JP5102467B2 - 基板処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板処理方法に関し、特に、熱酸化膜と窒化シリコン膜とが形成された基板を処理する基板処理方法に関する。
熱酸化処理によって形成された熱酸化膜、例えば、酸化シリコン膜と、ＣＶＤ処理等によって形成された窒化シリコン膜とを有する半導体デバイス用のウエハ（基板）が知られている。窒化シリコン膜は、反射防止（ＢＡＲＣ）膜やゲートとソース／ドレインとを分離するスペーサとして用いられる。また、熱酸化膜はゲート酸化膜を構成する。
窒化シリコン膜のエッチング方法として、フッ素を構成元素とし炭素を構成元素としない化合物ガス、例えば、ＨＦガスを含む化合物ガスをプラズマ化し、該プラズマ化した化合物ガスを炭素と反応させて化学種（ラジカル）を形成し、窒化シリコン膜を化学種でエッチングする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２６４１８３号公報
しかしながら、上記化学種は熱酸化膜もエッチングしてしまう。例えば、シリコン基材上にゲート絶縁膜として酸化シリコン膜（熱酸化膜）が形成され、さらに酸化シリコン膜上に反射防止膜としての窒化シリコン膜が形成されているウエハでは、上記エッチング方法により、窒化シリコン膜だけでなく、酸化シリコン膜までもエッチングされる。ここで、通常、ゲート絶縁膜は反射防止膜よりも薄く形成されているため、窒化シリコン膜が除去されるよりも先に酸化シリコン膜が除去されてしまい、その結果、シリコン基材までも損傷させて（エッチングして）しまう。
本発明の目的は、窒化膜を選択的に除去することができる基板処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理方法は、熱酸化処理によって形成された熱酸化膜と、該熱酸化膜上にＣＶＤ処理によって形成されて膜の構造が疎である窒化膜とを有する基板を処理する基板処理方法であって、前記基板に酸素を含むプラズマを接触させる酸素プラズマ接触ステップと、前記酸素を含むプラズマが接触した前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップとを有し、前記ＨＦガス供給ステップは、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない環境で、且つＨ２Ｏガスを供給しないで、前記熱酸化膜と、前記酸素プラズマ接触ステップにおいて前記窒化膜が変化した一酸化珪素膜とを有する前記基板に向けて前記ＨＦガスを供給することを特徴とする。
また、請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記熱酸化膜は、二酸化珪素膜であり、前記窒化膜は、窒化珪素膜であり、前記ＨＦガス供給ステップは、前記二酸化珪素膜および前記窒化珪素膜が変化した一酸化珪素膜とからなる密度が異なる二種類の酸化珪素膜が同時に存在する状態で、前記二種類の酸化珪素膜のうち密度が低い酸化珪素膜に水分を残すように、前記チャンバ内から水分子を除去した後、前記ＨＦガスを供給して前記密度の低い酸化珪素膜を選択的に除去することを特徴とする。
また、請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記熱酸化膜は、二酸化珪素膜であり、前記窒化膜は、窒化珪素膜であり、前記ＨＦガス供給ステップは、前記二酸化珪素膜および前記窒化珪素膜が変化した一酸化珪素膜とからなる密度が異なる二種類の酸化珪素膜が同時に存在する状態で、前記二種類の酸化珪素膜のうち密度が低い酸化珪素膜に水分を残すように、前記チャンバ内から水分子を除去した後、前記ＨＦガスを供給して前記密度の低い酸化珪素膜を選択的に除去することを特徴とする。
請求項３記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記基板は前記熱酸化膜上において突出する凸状の導電部を備え、前記窒化膜は前記導電部の側面及び頂面を覆い、前記酸素プラズマ接触ステップでは、前記酸素を含むプラズマ中の活性種が前記側面と略平行に移動して前記窒化膜に接触することを特徴とする。
請求項４記載の基板処理方法は、請求項３記載の基板処理方法において、前記活性種は少なくとも陽イオンを含むことを特徴とする。
