD apparatus, and a pump 613 is connected to a reaction chamber 6010 through a pump valve 6011 and a conductance controller 6012. An exhaust 6014 is further connected to the pump 6013. The connection order of the pump valve 6011 and the conductance controller 6012 may be reversed.
[0145]
An electrode 6040 is connected to the reaction chamber 6010 with an insulator 6042 that separates from the ground potential of the chamber, and an electrode cover 6041 is provided to cover the electrode 6040 to prevent parasitic discharge and hollow cathode. Has been. A plasma power source 6044 is connected to the electrode 6040 through a matching unit 6043.
[0146]
As the plasma power supply 6044, a continuous oscillator from a low frequency to a high frequency, a pulse oscillator, a modulation oscillator, or the like is used depending on the purpose of film formation. In this embodiment, a power source capable of pulse oscillation of 20 MHz is used.
[0147]
There is a means for holding the substrate in the reaction chamber 6010. The left side of the center line 6020 represents the position when the substrate 6036 is carried out or carried in. The right side of the center line 6020 represents a state where the substrate 6035 is fixed. In both cases, there are actually halves that are not shown in line symmetry with respect to the center line 6020, but in the figure, halves are shown so that both states can be seen.
[0148]
On the left side of the center line 6020 indicating the state during loading / unloading, the substrate 6036 is lifted from the substrate support 6030 by the pusher pin 6032. Further, the substrate fixing device 6034 moves in conjunction with the pusher pin 6032 so that the substrate 6036 is not fixed and the substrate 6036 becomes movable.
[0149]
On the right side of the center line 6020 indicating the state in which the substrate 6035 is fixed, the pusher pin 6031 is accommodated in the substrate support 6030, and the substrate fixture 6033 interlocks with the pusher pin 6031 and the substrate 6035 is attached to the substrate support 6030. Fix so that it is in close contact.
[0150]
Although not shown, a heater that can heat the substrate 6035 is embedded in the substrate support 6030. The gas is introduced from the introduction pipe 6050 through the shower head of the electrode 6040 through a flow controller such as a mass flow controller. The electrode 6040 is provided with a diffusion plate (not shown) for flowing gas uniformly.
[0151]
P as substrate 6035 - A silicon oxide film was formed with organosilane and oxygen immediately after the surface of the substrate 6035 was cleaned with an apparatus 6000 using a microwave and a magnetic field using an 8-inch single crystal silicon wafer of 100 surfaces. As the film formation conditions, tetraethyl silicate (so-called TEOS) is used as the organic silane, the film ratio is TEOS / oxygen = 1/20, the substrate temperature is 350 ° C., and the pressure is 1 Torr. And the interface state density was measured to be 9 × 10 9 ~ 3x10 Ten cm -2 eV -1 And it was good.
[0152]
Example 4
FIG. 7 shows an apparatus for carrying out the present invention. The figure shows the configuration of the longitudinal section of the apparatus. A microwave waveguide 7001 is connected to the reaction chamber 7030 so as to cover the microwave introduction window 7002. For the introduction window 7002, quartz, synthetic quartz, magnesium fluoride, or the like is used, but synthetic quartz is used in this embodiment.
[0153]
The reaction chamber 7030 is connected to a pump 7036 via a pump valve 7034 and a conductance regulator 7035. The pump 7036 exhausts unnecessary gas or the like to the exhaust pipe 7037. The connection order of the pump valve 7034 and the conductance adjuster 7035 may be reversed. The pressure in the reaction chamber 7030 is controlled by a conductance regulator 7035 and a pump valve 7034. As the pump 7036, a turbo molecular pump, a complex molecular pump, an oil diffusion pump, or the like is used. Although not shown, these pumps are used by connecting an auxiliary pump such as an oil rotary pump to the exhaust side of the pump. In this example, a dry pump was used as the composite turbo molecular pump and the auxiliary pump.
[0154]
In the reaction chamber 7030, a movable gate valve 7050 is connected to another decompression chamber 7054. Here, it is needless to say that it is not connected to another decompression chamber 7054 and may be used as a single device. The gate valve 7050 is a slide type valve. Here, the gate valve 7050 may be opened in an open state with a hinge or the like as an axis.
[0155]
There is a means for holding the substrate in the reaction chamber 7030. The right side of the center line 7060 represents the position when the substrate 7076 is unloaded or loaded. The left side of the center line 7060 represents a state where the substrate 7075 is fixed. In either case, there are actually halves that are not shown in line symmetry with respect to the center line 7060, but in the figure, halves are shown so that both states can be seen.
[0156]
On the right side of the center line 7060 indicating the state during loading / unloading, the substrate 7076 is floated from the substrate support 7070 by pusher pins 7072. Further, the substrate fixing device 7074 moves in conjunction with the pusher pin 7072 so that the substrate 7076 is not fixed and the substrate 7076 becomes movable.
[0157]
On the left side of the center line 7060 indicating the state in which the substrate 7075 is fixed, the pusher pin 7071 is accommodated in the substrate support 7070, and in conjunction with the pusher pin 7071, the substrate fixing device 7073 attaches the substrate 7075 to the substrate support 7070. Fix so that it is in close contact.
[0158]
Although not shown, a heater that can heat the substrate 7070 is embedded in the substrate support 7070. A high frequency power source 7080 for applying a high frequency bias is connected to the substrate support 7070 through a matching unit 7081. The matching unit 7081 contains a blocking capacitor, and a high frequency bias is applied to the substrate 7070 by a self-bias applied to the blocking capacitor.
[0159]
A split coil 7020 for generating a magnetic field is installed around the reaction chamber 7030. By supplying a direct current to the split coil 7020, a magnetic field necessary for electron cyclotron resonance is generated in the reaction chamber 7030. When a 2.45 GHz microwave is introduced from the waveguide 7001, an ECR condition can be created as a high-density plasma region by generating a magnetic field of 875 Gauss with a coil.
[0160]
Since each of the divided coils 7020 can flow an electric current independently, a plurality of regions satisfying high-density plasma such as ECR conditions can be formed in the reaction chamber 7030. It is also possible to move the spatial position satisfying high-density plasma such as ECR conditions to various positions. Therefore, it is suitable for processing a large substrate.
[0161]
Diffusion magnets 7021 and 7022 for plasma diffusion are arranged. The diffusing magnets 7021 and 7022 are used in accordance with their purposes, whether permanent magnets or electromagnets. Even in the case of an electromagnet, it is not always necessary to be coiled.
[0162]
The gas is introduced by a top pipe 7001 introduced into the reaction chamber 7030 and 7013 introduced into the reaction chamber 7030. Reaction using microwave and magnetic field has a reaction pressure of 10 -1 Since it is as low as Pa or less, there is little need to make the gas flow very strict.
[0163]
In order to remove carbon contaminants attached to the surface of the substrate 7075, oxygen is first introduced into the reaction chamber 7030 from the top pipe 7001. Pressure is 10 -3 -10 -1 Set to about Pa. In this embodiment, 3 × 10 -2 Performed at Pa. A direct current is passed through the split coil 7020 to measure in advance a current value of 875 Gauss at a desired spatial position, and the current value is passed. The microwave introduced 2.45 GHz from the waveguide 7001. As the microwave power, 500 to 2000 W was introduced, and in this embodiment, 1500 W was introduced. As the substrate 7075, a semiconductor such as a silicon wafer or gallium arsenide, or an insulator such as glass or quartz is used. In this embodiment, borosilicate glass having a thickness of 360 mm × 480 mm and a thickness of 0.7 mm is used.
[0164]
High-density plasma with high electron density is generated by achieving high-density plasma such as ECR conditions by the microwave and the magnetic field generated by the split coil 7020. In high density plasma such as ECR, oxygen partially changes to oxygen ions, oxygen radicals, and ozone. Active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone reaches the substrate 7075 along a magnetic field that is independently generated by the split coil 7020. Alternatively, the ECR spatial region may be moved within the reaction chamber 7030.
[0165]
When the substrate is not as large as the diameter of the reaction chamber 7030, for example, a silicon wafer having a diameter of 4 inches, a single bond of carbon is removed by active oxygen reaching the substrate 7075 by the magnetic field generated by the split coil 7020. Carbon contaminants can be removed sufficiently. However, when a borosilicate glass having a thickness of 360 mm × 480 mm and a thickness of 0.7 mm is used as the substrate 7075 as in this embodiment, in order to sufficiently remove the edge of the glass, in order to spread active oxygen over a wide range. , Diffusion magnets 7021 and 7022 are used.