請求項５記載の基板処理方法は、請求項３又は４記載の基板処理方法において、前記窒化膜のうち前記凸状の導電部を覆う平坦な部分及び前記凸状の導電部を覆わない平坦な部分を選択的に酸化する選択的酸化ステップを有することを特徴とする。
請求項６記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記基板は前記熱酸化膜上において該基板の表面から垂直に突出する凸状の導電部を備え、前記窒化膜は前記導電部の側面及び頂面を覆い、前記酸素プラズマ接触ステップでは、前記酸素を含むプラズマ中の活性種が前記基板の表面に対して略垂直に移動して前記窒化膜に接触することを特徴とする。
請求項７記載の基板処理方法は、請求項６記載の基板処理方法において、前記窒化膜のうち前記凸状の導電部を覆う平坦な部分及び前記凸状の導電部を覆わない平坦な部分を選択的に酸化する選択的酸化ステップを有することを特徴とする。
請求項８記載の基板処理方法は、請求項２記載の基板処理方法において、前記一酸化珪素の密度は、前記二酸化珪素膜の密度よりも低いことを特徴とする。
請求項９記載の基板処理方法は、請求項８記載の基板処理方法において、前記ＨＦガス供給ステップにおいて、前記チャンバから水分を除去する際に、前記密度の低い酸化珪素膜のみに水分を残すように、前記チャンバ内圧力を１．３×１０ ２ 〜１．１×１０ ３ Ｐａ（１〜８Ｔｏｒｒ）に設定し、前記チャンバ内の雰囲気温度を４０℃〜６０℃に設定することを特徴とする。
請求項１０記載の基板処理方法は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の基板処理方法において、前記ＨＦガスは、流量４０ＳＣＣＭ〜６０ＳＣＣＭで供給されることを特徴とする。
請求項９記載の基板処理方法は、請求項８記載の基板処理方法において、前記ＨＦガス供給ステップにおいて、前記チャンバから水分を除去する際に、前記密度の低い酸化珪素膜のみに水分を残すように、前記チャンバ内圧力を１．３×１０ ２ 〜１．１×１０ ３ Ｐａ（１〜８Ｔｏｒｒ）に設定し、前記チャンバ内の雰囲気温度を４０℃〜６０℃に設定することを特徴とする。
請求項１０記載の基板処理方法は、請求項１乃至９の何れか１項に記載の基板処理方法において、前記ＨＦガスは、流量４０ＳＣＣＭ〜６０ＳＣＣＭで供給されることを特徴とする。
請求項１記載の基板処理方法によれば、熱酸化処理によって形成された熱酸化膜と、該熱酸化膜上にＣＶＤ処理によって形成されて膜の構造が疎である窒化膜とを有する基板に酸素を含むプラズマが接触し、さらに、該基板に向けてＨＦガスが供給される。酸素を含むプラズマは窒化膜を一酸化珪素膜に変化させ、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない環境でＨＦガスから生成されたフッ酸は窒化膜から変化した一酸化珪素膜を選択的にエッチングする。したがって、窒化膜を選択的に除去することができる。
請求項３記載の基板処理方法によれば、導電部の側面及び頂面を覆う窒化膜に向けて酸素を含むプラズマ中の活性種が側面と略平行に移動し、該活性種は窒化膜と接触して窒化膜を酸化膜に変化させる。窒化膜における導電部の側面を覆う部分の上記活性種の移動方向に沿う厚さは大きいため、活性種は導電部の側面を覆う部分内に十分に進入できない。その結果、導電部の側面において酸化膜に変化しない窒化膜が残る。ＨＦガスから生成されたフッ酸は窒化膜から変化した酸化膜を選択的にエッチングするが、窒化膜はエッチングしない。したがって、窒化膜のうち、導電部の側面を覆う部分を除去することなく、他の部分を選択的に除去することができる。
請求項４記載の基板処理方法によれば、活性種は少なくとも陽イオンを含む。プラズマが発生した際に基板の表面近傍の空間に発生するシースは陽イオンを基板の表面に向けて加速する。したがって、陽イオンを基板上の窒化膜に確実に接触させることができる。
請求項５記載の基板処理方法によれば、窒化膜のうち凸状の導電部を覆う平坦な部分及び凸状の導電部を覆わない平坦な部分が選択的に酸化される。ＨＦガスから生成されたフッ酸は窒化膜から変化した一酸化珪素膜を選択的にエッチングする。したがって、窒化膜の上記平坦な部分を選択的に除去することができる。