[0166]
The diffusion magnets 7021 and 7022 are set so that the magnetic field gradually changes as the magnetic field gradually approaches the substrate 7075 so that the plasma reaches the substrate 7075 uniformly. As a result, in addition to the control of the split coil 7020 only by the magnetic field, the change gradually changes, and more uniform active oxygen can be produced on the substrate 7075 than on the split coil 7020 alone.
[0167]
Further, in the case where there may be some sputtering on the substrate 7075, a substrate bias is applied to the substrate holding table 7070 by the high frequency power source 7080. Since oxygen ions are negative, a bias is applied so that the substrate holder 7070 becomes an anode. Accordingly, the surface of the substrate 7070 is hit with oxygen ions, so that carbon contaminants can be more easily removed.
[0168]
Oxygen can be converted to active oxygen using ECR, thereby removing carbon contaminants that remove carbon single bonds such as C—C.
[0169]
Next, hydrogen is first introduced into the reaction chamber 7030 from the top pipe 7001 in order to remove contaminants including a single bond of carbon attached to the surface of the substrate 7075. Pressure is 10 -3 -10 -1 Set to about Pa. In this embodiment, 3 × 10 -2 Performed at Pa. A direct current is passed through the split coil 7020 and a current value of 875 Gauss is measured in advance, and the current value is passed. The microwave introduced 2.45 GHz from the waveguide 7001. As the microwave power, 500 to 2000 W was introduced, and in this embodiment, 1200 W was introduced. As the substrate 7075, a semiconductor such as a silicon wafer or gallium arsenide, or an insulator such as glass or quartz is used. In this embodiment, borosilicate glass having a thickness of 360 mm × 480 mm and a thickness of 0.7 mm is used.
[0170]
High-density plasma with high electron density is generated by achieving high-density plasma such as ECR conditions by the microwave and the magnetic field generated by the split coil 7020. In high-density plasma such as ECR plasma, part of hydrogen changes to hydrogen ions or hydrogen radicals. Active hydrogen such as hydrogen ions and hydrogen radicals reaches the substrate 7075 along a magnetic field generated independently by the split coil 7020. In addition, the spatial region of the high-density plasma region may be moved in the reaction chamber 7030.
[0171]
If the substrate is not large compared to the diameter of the reaction chamber 7030, for example, a silicon wafer having a diameter of 4 inches, it contains a single bond of carbon due to active hydrogen reaching the substrate 7075 by the diffusion magnetic field created by the split coil 7020. Carbon contaminants can be removed sufficiently. However, when a borosilicate glass having a size of 360 mm × 480 mm and a thickness of 0.7 mm is used as the substrate 7075 as in this embodiment, diffusion magnets 7021 and 7022 are used in order to sufficiently remove the edge of the glass.
[0172]
The diffusion magnets 7021 and 7022 are set so that the magnetic field gradually changes as the magnetic field gradually approaches the substrate 7075 so that the plasma reaches the substrate 7075 uniformly. As a result, in addition to the control of the split coil 7020 only by the magnetic field, the change gradually changes, and more uniform active oxygen can be produced on the substrate 7075 than on the split coil 7020 alone.
[0173]
Further, in the case where there may be some sputtering on the substrate 7075, a substrate bias is applied to the substrate holding table 7070 by the high frequency power source 7080. Since hydrogen ions are positive, a bias is applied so that the substrate holder 7070 becomes a cathode. Thereby, the surface of the substrate 7070 is struck by hydrogen ions in the substrate plasma region 7042, thereby making it easier to remove carbon contaminants.
[0174]
Hydrogen can be converted to active hydrogen using microwaves and magnetic fields, thereby removing carbon contaminants containing carbon single bonds such as C—C.
[0175]
Using this apparatus, it is also possible to introduce hydrogen and oxygen from the top pipe 7010 at the same time, and simultaneously remove carbon contaminants containing both single and double bonds. In this case, since the polarities of hydrogen ions and oxygen ions are different from positive and negative, the effect of hitting the substrate only with respect to either one of the ions by high frequency substrate bias can be obtained.
[0176]
Instead of introducing hydrogen and oxygen simultaneously, hydrogen and oxygen may be simultaneously cleaned by heating a tank containing water and introducing water vaporized from the vapor pressure into the chamber. In this case, the entire chamber, that is, the reaction chamber 7030 and all the piping to the chamber into which water is introduced are heated. The heating temperature is required to be about 60 to 400 ° C. In this embodiment, since many Viton O-rings are used for vacuum packing, heating is performed at 150 ° C.
[0177]
When the substrate was cleaned with 360 mm × 480 mm 0.7 mm thick borosilicate glass by such an apparatus, the carbon contamination on the surface of the substrate as seen from the contact angle of contact water was remarkably improved as compared with before cleaning.
[0178]
Example 5
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. FIG. 8 shows a case where the apparatus shown in Example 4 is used as a multi-chamber system. The drawing shows a longitudinal section of the device. The left side of the figure shows the same device as that described in the fourth embodiment. The apparatus shown on the left side is an apparatus 8000 using a microwave and a magnetic field, and the contents thereof are as shown in the fourth embodiment.
[0179]
A microwave and magnetic field utilizing device 8000 is connected to a connection chamber 8001. This connection chamber 8001 is further connected to a processing apparatus 8100. The connection chamber 8001 may be connected to a process device other than the microwave and magnetic field utilizing device 8000 and the processing device 8100. That is, the connection chamber 8001 can also serve as a common chamber for each process apparatus.
[0180]
There is a transfer robot 8002 in the connection chamber 8001, and the object to be processed can be carried out of the apparatus using the microwave and the magnetic field from the apparatus 8000 using the microwave and the magnetic field, or vice versa. . When the loading / unloading is completed, the gate 8003 is closed. In the microwave and magnetic field device 8000, the object to be processed is cleaned to reduce carbon contaminants containing single or double carbon bonds, and then remain in the microwave and magnetic field device 8000. Exhaust the gas. After that, the gate 8003 is opened and the workpiece is moved into the connection chamber 8001 by the transfer robot 8002. After the workpiece is completely moved into the connection chamber 8001 and the gate 8003 can be closed, the gate 8003 is closed.
[0181]
Although the connection chamber 8001 is not illustrated, the connection chamber 8001 is connected to a vacuum pump capable of reducing the pressure in the connection chamber 8001, and is always in a reduced pressure state when the workpiece is transferred. For the decompression of the connection chamber 8001, a dry pump system with little contamination is preferable, and a combination of a turbo pump and a dry pump is preferable. In this embodiment, evacuation can be performed by a combination of a magnetic levitation turbomolecular pump and a dry pump.
[0182]
In order to reduce the influence of contamination from other process apparatuses, the connection chamber 8001 is also slightly higher in pressure than the process apparatus so that a gas flow can flow from the connection chamber 8001 to the process apparatus. .
[0183]
After the workpiece is carried into the connection chamber 8001, the gate 8004 is opened and the workpiece is moved to the processing apparatus 8100. After the workpiece is moved to the processing apparatus 8100, the gate 8004 is closed.
[0184]
The processing apparatus 8100 is a parallel plate type plasma CVD apparatus, and a pump 8013 is connected to a reaction chamber 8010 through a pump valve 8011 and a conductance controller 8012. An exhaust 8014 is further connected to the pump 8013. The connection order of the pump valve 8011 and the conductance controller 8012 may be reversed.
[0185]
An electrode 8040 is connected to the reaction chamber 8010 with an insulator 8042 that separates from the ground potential of the chamber, and an electrode cover 8041 is installed so as to cover the electrode 8040 to prevent parasitic discharge and hollow cathode. ing. A plasma power source 8044 is connected to the electrode 8040 through a matching unit 8043.
[0186]
As the plasma power source 8044, a continuous oscillator from a low frequency to a high frequency, a pulse oscillator, a modulation oscillator, or the like is used depending on the purpose of film formation. In this embodiment, a power source capable of pulse oscillation of 20 MHz is used.
[0187]
There is a means for holding the substrate in the reaction chamber 8010. The left side of the center line 8020 represents the position when the substrate 8036 is carried out or carried in. The right side of the center line 8020 represents a state where the substrate 8035 is fixed. In either case, there are actually halves that are not shown in line symmetry with respect to the center line 8020, but in the figure, both halves are shown so that both states can be seen.