請求項６記載の基板処理方法によれば、基板の表面から垂直に突出する凸状の導電部の側面及び頂面を覆う窒化膜に向けて酸素を含むプラズマ中の活性種が基板の表面に対して略垂直に移動し、該活性種は窒化膜と接触して窒化膜を酸化膜に変化させる。窒化膜における導電部の側面を覆う部分の基板の表面に対する垂直方向に沿う厚さは大きいため、基板の表面に対して略垂直に移動する活性種は導電部の側面を覆う部分内に十分に進入できない。その結果、導電部の側面において酸化膜に変化しない窒化膜が残る。ＨＦガスから生成されたフッ酸は窒化膜から変化した酸化膜を選択的にエッチングするが、窒化膜はエッチングしない。したがって、窒化膜のうち、導電部の側面を覆う部分を除去することなく、他の部分を選択的に除去することができる。
請求項７記載の基板処理方法によれば、窒化膜のうち凸状の導電部を覆う平坦な部分及び凸状の導電部を覆わない平坦な部分が選択的に酸化される。ＨＦガスから生成されたフッ酸は窒化膜から変化した一酸化珪素膜を選択的にエッチングする。したがって、窒化膜の上記平坦な部分を選択的に除去することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る基板処理方法を実行する基板処理システムについて説明する。
図１は、本実施の形態に係る基板処理方法を実行する基板処理システムの概略構成を示す平面図である。
図１において、基板処理システム１０（基板処理装置）は、半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗ（基板）にプラズマ処理を施す第１のプロセスシップ１１と、該第１のプロセスシップ１１と平行に配置され、第１のプロセスシップ１１においてプラズマ処理が施されたウエハＷに後述する選択的エッチング処理を施す第２のプロセスシップ１２と、第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２がそれぞれ接続された矩形状の共通搬送室としてのローダーモジュール１３とを備える。
ローダーモジュール１３には、上述した第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２の他、２５枚のウエハＷを収容する容器としてのフープ（Front Opening Unified Pod）１４がそれぞれ載置される３つのフープ載置台１５と、フープ１４から搬出されたウエハＷの位置をプリアライメントするオリエンタ１６と、ウエハＷの表面状態を計測する第１及び第２のＩＭＳ（Integrated Metrology System、Therma-Wave, Inc.）１７，１８とが接続されている。
第１のプロセスシップ１１及び第２のプロセスシップ１２は、ローダーモジュール１３の長手方向に沿う側壁に接続されると共にローダーモジュール１３を挟んで３つのフープ載置台１５と対向するように配置され、オリエンタ１６はローダーモジュール１３の長手方向に関する一端に配置され、第１のＩＭＳ１７はローダーモジュール１３の長手方向に関する他端に配置され、第２のＩＭＳ１８は３つのフープ載置台１５と並列に配置される。
ローダーモジュール１３は、内部に配置された、ウエハＷを搬送するスカラ型デュアルアームタイプの搬送アーム機構１９と、各フープ載置台１５に対応するように側壁に配置されたウエハＷの投入口としての３つのロードポート２０とを有する。搬送アーム機構１９は、フープ載置台１５に載置されたフープ１４からウエハＷをロードポート２０経由で取り出し、該取り出したウエハＷを第１のプロセスシップ１１、第２のプロセスシップ１２、オリエンタ１６、第１のＩＭＳ１７や第２のＩＭＳ１８へ搬出入する。
第１のＩＭＳ１７は光学系のモニタであり、搬入されたウエハＷを載置するステージ２１と、該ステージ２１に載置されたウエハＷを指向する光学センサ２２とを有し、ウエハＷの表面形状、例えば、ポリシリコン膜の膜厚、配線溝やゲート電極等のＣＤ（Critical Dimension）値を測定する。第２のＩＭＳ１８も光学系のモニタであり、第１のＩＭＳ１７と同様に、ステージ２３と光学センサ２４とを有する。
第１のプロセスシップ１１は、ウエハＷにプラズマ処理を施す第１のプロセスモジュール２５（酸素プラズマ接触装置）と、該第１のプロセスモジュール２５にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの第１の搬送アーム２６を内蔵する第１のロード・ロックモジュール２７とを有する。
第１のプロセスモジュール２５は、円筒状の処理室容器（チャンバ）と、該チャンバ内に配置された上部電極及び下部電極（いずれも図示しない）とを有し、該上部電極及び下部電極の間の距離はウエハＷにプラズマ処理を施すための適切な間隔に設定されている。また、下部電極はウエハＷをクーロン力等によってチャックするＥＳＣ２８をその頂部に有する。
第１のプロセスモジュール２５では、チャンバ内部に酸素ガスを導入し、上部電極及び下部電極間に電界を発生させることによって導入された酸素ガスをプラズマ化して酸素プラズマを発生させ、該酸素プラズマ中に含まれる活性種、具体的には陽イオンをウエハＷに接触させることによってプラズマ処理を施す。
第１のプロセスシップ１１では、ローダーモジュール１３の内部圧力は大気圧に維持される一方、第１のプロセスモジュール２５の内部圧力は真空に維持される。そのため、第１のロード・ロックモジュール２７は、第１のプロセスモジュール２５との連結部に真空ゲートバルブ２９を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ゲートバルブ３０を備えることによって、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成される。
第１のロード・ロックモジュール２７の内部には、略中央部に第１の搬送アーム２６が設置され、該第１の搬送アーム２６より第１のプロセスモジュール２５側に第１のバッファ３１が設置され、第１の搬送アーム２６よりローダーモジュール１３側には第２のバッファ３２が設置される。第１のバッファ３１及び第２のバッファ３２は、第１の搬送アーム２６の先端部に配置されたウエハＷを支持する支持部（ピック）３３が移動する軌道上に配置され、プラズマ処理済みのウエハＷを一時的に支持部３３の軌道の上方に待避させることにより、未処理のウエハＷと処理済みのウエハＷとの第１のプロセスモジュール２５における円滑な入れ換えを可能とする。
第２のプロセスシップ１２は、ウエハＷに後述する選択的エッチング処理を施す第２のプロセスモジュール３４と、該第２のプロセスモジュール３４に真空ゲートバルブ３５を介して接続され、且つ第２のプロセスモジュール３４にウエハＷを受け渡すリンク型シングルピックタイプの第２の搬送アーム３６を内蔵する第２のロード・ロックモジュール３７とを有する。
図２は、図１における第２のプロセスモジュールの断面図であり、図２（Ａ）は図１における線Ｉ−Ｉに沿う断面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ部の拡大図である。
図２（Ａ）において、第２のプロセスモジュール３４は、円筒状の処理室容器（チャンバ）３８と、該チャンバ３８内に配置されたウエハＷの載置台３９と、チャンバ３８の上方において載置台３９と対向するように配置されたシャワーヘッド４０と、チャンバ３８内のガス等を排気するＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）４１と、チャンバ３８及びＴＭＰ４１の間に配置され、チャンバ３８内の圧力を制御する可変式バタフライバルブとしてのＡＰＣ（Adaptive Pressure Control）バルブ４２とを有する。
シャワーヘッド４０は円板状のガス供給部４３（ＨＦガス供給装置）を有し、ガス供給部４３はバッファ室４４を有する。バッファ室４４はガス通気孔４５を介してチャンバ３８内に連通する。
シャワーヘッド４０のガス供給部４３におけるバッファ室４４はＨＦガス供給系（図示しない）に接続されている。該ＨＦガス供給系はバッファ室４４へＨＦガスを供給する。該供給されたＨＦガスはガス通気孔４５を介してチャンバ３８内へ供給される。シャワーヘッド４０のガス供給部４３はヒータ（図示しない）、例えば、加熱素子を内蔵する。この加熱素子は、バッファ室４４内のＨＦガスの温度を制御する。
シャワーヘッド４０では、図２（Ｂ）に示すように、ガス通気孔４５におけるチャンバ３８内への開口部は末広がり状に形成される。これにより、ＨＦガスをチャンバ３８内へ効率よく拡散することができる。さらに、ガス通気孔４５は断面がくびれ形状を呈するので、チャンバ３８で発生した残留物等がガス通気孔４５、引いては、バッファ室４４へ逆流するのを防止する。