[0188]
On the left side of the center line 8020 indicating the state during loading / unloading, the substrate 8036 is lifted from the substrate support 8030 by the pusher pin 8032. Further, the substrate fixing device 8034 moves in conjunction with the pusher pin 8032 so that the substrate 8036 is not fixed and the substrate 8036 becomes movable.
[0189]
On the right side of the center line 8020 indicating the state in which the substrate 8035 is fixed, the pusher pin 8031 is accommodated in the substrate support base 8030, and in conjunction with the pusher pin 8031, the substrate fixer 8033 attaches the substrate 8035 to the substrate support base 8030. Fix so that it is in close contact.
[0190]
Although not shown, a heater that can heat the substrate 8035 is embedded in the substrate support base 8030. The gas is introduced from the introduction pipe 8050 through the shower head of the electrode 8040 through a flow controller such as a mass flow controller. The electrode 8040 is provided with a diffusion plate (not shown) for flowing gas uniformly.
[0191]
P as substrate 8035 - A silicon oxide film was formed with organosilane and oxygen immediately after the surface of the substrate 8035 was cleaned with an apparatus 8000 using a microwave and a magnetic field, using the (100) plane 8-inch single crystal silicon wafer. As the film formation conditions, tetraethyl silicate (so-called TEOS) is used as the organic silane, the film ratio is TEOS / oxygen = 1/20, the substrate temperature is 350 ° C., and the pressure is 1 Torr. And the interface state density was measured to be 9 × 10 9 ~ 3x10 Ten cm -2 eV -1 And it was good.
[0192]
Example 6
FIG. 9 shows an apparatus for carrying out the present invention. FIG. 9 shows a configuration diagram of a longitudinal section of the apparatus. A microwave waveguide 9001 serves as a microwave inlet, and the antenna 9003 has a structure in which a rigidano coil is expanded in a disk shape. A slit 9004 opened in the antenna 9003 is a so-called one-stroke drawing. The introduction window 9002 is connected to the reaction chamber 9030. As the introduction window 9002, quartz, synthetic quartz, magnesium fluoride, or the like is used, but synthetic quartz is used in this embodiment. A permanent magnet 9005 is provided above the slit 9004, and an electric field generated in the slit 9004 generates a plasma 9040 by a microwave and a magnetic field on the path of the slit 9004.
[0193]
The reaction chamber 9030 is connected to a pump 9036 via a pump valve 9034 and a conductance regulator 9035. The pump 9036 exhausts unnecessary gas and the like to the exhaust pipe 9037. The connection order of the pump valve 9034 and the conductance adjuster 9035 may be reversed. The pressure in the reaction chamber 9030 is controlled by a conductance regulator 9035 and a pump valve 9034. As the pump 9036, a turbo molecular pump, a complex molecular pump, an oil diffusion pump, or the like is used. Although not shown, these pumps are used by connecting an auxiliary pump such as an oil rotary pump to the exhaust side of the pump. In this example, a dry pump was used as the composite turbo molecular pump and the auxiliary pump.
[0194]
The reaction chamber 9030 is connected to another decompression chamber 9054 through a movable gate valve 9050. Here, it is of course possible to use as a single device without being connected to another decompression chamber 9054. The gate valve 9050 is a slide type valve. Here, the gate valve 9050 may be opened in an open state with a hinge or the like as an axis.
[0195]
There is a means for holding the substrate in the reaction chamber 9030. The right side of the center line 9060 represents the position when the substrate 9076 is carried out or carried in. The left side of the center line 9060 represents a state where the substrate 9075 is fixed. In either case, there are actually halves that are not shown in line symmetry with respect to the center line 9060, but in the figure, both halves are shown so that both states can be seen.
[0196]
On the right side of the center line 9060 indicating the state during loading / unloading, the substrate 9076 is lifted from the substrate support 9070 by the pusher pin 9072. Further, the substrate fixing device 9074 moves in conjunction with the pusher pin 9072 so that the substrate 9076 is unfixed and the substrate 9076 becomes movable.
[0197]
On the left side of the center line 9060 indicating the state in which the substrate 9075 is fixed, the pusher pin 9071 is accommodated in the substrate support table 9070, and in conjunction with the pusher pin 9071, the substrate fixing device 9073 holds the substrate 9075 on the substrate support table 9070. Fix so that it is in close contact.
[0198]
Although not shown, a heater that can heat the substrate 9070 is embedded in the substrate support 9070. A high frequency power source 9080 for applying a high frequency bias is connected to the substrate support 9070 through a matching unit 9081. The matching unit 9081 contains a blocking capacitor, and a high frequency bias is applied to the substrate 9070 by a self-bias applied to the blocking capacitor.
[0199]
A permanent magnet 9005 for generating a magnetic field is provided around the reaction chamber 9030. A magnetic field necessary for electron cyclotron resonance is generated in the reaction chamber 9030 by the magnetic field of the permanent magnet 9005. When a 2.45 GHz microwave is introduced from the waveguide 9001, a high-density plasma condition such as ECR can be created by generating a magnetic field of 875 Gauss with a permanent magnet 9005.
[0200]
The gas is introduced through a pipe 9001 introduced into the reaction chamber 9030. Reaction using high-density plasma such as ECR has a reaction pressure of 10 -1 Since it is as low as Pa or less, there is little need to make the gas flow very strict.
[0201]
In order to remove carbon contaminants attached to the surface of the substrate 9075, oxygen is first introduced into the reaction chamber 9030 from the pipe 9001. Pressure is 10 -3 -10 -1 Set to about Pa. In this embodiment, 3 × 10 -2 Performed at Pa. The microwave introduced 2.45 GHz from the waveguide 9001. Microwave power of 500 to 2000 W was introduced, and 800 W was introduced in this example. As the substrate 9075, a semiconductor such as a silicon wafer or gallium arsenide, or an insulator such as glass or quartz is used. In this embodiment, borosilicate glass having a thickness of 360 mm × 480 mm and a thickness of 0.7 mm is used.
[0202]
ECR plasma with high electron density is generated by achieving high-density plasma conditions such as ECR by the magnetic field generated by the microwave and the permanent magnet 9005. In high density plasma such as ECR, oxygen partially changes to oxygen ions, oxygen radicals, and ozone. Active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone reaches the substrate 9075.
[0203]
Further, in the case where a slight amount of spatter may be present on the substrate 9075, a substrate bias is applied to the substrate holder 9070 by the high frequency power source 9080. Since oxygen ions are negative, a bias is applied so that the substrate holder 9070 becomes an anode. Accordingly, the surface of the substrate 9070 is hit with oxygen ions, so that carbon contaminants can be more easily removed.
[0204]
Oxygen can be converted to active oxygen using microwaves and magnetic fields such as ECR, thereby removing carbon contaminants except carbon single bonds such as C—C.
[0205]
Next, hydrogen is first introduced into the reaction chamber 9030 from the pipe 9001 in order to remove a contaminant including a single bond of carbon attached to the surface of the substrate 7075. Pressure is 10 -3 -10 -1 Set to about Pa. In this embodiment, 3 × 10 -2 Performed at Pa. The microwave introduced 2.45 GHz from the waveguide 9001. Microwave power of 500 to 2000 W was introduced, and 800 W was introduced in this example. As the substrate 9075, a semiconductor such as a silicon wafer or gallium arsenide, or an insulator such as glass or quartz is used. In this embodiment, borosilicate glass having a thickness of 360 mm × 480 mm and a thickness of 0.7 mm is used.
[0206]
High-density plasma such as ECR having a high electron density is generated by achieving conditions of high-density plasma such as ECR by the magnetic field generated by the microwave and the permanent magnet 9005. In high density plasma such as ECR, part of hydrogen changes to hydrogen ions or hydrogen radicals. Active hydrogen such as hydrogen ions and hydrogen radicals reaches the substrate 9075.
[0207]
Further, in the case where a slight amount of spatter may be present on the substrate 9075, a substrate bias is applied to the substrate holder 9070 by the high frequency power source 9080. Since hydrogen ions are positive, a bias is applied so that the substrate holder 9070 becomes a cathode. As a result, the surface of the substrate 9070 is hit with hydrogen ions, thereby making it easier to remove carbon contaminants.
[0208]
Oxygen can be converted to active hydrogen using microwaves and magnetic fields such as ECR, thereby removing carbon contaminants that remove carbon single bonds such as C—C.