また、第２のプロセスモジュール３４では、チャンバ３８の側壁がヒータ（図示しない）、例えば、加熱素子を内蔵する。これにより、チャンバ３８内の雰囲気温度を常温より高く設定することができ、後述する一酸化珪素膜５４のフッ酸による除去を促進することができる。また、側壁内の加熱素子は、側壁を加熱することによって一酸化珪素膜５４のフッ酸による除去の際に発生した残留物が側壁の内側に付着するのを防止する。
載置台３９は調温機構として冷媒室（図示しない）を内部に有する。該冷媒室には所定温度の冷媒、例えば、冷却水やガルデン液が供給され、当該冷媒の温度によって載置台３９の上面に載置されたウエハＷの温度が制御される。
図１に戻り、第２のロード・ロックモジュール３７は、第２の搬送アーム３６を内蔵する筐体状の搬送室（チャンバ）４６を有する。また、ローダーモジュール１３の内部圧力は大気圧に維持される一方、第２のプロセスモジュール３４の内部圧力は大気圧以下、例えば、ほぼ真空に維持される。そのため、第２のロード・ロックモジュール３７は、第２のプロセスモジュール３４との連結部に真空ゲートバルブ３５を備えると共に、ローダーモジュール１３との連結部に大気ドアバルブ４７を備えることによって、その内部圧力を調整可能な真空予備搬送室として構成される。
また、基板処理システム１０は、ローダーユニット１３の長手方向に関する一端に配置されたオペレーションパネル４８を備える。オペレーションパネル４８は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）からなる表示部を有し、該表示部は基板処理システム１０の各構成要素の動作状況を表示する。
ところで、熱酸化処理によって形成された熱酸化膜と、ＣＶＤ処理によって形成された不純物を含む酸化膜とを有するウエハにおいて、不純物を含む酸化膜を選択的にエッチングする方法として、例えば、ＨＦガス、又はＨＦガス及びＨ２Ｏガスの混合ガスをプラズマ化することなく用いる方法が知られている（例えば、特開平０６−１８１１８８号公報参照。）。
また、本発明者は、熱酸化膜に対する不純物を含む酸化膜の選択比を、上記方法よりも高めるべく、各種実験を行ったところ、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない環境下において、Ｈ２Ｏガスを供給することなく、ＨＦガスのみをウエハＷに向けて供給した場合、熱酸化膜に対する不純物を含む酸化膜の選択比を大幅に高めることができることを発見した。
そして、本発明者は上記高選択比実現のメカニズムについて鋭意研究を行い、以下に説明する仮説を類推するに至った。
ＨＦガスはＨ２Ｏと結びつくことによってフッ酸となり、該フッ酸は酸化膜を侵して除去する。ここで、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない環境下において、ＨＦガスがフッ酸になるためには、酸化膜が含んでいる水（Ｈ２Ｏ）分子と結びつく必要がある。
不純物を含む酸化膜はＣＶＤ処理等の蒸着によって形成されるため、膜の構造が疎であり、水分子が吸着しやすい。したがって、不純物を含む酸化膜にはある程度水分子が含まれている。不純物を含む酸化膜に達したＨＦガスはこの水分子と結びつきフッ酸となる。そして、このフッ酸は不純物を含む酸化膜を侵していく。
一方、熱酸化膜は８００〜９００℃の環境下における熱酸化処理によって形成されるため、膜形成時に水分子を含むことがなく、また、膜の構造も密であるため、水分子が吸着しにくい。したがって、熱酸化膜には殆ど水分子が含まれていない。供給されたＨＦガスが熱酸化膜に達しても、水分子が存在しないため、フッ酸となることがない。その結果、熱酸化膜が侵されることはない。
これにより、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない環境下において、Ｈ２Ｏガスを供給することなく、ＨＦガスのみをウエハＷに向けて供給すると、熱酸化膜に対する不純物を含む酸化膜の選択比を大幅に高めることができる（選択的エッチング処理）。
本実施の形態では、図３（Ａ）に示すようなシリコン基材５０上に、熱酸化処理によって形成されたＳｉＯ２からなる熱酸化膜５１と、ＣＶＤ処理によって形成されたＳｉＮからなる窒化シリコン膜５２（窒化膜）とが積層されたウエハＷにおいて、窒化シリコン膜５２を選択的に除去するために、上述したフッ酸による選択的エッチング処理を利用する。具体的には、ウエハＷにおける窒化シリコン膜５２を酸化処理によって酸化膜に変化させた後に上述したフッ酸による選択的エッチング処理を利用する。