[0209]
Example 7
FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a case where the apparatus shown in Example 6 is used as a multi-chamber system. The drawing shows a longitudinal section of the device. The left side of the figure shows the same device as that described in the fourth embodiment. The apparatus shown on the left side is an apparatus 10000 using a microwave and a magnetic field, and the contents thereof are as shown in the sixth embodiment.
[0210]
A microwave and magnetic field utilization device 10000 is connected to a connection chamber 10001. This connection chamber 10001 is further connected to the processing apparatus 10100. The connection chamber 10001 may be connected to a process device other than the microwave and magnetic field using device 10000 and the processing device 10100. That is, the connection chamber 10001 can also function as a common chamber for each process apparatus.
[0211]
There is a transfer robot 10002 in the connection chamber 10001, and the object to be processed can be carried out from the apparatus using the microwave and the magnetic field while the gate 10003 is opened from the apparatus 10000 using the microwave and the magnetic field, or vice versa. . When the loading / unloading is completed, the gate 10003 is closed. The object to be processed is cleaned in the microwave and magnetic field device 10000 to reduce carbon contaminants containing single or double carbon bonds, and then remains in the microwave and magnetic field device 10000. Exhaust the gas. After that, the gate 10003 is opened, and the object to be processed is moved into the connection chamber 10001 by the transfer robot 10002. After the workpiece is completely moved into the connection chamber 10001 and the gate 10003 can be closed, the gate 10003 is closed.
[0212]
A vacuum pump (not shown) that can reduce the pressure in the connection chamber 10001 is connected to the connection chamber 10001 so that the connection chamber 10001 is always in a reduced pressure state when the workpiece is transferred. For the decompression of the connection chamber 10001, a dry pump system with little contamination is preferable, and a combination of a turbo pump and a dry pump is preferable. In this embodiment, evacuation can be performed by a combination of a magnetic levitation turbomolecular pump and a dry pump.
[0213]
In order to reduce the influence of contamination from other process apparatuses, the connection chamber 10001 is also effective to make the gas flow from the connection chamber 10001 to the process apparatus slightly higher than the process apparatus. .
[0214]
After the object to be processed is carried into the connection chamber 10001, the gate 10004 is opened and the object to be processed is moved to the processing apparatus 10100. After the workpiece is moved to the processing apparatus 10100, the gate 10004 is closed.
[0215]
The processing apparatus 10100 is a parallel plate type plasma CVD apparatus, and a pump 10013 is connected to a reaction chamber 10010 through a pump valve 10011 and a conductance controller 10012. An exhaust 10014 is further connected to the pump 10013. The connection order of the pump valve 10011 and the conductance controller 10012 may be reversed.
[0216]
An electrode 10040 is connected to the reaction chamber 10010 with an insulator 10042 that separates from the ground potential of the chamber, and an electrode cover 10040 is installed to cover the electrode 10040 so as to cover the parasitic discharge and the hollow cathode. ing. A plasma power source 10044 is connected to the electrode 10040 through a matching unit 10043.
[0217]
As the plasma power source 10044, a continuous oscillator from a low frequency to a high frequency, a pulse oscillator, a modulation oscillator, or the like is used depending on the purpose of film formation. In this embodiment, a power source capable of pulse oscillation of 20 MHz is used.
[0218]
There is a means for holding the substrate in the reaction chamber 10010. The left side of the center line 10020 represents the position when the substrate 10036 is unloaded or loaded. The right side of the center line 10020 represents a state in which the substrate 10033 is fixed. In either case, there are actually halves that are not shown in line symmetry with respect to the center line 10020, but in the figure, halves are shown so that both states can be seen.
[0219]
On the left side of the center line 10020 indicating the state during loading / unloading, the substrate 1000036 is lifted from the substrate support 10030 by the pusher pin 10032. Further, the substrate fixing device 10034 also moves in conjunction with the pusher pin 10032 so that the substrate 10036 is not fixed and the substrate 10036 becomes movable.
[0220]
On the right side of the center line 10020 indicating the state in which the substrate 10033 is fixed, the pusher pin 10031 is accommodated in the substrate support base 10030, and the substrate fixing device 10033 interlocks with the pusher pin 10030 and the substrate fixer 10033 attaches the substrate 10033 to the substrate support base 10030. Fix so that it adheres to
[0221]
Although not shown, a heater that can heat the substrate 10033 is embedded in the substrate support 10030. The gas is introduced from the introduction pipe 10050 through the shower head of the electrode 10040 through a flow rate controller such as a mass flow controller. The electrode 10040 is provided with a diffusion plate (not shown) for flowing gas uniformly.
[0222]
P as substrate 10033 - A silicon oxide film was formed using organosilane and oxygen immediately after cleaning the surface of the substrate 10033 using a microwave and magnetic field apparatus 10000 using a 100-inch 8-inch single crystal silicon wafer. As the film formation conditions, tetraethyl silicate (so-called TEOS) is used as the organic silane, the film ratio is TEOS / oxygen = 1/20, the substrate temperature is 350 ° C., and the pressure is 1 Torr. And the interface state density was measured to be 9 × 10 9 ~ 3x10 Ten cm -2 eV -1 And it was good.
[0223]
Example 8
FIG. 11 shows a process of forming a thin film transistor on an insulating substrate using the present invention. The insulating substrate 1100 is a carbon containing a single bond of carbon such as C-C and a double bond of carbon such as C = C on the insulating substrate 1100 by using a plasma generated by a microwave and a magnetic field in a multi-chamber. To remove contaminants , First, active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone is generated from oxygen using ECR plasma, thereby cleaning the insulating substrate 1100.
[0224]
Since no film is formed on the insulating substrate 1100, there is no influence of the charge in the active oxygen. Therefore, a high frequency bias is applied to the insulating substrate 1100 and sputtering with oxygen ions is performed simultaneously. Remove carbon contaminants containing double bonds. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 3x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The flow rate of oxygen is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM. The substrate bias is 0.05 to 1.0 W / cm as high frequency power. 2 Typically 0.3 W / cm 2 Apply.
[0225]
After removal of carbon contaminants containing mainly double bonds of carbon with active oxygen, the carbon contaminants containing mainly single bonds of carbon with active hydrogen using microwaves such as ECR and plasma with a magnetic field are removed. Perform removal. Since no film is formed on the insulating substrate 1100, there is no influence of the charge in the active hydrogen. Therefore, a high-frequency bias is applied to the insulating substrate 1100 and sputtering with hydrogen ions is performed simultaneously. Removal of carbon contaminants containing single bonds. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The hydrogen flow rate is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM. The substrate bias is 0.05 to 1.0 W / cm as high frequency power. 2 Typically 0.2W / cm 2 Apply.
[0226]
After the carbon cleaning on the insulating substrate 1100 is completed, the base film 1101 is formed without being exposed to the air. As the base film 1101, silicon oxide, nitrogen-doped silicon oxide, phosphorus-doped silicon oxide, silicon nitride, or the like is formed. As a film forming method, low pressure CVD, sputtering, parallel plate plasma CVD, ECR plasma CVD, plasma CVD such as ICP plasma CVD, or the like is used. Typically, parallel plate type plasma CVD is used.
[0227]
The film forming conditions are typically 400 ° C. at a substrate temperature of 300 to 600 ° C. Regular tetraethyl silicate (so-called TEOS): oxygen = 1: 1 to 20, typically 1: 5. The pressure is 0.1 to 2 Torr, and typically 0.3 Torr. The high frequency applied to the parallel plate electrodes is 5 to 30 MHz, typically 13.56 MHz, and the power is 0.05 to 2.0 W / cm. 2 Typically 0.7W / cm 2 Apply. The thickness of the base film 1101 is 100 to 5000 mm, typically 2000 mm.
[0228]
When the formation of the base film 1101 is completed, amorphous silicon serving as an active layer is formed in another processing chamber of the multi-chamber system without exposure to the atmosphere. As a method for forming the amorphous silicon, low pressure CVD, sputtering, parallel plate plasma CVD, ECR plasma CVD, plasma CVD such as ICP plasma CVD, or the like is used. Typically, parallel plate type plasma CVD is used.
[0229]
In this embodiment, amorphous silicon is deposited using a parallel plate type plasma CVD apparatus. Deposition conditions are typically 300 ° C. at a substrate temperature of 150-600 ° C. SiH as reaction gas Four 10 to 500 SCCM, typically 55 SCCM is used. The pressure is 0.1 to 2 Torr, and typically 0.75 Torr. The high frequency applied to the parallel plate electrodes is 5 to 30 MHz, typically 13.56 MHz, and the power is 0.01 to 2.0 W / cm. 2 Typically 0.05 W / cm 2 Apply. The thickness of the amorphous silicon is 100 to 5000 mm, and typically 500 mm is formed.
[0230]
After the amorphous silicon film is formed, the substrate on which the amorphous silicon film is formed on the insulating substrate 1100 is taken out into the atmosphere. Thereafter, hydrogen is extracted before crystallization of amorphous silicon. Hydrogen removal is performed at 400 to 500 ° C. in nitrogen for about 30 minutes to 5 hours, typically at 450 ° C. for 1 hour. Thereafter, thermal crystallization or laser crystallization is performed. Here, thermal crystallization can be performed at a temperature of 600 ° C. or lower by using a method such as JP-A-6-232059 by the present applicants. In this method, a solution containing Ni is applied to grow a crystal using nickel silicide as a nucleus.
[0231]
It is also effective to perform laser crystallization with an excimer laser again after thermal crystallization, which is also performed in this embodiment. Thereafter, the amorphous silicon becomes completely polycrystalline silicon. The islands 1102 and 1103 can be formed by patterning a photoresist by photolithography using polycrystal silicon and etching the polycrystal silicon. In the island 1102, a single transistor of P channel or N channel is formed later, and in the island 1103, a transistor such as a combination of P channel and N channel is formed.
[0232]
A substrate in which a base film 1101 and islands 1102 and 1103 are formed on an insulating substrate 1100 is set in a multi-chamber system including an ECR plasma processing apparatus in which the present invention can be implemented. Due to long exposure to the atmosphere and direct contact with the photoresist, there are carbon contaminants on the islands 1102 and 1103 containing carbon single and double bonds.
[0233]
First, active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone is generated from oxygen using ECR plasma, thereby cleaning the insulating substrate 1100. Since only the base film 1101 and the islands 1102 and 1103 are formed on the insulating substrate 1100, there is no influence of the charge in the active oxygen. Therefore, a high frequency bias is applied to the insulating substrate 1100 to cause oxygen ions. Sputtering can be performed at the same time. However, since the surfaces of the islands 1101 and 1102 are regions for forming a channel, a high frequency bias is not applied to the substrate in order to prevent damage due to sputtering. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The flow rate of oxygen is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM.
[0234]
After removing carbon contaminants containing mainly double bonds of carbon with active oxygen, carbon contaminants containing mainly single bonds of carbon are removed with active hydrogen using ECR plasma. No high frequency bias is applied and sputtering with hydrogen ions is not performed. Removal of carbon contaminants containing primarily single bonds of carbon. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The hydrogen flow rate is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM.
[0235]
Cleaning of the islands 1102 and 1103 with active oxygen and active hydrogen first removes carbon contaminants containing carbon double bonds with active oxygen, followed by carbon containing single carbon bonds with active hydrogen. Although pollutants are removed, carbon contaminants containing carbon single bonds can be removed first with active hydrogen, and then carbon contaminants containing carbon double bonds can be removed with active oxygen. Good. At the same time, carbon contaminants containing carbon single and double bonds may be removed by active hydrogen and active oxygen.
[0236]
After removing carbon contaminants using ECR plasma, a gate insulating film 1104 is formed in a separate processing chamber of the multi-chamber system while keeping the surfaces of the islands 1102 and 1103 clean. FIG. 11A is completed. As the gate insulating film 1104, an oxide film such as dry thermal oxidation, wet thermal oxidation, CVD from silane and oxygen, CVD from silane and nitrous oxide, CVD from TEOS, oxygen or ozone, or a nitrogen-doped oxide film is used. . Alternatively, silicon nitride using silane, nitrogen, and ammonia is used. Alternatively, the oxide film and the nitride film are formed by multilayer lamination of two or more layers of the same type or different types.
[0237]
In this embodiment, nitrogen-doped silicon oxide is formed using parallel plate plasma CVD. The surfaces of the islands 1103 and 1104 are cleaned using ECR plasma, and the clean surfaces are not exposed to the atmosphere, and from the ECR plasma processing chamber through the connection chamber or directly from the ECR processing chamber without the connection chamber. Then, the substrate is transferred to the parallel plate type plasma CVD processing chamber.
[0238]
Therefore, in this embodiment, nitrogen-doped silicon oxide using silane and nitrous oxide is used as the gate insulating film 1104. Film formation conditions are silane: nitrous oxide = 1: 5 to 40, typically 1:20. The substrate temperature is 250 to 500 ° C., typically 380 ° C. The high frequency is 5 to 300 MHz, typically 60 MHz. High frequency power to be input is 0.05 to 2 W / cm 2 Typically 0.5 W / cm 2 . The film is formed at a pressure of 0.1 to 2 Torr, typically 0.5 Torr. The film thickness is 200 to 2000 mm and typically 1500 mm.
[0239]
After the gate insulating film 1104 is formed, the surface of the gate insulating film 1104 is cleaned with active oxygen and active hydrogen by performing ECR plasma treatment again. After the cleaning is completed, the substrate is transferred to the conductive film deposition chamber of the multi-chamber system. Here, in the case where the substrate can be transferred to the conductive film deposition chamber without being exposed to the atmosphere after the gate insulating film 1104 is formed, the gate insulating film 1104 is continuously formed without cleaning according to the present invention. The substrate may be transferred to the conductive film deposition chamber through the connection chamber.
[0240]
In the conductive film deposition chamber, an electrode material for the gate electrode 1105 is deposited. As the electrode material, a metal material such as aluminum, tantalum, titanium, or chromium, or a semiconductor material such as doped polysilicon doped with impurities at a high concentration is formed. Examples of the film forming method include DC sputtering, RF sputtering, resistance heating evaporation, electron beam evaporation, and low pressure CVD.
[0241]
In this embodiment, a sputtering film forming chamber in which aluminum is formed by DC magnetron sputtering is used. As a target material for sputtering, a material doped with silicon or scandium to improve aluminum hillock and heat resistance for heating in a later step is used. Typically, a target obtained by doping scandium with aluminum is used. The scandium doping amount is 0.05 to 1 wt%, and typically an aluminum target doped with 0.18 wt% is used.
[0242]
The film forming conditions are as follows: argon is flowed at 10-30 SCCM, typically 20 SCCM, pressure is 1-10 mTorr, typically 2 mTorr, input power is 500-3000 W, typically 1500 W, and the substrate temperature is Film is formed at room temperature. The film thickness is 2000 to 6000 mm, and typically 4000 mm is formed.
[0243]
After the conductive film for the gate electrode 1105 is formed, the conductive film is taken out into the atmosphere, the resist is patterned by photolithography, and aluminum is etched to form the gate electrode 1105. After the gate electrode 1105 is formed, boron and phosphorus are implanted through the gate insulating film 1104 by ion implantation using the gate electrode 1105 as a mask. At this time, the island 1102 side that becomes a single-channel transistor is masked with a photoresist or the like except for the required boron or phosphorus implantation, and the island 1103 having the P channel and the N channel as in the CMOS has a gate electrode. The area to be masked is different between the implantation of boron in two of 1105 and the implantation of phosphorus.
[0244]
After the boron and phosphorus implantation is completed, the region amorphized by the implantation is crystallized again by the laser beam 1106 to form a source / drain region 1107, which is shown in FIG.
[0245]
After that, an interlayer insulating film 1108 and a pixel electrode material are formed over the substrate, and a pixel electrode 1109 obtained by patterning the film is formed, so that FIG. Here, when the interlayer insulating film 1108 is formed, cleaning according to the present invention is performed. The substrate surface is cleaned with active oxygen and active hydrogen using ECR plasma. Since a gate-insulated transistor is formed on the substrate, it can be influenced by the charge in active oxygen. Therefore, a high frequency bias is applied and sputtering with oxygen ions is not performed. Removal of carbon contaminants mainly containing carbon double bonds. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 3x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The flow rate of oxygen is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM.
[0246]
After removing carbon contaminants containing mainly double bonds of carbon with active oxygen, carbon contaminants containing mainly single bonds of carbon are removed with active hydrogen using ECR plasma. Since a gate-insulated transistor is formed on the substrate, it can be influenced by the charge in active oxygen. Therefore, a high frequency bias is applied and sputtering with oxygen ions is not performed. Removal of carbon contaminants containing primarily single bonds of carbon. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The hydrogen flow rate is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM.