以下、本実施の形態における窒化シリコン膜５２の酸化処理について説明する。
窒化シリコン膜５２に酸素（Ｏ２）ガスから生成された酸素プラズマ（Ｏ２プラズマ）中の活性種５３、例えば、陽イオンを接触させる（図３（Ｂ））と、窒化シリコン膜５２中のＳｉＮと酸素プラズマ中の活性種とが下記式に示す化学反応を起こし、
２ＳｉＮ＋Ｏ２ → ２ＳｉＮＯ
ＳｉＮＯが生成される。ＳｉＮＯは不安定な物質であるため、下記式に示すように、窒素が分離して昇華し、
２ＳｉＮＯ → ２ＳｉＯ＋Ｎ２↑
ＳｉＯ（一酸化珪素）が生成される。これにより、窒化シリコン膜５２はＳｉＯからなる一酸化珪素膜５４に変化する（図３（Ｃ））。一酸化珪素膜５４はＣＶＤ処理によって形成されて膜の構造が疎である窒化シリコン膜５２が変化したものであるため、一酸化珪素膜５４の膜の構造も疎である。したがって、一酸化珪素膜５４にはある程度水分子が含まれている。本実施の形態では、この一酸化珪素膜５４をフッ酸による選択的エッチング処理を利用して選択的にエッチングし、結果として窒化シリコン膜５２を選択的に除去する。
２ＳｉＮ＋Ｏ２ → ２ＳｉＮＯ
ＳｉＮＯが生成される。ＳｉＮＯは不安定な物質であるため、下記式に示すように、窒素が分離して昇華し、
２ＳｉＮＯ → ２ＳｉＯ＋Ｎ２↑
ＳｉＯ（一酸化珪素）が生成される。これにより、窒化シリコン膜５２はＳｉＯからなる一酸化珪素膜５４に変化する（図３（Ｃ））。一酸化珪素膜５４はＣＶＤ処理によって形成されて膜の構造が疎である窒化シリコン膜５２が変化したものであるため、一酸化珪素膜５４の膜の構造も疎である。したがって、一酸化珪素膜５４にはある程度水分子が含まれている。本実施の形態では、この一酸化珪素膜５４をフッ酸による選択的エッチング処理を利用して選択的にエッチングし、結果として窒化シリコン膜５２を選択的に除去する。
次に、本実施の形態に係る基板処理方法について説明する。本実施の形態に係る基板処理方法は図１の基板処理システム１０が実行する。
まず、シリコン基材５０上にＳｉＯ２からなる熱酸化膜５１が形成され、且つ熱酸化膜５１上にＳｉＮからなる窒化シリコン膜５２が形成されているウエハＷを準備する（図３（Ａ）））。そして、該ウエハＷを第１のプロセスモジュール２５のチャンバ内に搬入し、ＥＳＣ２８上に載置する。
次いで、チャンバ内に酸素ガスを導入し、上部電極及び下部電極間に電界を発生させることによって酸素ガスをプラズマ化して酸素プラズマ中に活性種５３を発生させ、該酸素プラズマ中の活性種５３を窒化シリコン膜５２に接触させる（酸素プラズマ接触ステップ）。このとき、電界に起因してウエハＷの表面近傍の空間にシース５５がウエハＷの表面と平行に発生する。シース５５内ではウエハＷの表面に対して垂直方向に沿って電位差が生じるため、シース５５を通過する酸素プラズマ中の活性種５３、例えば、陽イオンはシース５５により、ウエハＷの表面に対して垂直方向に加速される。その結果、酸素プラズマ中の活性種５３はウエハＷの表面に形成された窒化シリコン膜５２に対して垂直に接触する（図３（Ｂ））。窒化シリコン膜５２に接触した酸素プラズマ中の活性種５３は、上述したように、窒化シリコン膜５２を一酸化珪素膜５４に変化させる（図３（Ｃ））。
次いで、ウエハＷを第１のプロセスモジュール２５のチャンバから搬出し、ローダーモジュール１３を経由して第２のプロセスモジュール３４のチャンバ３８内に搬入する。このとき、ウエハＷを載置台３９上に載置する。
次いで、チャンバ３８内の圧力をＡＰＣバルブ４２等によって１．３×１０１〜１．１×１０３Ｐａ（１〜８Ｔｏｒｒ）に設定し、チャンバ３８内の雰囲気温度を側壁内のヒータによって４０〜６０℃に設定する。そして、シャワーヘッド４０のガス供給部４３からＨＦガスを流量４０〜６０ＳＣＣＭでウエハＷに向けて供給する（ＨＦガス供給ステップ）（図３（Ｄ））。なお、このとき、チャンバ３８内から水分子をほぼ除去し、また、Ｈ２Ｏガスをチャンバ３８内に供給しない。