[0247]
Here, the cleaning with active hydrogen can also serve as a so-called hydrogenation in which the grain boundary of polycrystalline silicon is terminated with hydrogen. However, in order to enhance the hydrogenation effect, a higher effect can be obtained by forming a dense film such as a nitride film on the film. After cleaning is completed, the surface is cleaned so that the clean surface is not exposed to the atmosphere, and from the ECR plasma processing chamber through the connection chamber or directly from the ECR processing chamber without the connection chamber. The substrate is transferred to the processing chamber.
[0248]
Therefore, in this embodiment, silicon oxide using TEOS and oxygen is used as the interlayer insulating film 1108. Film forming conditions are TEOS: oxygen = 1: 2 to 15, typically 1: 5. The substrate temperature is 200 to 500 ° C., typically 300 ° C. The high frequency is 5 to 300 MHz, typically 13.56 MHz. High frequency power to be input is 0.05 to 2 W / cm 2 Typically 0.7W / cm 2 . The film is formed at a pressure of 0.1 to 2 Torr, typically 0.5 Torr. The film thickness is 5000 to 15000 mm, and typically 9000 mm is formed.
[0249]
Here, in order to enhance the effect of the cleaning also serving as hydrogenation, it is better to form a silicon nitride film of about 200 to 500 mm under the silicon oxide. In addition, after the cleaning is completed, instead of transferring the substrate to the parallel plate plasma CVD chamber, if an oxide film or a nitrogen-doped oxide film is formed as it is using ECR plasma CVD, a dense correlation insulating film 1108 is formed. The effect is further increased.
[0250]
In the case of film formation by ECR plasma CVD, in the case of an oxide film, oxygen is converted into plasma in the ECR region, and silane is introduced in the vicinity of the substrate, thereby forming silicon oxide. In the case of nitrogen doping, nitrous oxide or the like may be used instead of oxygen. The pixel electrode material on the correlation insulating film 1108 is transferred to the sputtering chamber without exposing the substrate to the atmosphere, and ITO is continuously formed by reactive sputtering. After film formation, patterning is performed by fatso and etching to form a pixel electrode 1109, which is shown in FIG.
[0251]
next, Interlayer Holes for contact of the source / drain 1107 are formed in the insulating film 1108 by photolithography and etching. , A conductive film for contact is formed thereon. Form a contact conductive film before First, active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone is generated by oxygen using ECR plasma, thereby cleaning the surface of the interlayer insulating film 1108 and the contact hole. Since the transistor is formed, there is an influence due to the charge in the active oxygen, but in order to lower the contact resistance, a weak substrate bias is applied in order to simultaneously perform sputtering with some oxygen ions. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The flow rate of oxygen is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM. The substrate bias is 0.05 to 0.5 W / cm at 2 to 60 MHz as high frequency power. 2 Typically 0.1W / cm at 20MHz 2 Apply.
[0252]
After removing carbon contaminants containing mainly double bonds of carbon with active oxygen, carbon contaminants containing mainly single bonds of carbon are removed with active hydrogen using ECR plasma. High frequency bias is applied to some extent and sputtering with hydrogen ions is performed. Removal of carbon contaminants containing primarily single bonds of carbon. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The hydrogen flow rate is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM. The substrate bias is 0.05 to 0.5 W / cm as high frequency power. 2 Typically 0.1 W / cm 2 Apply.
[0253]
In order to maintain the clean surface with reduced carbon contamination by cleaning the contact holes, the substrate is moved to the sputtering process chamber without exposing the substrate to the atmosphere. Aluminum is deposited by sputtering as the contact conductive film. A contact electrode 1110 is formed by photolithography and etching, as shown in FIG.
[0254]
11E is formed by forming a protective film 1111. Before the protective film 1111 is formed, carbon contaminants by active oxygen and active hydrogen using ECR plasma according to the present invention are removed, and at the same time, A protective film 1111 is formed after performing the process of hydrogenation. As the protective film 1111, silicon nitride, a polyimide resin film, or the like is used.
[0255]
The completed thin film transistor for the active matrix panel has a pixel defect generation rate reduced by about 1/3 in the pressure cooker test as compared with a pressure cooker test, which was manufactured in the same process except that the present invention was not used. In addition, regarding the electrical characteristics, the threshold difference between adjacent TFTs was 0.018V using the present invention, whereas it was as large as 0.025V using the present invention.
[0256]
Example 9
FIG. 12 shows a TFT process using polycrystalline silicon for lateral growth using the present invention. The ECR plasma in the multi-chamber is used for the insulating substrate 1200 to remove carbon contaminants including a carbon single bond such as C-C and a carbon double bond such as C = C on the insulating substrate 1200. To do , First, active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone is generated from oxygen using ECR plasma, thereby cleaning the insulating substrate 1200.
[0257]
Since no film is formed on the insulating substrate 1200, there is no influence of the charge in the active oxygen. Therefore, a high frequency bias is applied to the insulating substrate 1200 and sputtering with oxygen ions is performed simultaneously. Remove carbon contaminants containing double bonds. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 3x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The flow rate of oxygen is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM. The substrate bias is 0.05 to 1.0 W / cm as high frequency power. 2 Typically 0.3 W / cm 2 Apply.
[0258]
After removing carbon contaminants containing mainly double bonds of carbon with active oxygen, carbon contaminants containing mainly single bonds of carbon are removed with active hydrogen using ECR plasma. Since no film is formed on the insulating substrate 1200, there is no influence of the charge in the active hydrogen. Therefore, a high frequency bias is applied to the insulating substrate 1200 and sputtering with hydrogen ions is performed simultaneously. Removal of carbon contaminants containing single bonds. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The hydrogen flow rate is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM. The substrate bias is 0.05 to 1.0 W / cm as high frequency power. 2 Typically 0.2W / cm 2 Apply.
[0259]
After the carbon cleaning on the insulating substrate 1200 is completed, the base film 1201 is formed without being exposed to the air. As the base film 1201, silicon oxide, nitrogen-doped silicon oxide, phosphorus-doped silicon oxide, silicon nitride, or the like is formed. As a film forming method, low pressure CVD, sputtering, parallel plate plasma CVD, ECR plasma CVD, plasma CVD such as ICP plasma CVD, or the like is used. Typically, parallel plate type plasma CVD is used.
[0260]
The film forming conditions are typically 400 ° C. at a substrate temperature of 300 to 600 ° C. Regular tetraethyl silicate (so-called TEOS): oxygen = 1: 1 to 20, typically 1: 5. The pressure is 0.1 to 2 Torr, and typically 0.3 Torr. The high frequency applied to the parallel plate electrodes is 5 to 30 MHz, typically 13.56 MHz, and the power is 0.05 to 2.0 W / cm. 2 Typically 0.7W / cm 2 Apply. The thickness of the base film 1101 is 100 to 5000 mm, typically 2000 mm.
[0261]
When the formation of the base film 1201 is completed, amorphous silicon 1202 serving as an active layer is formed in another processing chamber of the multi-chamber system without being exposed to the atmosphere. As a method for forming the amorphous silicon 1202, low-pressure CVD, sputtering, plasma CVD such as parallel plate plasma CVD, ECR plasma CVD, or ICP plasma CVD is used. Typically, parallel plate type plasma CVD is used.
[0262]
In this embodiment, amorphous silicon 1202 is formed using a parallel plate type plasma CVD apparatus. Deposition conditions are typically 300 ° C. at a substrate temperature of 150-600 ° C. SiH as reaction gas Four 10 to 500 SCCM, typically 55 SCCM is used. The pressure is 0.1 to 2 Torr, and typically 0.75 Torr. The high frequency applied to the parallel plate electrodes is 5 to 30 MHz, typically 13.56 MHz, and the power is 0.01 to 2.0 W / cm. 2 Typically 0.05 W / cm 2 Apply. The thickness of the amorphous silicon 1202 is 100 to 5000 mm, and typically 500 mm is formed. This results in FIG.
[0263]
After the amorphous silicon 1202 is formed, a thin oxide film 1203 is formed on the amorphous silicon 1202. This is because the oxide film 1203 having a thickness of 10 to 30 mm is formed by plasma oxidation or ozone oxidation using oxygen plasma before the substrate is put out into the atmosphere, or the oxide film having a thickness of 10 to 50 mm by wet oxidation using nitric acid taken out into the atmosphere. 1203 is formed. When performing plasma oxidation or ozone oxidation, since it is performed at a pressure as close to atmospheric pressure as possible, it is different from the removal of carbon contaminants by active oxygen according to the present invention.