一酸化珪素膜５４は、上述したように、ある程度水分子を含み、一酸化珪素膜５４に達したＨＦガスは一酸化珪素膜５４に含まれている水分子と結びついてフッ酸となる。そして、このフッ酸は一酸化珪素膜５４を除去する。一方、フッ酸によって一酸化珪素膜５４が除去されて熱酸化膜５１が露出した後、ＨＦガスが熱酸化膜５１に達しても、熱酸化膜５１には殆ど水分子が含まれていないため、ＨＦガスはフッ酸となることは殆どなく、熱酸化膜５１が除去されることは殆どない。その結果、一酸化珪素膜５４が選択的にエッチングされて除去される（図３（Ｅ））。
次いで、ウエハＷを第２のプロセスモジュール３４のチャンバ３８から搬出し、本処理を終了する。
本実施の形態に係る基板処理方法によれば、熱酸化膜５１及び窒化シリコン膜５２を有するウエハＷに酸素プラズマ中の活性種５３が接触し、さらに、該ウエハＷに向けてＨＦガスが供給される。酸素プラズマ中の活性種５３は窒化シリコン膜５２を一酸化珪素膜５４に変化させ、ＨＦガスから生成されたフッ酸は窒化シリコン膜５２から変化した一酸化珪素膜５４を選択的にエッチングする。したがって、窒化シリコン膜５２を選択的に除去することができる。
上述した基板処理方法では、ＨＦガスがウエハＷに向けて供給される際、チャンバ３８内から水分子がほぼ除去され、また、Ｈ２Ｏガスがチャンバ３８内に供給されないので、水分子を殆ど含まない熱酸化膜５１では、ＨＦガスと水分子とが結びつくことが殆ど無くフッ酸が殆ど発生しないため、酸化膜５１が除去されることは殆どない。したがって、一酸化珪素膜５４をより確実に選択的にエッチングすることができる。
また、上述した基板処理方法では、チャンバ３８内から水分子がほぼ除去され、Ｈ２Ｏガスがチャンバ３８内に供給されることがなく、さらに、ウエハＷにおける一酸化珪素膜５４に含まれた水分子はＳｉＯ２とフッ酸との反応に用いられて消費される。したがって、チャンバ３８内を非常にドライな状態に維持することができる。その結果、水分子に起因するパーティクルやウエハＷ上のウォーターマークの発生を抑制することができ、もって、ウエハＷから製造される半導体デバイスの信頼性をより向上することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る基板処理方法について説明する。
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、処理が施される基板の構成が上述した第１の実施の形態と異なるのみである。したがって、同様の構成については説明を省略し、以下に第１の実施の形態と異なる構成や作用についてのみ説明を行う。
図４は、本実施の形態に係る基板処理方法を示す工程図である。
まず、シリコン基材６０上にＳｉＯ２からなる熱酸化膜６１が均一に形成され、該熱酸化膜６１においてウエハＷ’の表面から垂直に突出する断面略矩形のポリシリコンからなるゲート電極６２（凸状の導電部）が形成され、且つ熱酸化膜６１上にＳｉＮからなる窒化シリコン膜６３が形成されているウエハＷ’を準備する。このウエハＷ’において窒化シリコン膜６３は熱酸化膜６１だけでなく、ゲート電極６２の側面及び頂面を覆う（図４（Ａ）））。そして、該ウエハＷ’を第１のプロセスモジュール２５のチャンバ内に搬入し、ＥＳＣ２８上に載置する。
次いで、チャンバ内に酸素ガスを導入し、上部電極及び下部電極間に電界を発生させることによって酸素ガスをプラズマ化して酸素プラズマ中に活性種５３を発生させ、該酸素プラズマ中の活性種５３を窒化シリコン膜６３に接触させる（酸素プラズマ接触ステップ）。このとき、第１の実施の形態と同様に、ウエハＷ’の表面近傍の空間にシース５５がウエハＷ’の表面と平行に発生する。
シース５５を通過する酸素プラズマ中の活性種５３、例えば、陽イオンはシース５５により、ウエハＷ’の表面に対して垂直方向に加速されて該垂直方向に沿って移動する。ウエハＷ’の表面に対する垂直方向はゲート電極６２の側面と平行であるため、シース５５を通過した酸素プラズマ中の活性種５３はゲート電極６２の側面と略平行に移動し、窒化シリコン膜６３に対して垂直に接触する（図４（Ｂ））。
窒化シリコン膜６３に接触した酸素プラズマ中の活性種５３は、上述したように、窒化シリコン膜６３を一酸化珪素膜６４に変化させるが、窒化シリコン膜６３におけるゲート電極６２の側面を覆う部分の活性種５３の移動方向（ウエハＷ’の表面に対する垂直方向）に沿う厚さは大きいため、酸素プラズマ中の活性種５３はゲート電極６２の側面を覆う部分内に十分に進入できない。その結果、ゲート電極６２の側面において一酸化珪素膜６４に変化しない窒化部６３ａが残る（図４（Ｃ））。一方、窒化シリコン膜６３のうちゲート電極６２の頂面を覆う平坦な部分及びゲート電極６２を覆わない平坦な部分は酸素プラズマ中の活性種５３によって一酸化珪素膜６４に変化する（選択的酸化ステップ）。