[0264]
Thereafter, the photoresist 1204 is patterned by photolithography to form an opening 1205, and the opening 1205 portion of the oxide film 1203 is removed by wet etching or dry etching. Thereafter, using a method as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-232059 by the present applicant, nickel 1206 is attached on the photoresist 1206 and in the opening 1205 on the amorphous silicon 1202 and becomes FIG. 12B. .
[0265]
Next, the photoresist 1204 is peeled off to obtain FIG. The attached nickel 1206 remains only on the opening 1205 opened in the oxide film 1203. This is grown in nitrogen at 400 to 600 ° C., typically at 500 ° C. for 1 hour, with the opening 1205 serving as a nucleus and grown laterally, and the amorphous silicon 1202 changes to polycrystalline silicon 1202.
[0266]
Thereafter, oxide film 1203 and polycrystalline silicon 1202 are patterned at the same time to complete island 1207. Since this island 1207 is made of polycrystalline silicon 1202 which has been laterally grown, the crystal grain size is as large as several μm. Next, a substrate is set in a multi-chamber system including an ECR plasma processing apparatus in which the present invention can be implemented. The island 1207 has carbon contaminants including single and double carbon bonds because it has been in the atmosphere for a long time and has been in direct contact with the photoresist.
[0267]
First, active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone is generated from oxygen using ECR plasma, thereby cleaning the island 1207. Since only the base film 1201 and the island 1207 are formed on the insulating substrate 1200, there is no influence of the charge in the active oxygen. Therefore, a high frequency bias is applied to the insulating substrate 1200 and sputtering by oxygen ions is also performed. Although it can be performed simultaneously, since the surface of the island 1207 becomes a region for forming a channel, a high frequency bias is not applied to the substrate in order to prevent damage due to sputtering. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The flow rate of oxygen is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM.
[0268]
After removing carbon contaminants containing mainly double bonds of carbon with active oxygen, carbon contaminants containing mainly single bonds of carbon are removed with active hydrogen using ECR plasma. No high frequency bias is applied and sputtering with hydrogen ions is not performed. Removal of carbon contaminants containing primarily single bonds of carbon. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The hydrogen flow rate is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM.
[0269]
Cleaning the island 1207 with active oxygen and active hydrogen first removes carbon contaminants containing carbon double bonds with active oxygen, and then removes carbon contaminants containing carbon single bonds with active hydrogen. Although being removed, carbon contaminants containing carbon single bonds may be removed first with active hydrogen, followed by carbon contaminants containing carbon double bonds with active oxygen. At the same time, carbon contaminants containing carbon single and double bonds may be removed by active hydrogen and active oxygen.
[0270]
After removing carbon contaminants using ECR plasma, a gate insulating film 1208 is formed in another processing chamber of the multi-chamber system while the surface of the island 1207 is kept clean. As the gate insulating film 1208, an oxide film such as dry thermal oxidation, wet thermal oxidation, CVD from silane and oxygen, CVD from silane and nitrous oxide, CVD from TEOS, oxygen or ozone, or a nitrogen-doped oxide film is used. . Alternatively, silicon nitride using silane, nitrogen, and ammonia is used. Alternatively, the oxide film and the nitride film are formed by multilayer lamination of two or more layers of the same type or different types.
[0271]
In this embodiment, nitrogen-doped silicon oxide is formed using parallel plate plasma CVD. The surface of the island 1207 is cleaned using ECR plasma so that the clean surface is not exposed to the atmosphere, and directly from the ECR plasma processing chamber through the connection chamber or directly from the ECR processing chamber without the connection chamber. The substrate is transferred to the flat plate type plasma CVD processing chamber.
[0272]
Therefore, in this embodiment, nitrogen-doped silicon oxide using silane and nitrous oxide is used as the gate insulating film 1208. Film formation conditions are silane: nitrous oxide = 1: 5 to 40, typically 1:20. The substrate temperature is 250 to 500 ° C., typically 380 ° C. The high frequency is 5 to 300 MHz, typically 60 MHz. High frequency power to be input is 0.05 to 2 W / cm 2 Typically 0.5 W / cm 2 . The film is formed at a pressure of 0.1 to 2 Torr, typically 0.5 Torr. The film thickness is 200 to 2000 mm and typically 1500 mm.
[0273]
After the gate insulating film 1208 is formed, the surface of the gate insulating film 1208 is cleaned with active oxygen and active hydrogen by performing ECR plasma treatment again. After the cleaning is completed, the substrate is transferred to the conductive film deposition chamber of the multi-chamber system. Here, in the case where the substrate can be transferred to the conductive film deposition chamber without exposing the substrate to the atmosphere after the gate insulating film 1208 is formed, the gate insulating film 1208 is continuously formed without cleaning according to the present invention. The substrate may be transferred to the conductive film deposition chamber through the connection chamber.
[0274]
In the conductive film deposition chamber, an electrode material for the gate electrode 1209 is deposited. As the electrode material, a metal material such as aluminum, tantalum, titanium, or chromium, or a semiconductor material such as doped polysilicon doped with impurities at a high concentration is formed. Examples of the film forming method include DC sputtering, RF sputtering, resistance heating evaporation, electron beam evaporation, and low pressure CVD.
[0275]
In this embodiment, a sputtering film forming chamber in which aluminum is formed by DC magnetron sputtering is used. As a target material for sputtering, a material doped with silicon or scandium to improve aluminum hillock and heat resistance for heating in a later step is used. Typically, a target obtained by doping scandium with aluminum is used. The scandium doping amount is 0.05 to 1 wt%, and typically an aluminum target doped with 0.18 wt% is used.
[0276]
The film forming conditions are as follows: argon is flowed at 10-30 SCCM, typically 20 SCCM, pressure is 1-10 mTorr, typically 2 mTorr, input power is 500-3000 W, typically 1500 W, and the substrate temperature is Film is formed at room temperature. The film thickness is 2000 to 6000 mm, and typically 4000 mm is formed.
[0277]
After the conductive film for the gate electrode 1209 is formed, the conductive film is taken out into the atmosphere, the resist is patterned by photolithography, and aluminum is etched to form the gate electrode 1209. After the gate electrode 1209 is formed, boron or phosphorus is implanted through the gate insulating film 1208 and the oxide film 1203 using the gate electrode 1209 as a mask by ion implantation.
[0278]
After the boron or phosphorus implantation is completed, the region amorphized by the implantation is crystallized again by laser light to form source / drain regions 1210. Thereafter, an interlayer insulating film 1211 is formed over the substrate. Here, when the interlayer insulating film 1211 is formed, cleaning according to the present invention is performed. The substrate surface is cleaned with active oxygen and active hydrogen using ECR plasma. Since a gate-insulated transistor is formed on the substrate, it can be influenced by the charge in active oxygen. Therefore, a high frequency bias is applied and sputtering with oxygen ions is not performed. Removal of carbon contaminants mainly containing carbon double bonds. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 3x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The flow rate of oxygen is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM.
[0279]
After removing carbon contaminants containing mainly double bonds of carbon with active oxygen, carbon contaminants containing mainly single bonds of carbon are removed with active hydrogen using ECR plasma. Since a gate-insulated transistor is formed on the substrate, it can be influenced by the charge in active oxygen. Therefore, a high frequency bias is applied and sputtering with oxygen ions is not performed. Removal of carbon contaminants containing primarily single bonds of carbon. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The hydrogen flow rate is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM.
[0280]
Here, the cleaning with active hydrogen can also serve as a so-called hydrogenation in which the grain boundary of polycrystalline silicon is terminated with hydrogen. However, in order to enhance the hydrogenation effect, a higher effect can be obtained by forming a dense film such as a nitride film on the film. After cleaning is completed, the surface is cleaned so that the clean surface is not exposed to the atmosphere, and from the ECR plasma processing chamber through the connection chamber or directly from the ECR processing chamber without the connection chamber. The substrate is transferred to the processing chamber.
[0281]
Therefore, in this embodiment, silicon oxide using TEOS and oxygen is used as the interlayer insulating film 1211. Film forming conditions are TEOS: oxygen = 1: 2 to 15, typically 1: 5. The substrate temperature is 200 to 500 ° C., typically 300 ° C. The high frequency is 5 to 300 MHz, typically 13.56 MHz. High frequency power to be input is 0.05 to 2 W / cm 2 Typically 0.7W / cm 2 . The film is formed at a pressure of 0.1 to 2 Torr, typically 0.5 Torr. The film thickness is 5000 to 15000 mm, and typically 9000 mm is formed.
[0282]
Here, in order to enhance the effect of the cleaning also serving as hydrogenation, it is better to form a silicon nitride film of about 200 to 500 A under the silicon oxide. In addition, when the substrate is not transferred to the parallel plate plasma CVD chamber after the cleaning is completed, an oxide film or a nitrogen-doped oxide film is formed using ECR plasma CVD as it is. Interlayer An insulating film 1211 is formed and hydrogen Conversion The effect of further increases.
[0283]
In the case of film formation by ECR plasma CVD, in the case of an oxide film, oxygen is converted into plasma in the ECR region, and silane is introduced in the vicinity of the substrate, thereby forming silicon oxide. In the case of nitrogen doping, nitrous oxide or the like may be used instead of oxygen. Next, holes for contact of the source / drain 1210 are formed in the interlayer insulating film 1211 by photolithography and etching. A conductive film for contact is formed thereon. Prior to the formation of the contact conductive film, first, oxygen is generated in the ECR plasma to generate active oxygen such as oxygen ions, oxygen radicals, and ozone, whereby the surface of the interlayer insulating film 1211 and the contact hole is formed. Perform cleaning. Since the transistor is formed, there is an influence due to the charge in the active oxygen, but in order to lower the contact resistance, a weak substrate bias is applied in order to simultaneously perform sputtering with some oxygen ions. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The flow rate of oxygen is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM. The substrate bias is 0.05 to 0.5 W / cm at 2 to 60 MHz as high frequency power. 2 Typically 0.1W / cm at 20MHz 2 Apply.
[0284]
After removing carbon contaminants containing mainly double bonds of carbon with active oxygen, carbon contaminants containing mainly single bonds of carbon are removed with active hydrogen using ECR plasma. High frequency bias is applied to some extent and sputtering with hydrogen ions is performed. Removal of carbon contaminants containing primarily single bonds of carbon. Pressure is 1x10 -3 ~ 5x10 -Five Torr, but typically 5x10 -Four Perform in Torr. Microwave power is 500-2000W, typically 1200W. The substrate temperature is from room temperature to 500 ° C., typically 250 ° C. The hydrogen flow rate is 5 to 200 SCCM, typically 80 SCCM. The substrate bias is 0.05 to 0.5 W / cm as high frequency power. 2 Typically 0.1 W / cm 2 Apply.
[0285]
In order to maintain the clean surface with reduced carbon contamination by cleaning the contact holes, the substrate is moved to the sputtering process chamber without exposing the substrate to the atmosphere. Aluminum is deposited by sputtering as the contact conductive film. Film formation rear A contact electrode 1212 is formed by photolithography and etching, resulting in FIG.
[0286]
Thus, the present invention is used to form a thin film transistor having a large crystal grain size, that is, high mobility, using polycrystalline silicon grown laterally. Comparing TFTs that were made the same in all other processes without using the present invention and TFTs in the process that included the present invention, the TFT with a threshold value of 2 V with N channel is not used. In the P channel, it was -3V, but in the case of using the present invention, the N channel was 1V and the P channel was -1.5V. Also, the mobility is 90 cm in the N channel without using the present invention. 2 / Vsec, 80cm with P channel 2 / Vsec, but the one using the present invention is 120 cm with an N channel. 2 / 100sec with P channel at Vsec 2 / Vsec.
[0287]
【The invention's effect】
As described above, the present invention relates to carbon contaminant removal in a semiconductor device manufacturing method, and the semiconductor interface is particularly important by removing contamination of the substrate surface due to all carbon contamination including carbon single bonds. This has a great effect on improving the characteristics and reliability of semiconductors such as MOS and MIS structures.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the degree of carbon impurity removal by XPS on a substrate surface according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a degree of removal of carbon impurities by XPS on a substrate surface according to a conventional technique.
FIG. 3 is a diagram showing an apparatus for carrying out the present invention.
FIG. 4 is a view showing an apparatus for carrying out the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a part of the principle of the present invention.
FIG. 6 shows an apparatus for carrying out the present invention.
FIG. 7 shows an apparatus for carrying out the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an apparatus for carrying out the present invention.
FIG. 9 is a view showing an apparatus for carrying out the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an apparatus for carrying out the present invention.
FIG. 11 shows a semiconductor process using the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a semiconductor process using the present invention.
[Explanation of symbols]
1100 Insulating substrate
1101 Underlayer
1102 Island
1103 Island
1104 Gate insulating film
1105 Gate electrode
1106 laser
1107 Source / drain
1108 Interlayer film
1109 Pixel electrode
1110 Contact electrode
1111 Protective film

Claims (10)

第1のチャンバーにおいて、減圧状態でマイクロ波と磁場で活性化された水素を用いて、絶縁基板表面の少なくとも一部の炭素の一重結合を含む不純物を減少させた後、
第2のチャンバーにおいて、前記絶縁基板上に下地膜を形成することを特徴とする半導体装置製造方法。
In the first chamber, after hydrogen having been activated by a microwave and a magnetic field under reduced pressure is used to reduce impurities including a single bond of carbon on at least a part of the surface of the insulating substrate,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a base film on the insulating substrate in the second chamber.
第1のチャンバーにおいて、減圧状態でマイクロ波と磁場で活性化された水素と酸素を用いて、絶縁基板表面の少なくとも一部の炭素の一重結合および二重結合を含む不純物を減少させた後、
第2のチャンバーにおいて、前記絶縁基板上に下地膜を形成することを特徴とする半導体装置製造方法。
In the first chamber, after reducing impurities including a single bond and a double bond of at least a part of carbon on the surface of the insulating substrate using hydrogen and oxygen activated by a microwave and a magnetic field in a reduced pressure state,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a base film on the insulating substrate in the second chamber.
第1のチャンバーにおいて、減圧状態でマイクロ波と磁場で活性化された水素と酸素を用いて、絶縁基板上に形成されているものの表面の少なくとも一部の炭素の一重結合および二重結合を含む不純物を減少させた後、
第2のチャンバーにおいて、前記表面上に膜を形成することを特徴とする半導体装置製造方法。
In the first chamber, hydrogen and oxygen activated by a microwave and a magnetic field in a reduced pressure state are used to include at least a part of carbon single and double bonds formed on the insulating substrate. After reducing impurities,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a film is formed on the surface in the second chamber.
請求項3において、
炭素の一重結合を減少させるのと同時に薄膜トランジスタの水素化を行うことを特徴とする半導体装置製造方法。
In claim 3,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein hydrogenation of a thin film transistor is performed simultaneously with reduction of carbon single bonds.
請求項3又は請求項において、
前記膜はゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、導電膜、または保護膜であることを特徴とする半導体装置製造方法。
In claim 3 or claim 4 ,
The semiconductor device manufacturing method, wherein the film is a gate insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, a conductive film, or a protective film.
請求項3又は請求項において、
前記膜は窒素が含まれた酸化珪素膜であることを特徴とする半導体装置製造方法。
In claim 3 or claim 4 ,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the film is a silicon oxide film containing nitrogen.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記第1のチャンバーと前記第2のチャンバーは同一のチャンバーであることを特徴とする半導体装置製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first chamber and the second chamber are the same chamber.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記第1のチャンバーと前記第2のチャンバーは異なるチャンバーであり、前記下地膜または前記膜形成中は前記第2のチャンバーは前記第1のチャンバーとゲートバルブにより隔てられていることを特徴とする半導体装置製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6 ,
The first chamber and the second chamber are different chambers, and the second chamber is separated from the first chamber by a gate valve during the formation of the base film or the film. Semiconductor device manufacturing method.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記第1のチャンバーと前記第2のチャンバーの間に第3のチャンバーがあり、前記第3のチャンバーを通って前記絶縁基板を前記第1のチャンバーから前記第2のチャンバーへ移動させることを特徴とする半導体装置製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 8 ,
There is a third chamber between the first chamber and the second chamber, and the insulating substrate is moved from the first chamber to the second chamber through the third chamber. A semiconductor device manufacturing method.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記水素または前記酸素は、マイクロ波と磁場による電子サイクロトロン共鳴を用いて活性化されることを特徴とする半導体装置製造方法。
In any one of Claims 1 thru | or 9 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the hydrogen or the oxygen is activated using electron cyclotron resonance by a microwave and a magnetic field.
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