次いで、ウエハＷ’を第１のプロセスモジュール２５のチャンバから搬出し、ローダーモジュール１３を経由して第２のプロセスモジュール３４のチャンバ３８内に搬入する。このとき、ウエハＷ’を載置台３９上に載置する。
次いで、チャンバ３８内の諸条件を第１の実施の形態の諸条件と同じに設定する。そして、シャワーヘッド４０のガス供給部４３からＨＦガスを流量４０〜６０ＳＣＣＭでウエハＷ’に向けて供給する（ＨＦガス供給ステップ）（図４（Ｄ））。なお、このとき、チャンバ３８内から水分子をほぼ除去し、また、Ｈ２Ｏガスをチャンバ３８内に供給しないのは、第１の実施の形態と同様である。
ここで、一酸化珪素膜６４に達したＨＦガスは一酸化珪素膜６４に含まれている水分子と結びついてフッ酸となる。そして、このフッ酸は一酸化珪素膜６４を除去する。一方、フッ酸によって一酸化珪素膜６４が除去されて熱酸化膜６１が露出した後、ＨＦガスが熱酸化膜６１に達しても、熱酸化膜６１には殆ど水分子が含まれていないため、ＨＦガスはフッ酸となることは殆どなく、熱酸化膜６１が除去されることは殆どない。また、窒化部６３ａが露出しても該窒化部６３ａはＳｉＮからなり、ＳｉＮはフッ酸と殆ど反応しないため、窒化部６３ａも除去されることは殆どない。その結果、一酸化珪素膜６４が選択的にエッチングされて除去され、且つゲート電極６２の側面には窒化部６３ａが形成される（図４（Ｅ））。この窒化部６３ａは、ＬＤＤ（Light Doped Drain）構造においてゲート電極６２とソース／ドレインとを分離するスペーサとして機能する。
次いで、ウエハＷ’を第２のプロセスモジュール３４のチャンバ３８から搬出し、本処理を終了する。
本実施の形態に係る基板処理方法によれば、ゲート電極６２の側面及び頂面を覆う窒化シリコン膜６３に向けて酸素プラズマ中の活性種５３が側面と略平行に（ウエハＷ’の表面に対する垂直方向に沿って）移動し、該酸素プラズマ中の活性種５３は窒化シリコン膜６３と接触する。窒化シリコン膜６３におけるゲート電極６２の側面を覆う部分の活性種５３の移動方向（ウエハＷ’の表面に対する垂直方向）に沿う厚さは大きいため、酸素プラズマ中の活性種５３はゲート電極６２の側面を覆う部分内に十分に進入できない。その結果、窒化シリコン膜６３のうちゲート電極６２の頂面を覆う平坦な部分及びゲート電極６２を覆わない平坦な部分は酸素プラズマ中の活性種５３によって一酸化珪素膜６４に変化するが、ゲート電極６２の側面において一酸化珪素膜６４に変化しない窒化部６３ａが残る。ＨＦガスから生成されたフッ酸は窒化シリコン膜６３から変化した一酸化珪素膜６４を選択的にエッチングするが、窒化部６３ａは殆どエッチングしない。したがって、窒化シリコン膜６３のうち、ゲート電極６２の側面を覆う窒化部６３ａを除去することなく、他の部分、具体的には、ゲート電極６２の頂面を覆う平坦な部分及びゲート電極６２を覆わない平坦な部分の窒化シリコン膜６３を選択的に除去することができる。
なお、上述した基板処理方法において、フッ酸により全ての一酸化珪素を完全に除去することは困難であるので、窒化部６３ａ等に一酸化珪素が若干含まれていることは言うまでもない。
上述した各実施の形態では、酸素プラズマを用いて窒化シリコン膜を酸化したが、窒化シリコン膜の酸化に用いるものはこれに限られず、少なくとも酸素を含むプラズマであれば用いることができる。
また、上述した各実施の形態では、酸素プラズマをウエハＷの窒化シリコン膜５２（窒化シリコン膜５３）に接触させる際、第１のプロセスモジュール２５における下部電極にバイアス電圧を印加していないが、酸素プラズマを窒化シリコン膜５２に確実に接触させるために、下部電極にバイアス電圧を印加してもよい。
また、各実施の形態に係る基板処理方法が適用される基板は半導体デバイス用のウエハに限られず、ＬＣＤやＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であってもよい。
本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
１０ 基板処理システム
１１ 第１のプロセスシップ
１２ 第２のプロセスシップ
２５ 第１のプロセスモジュール
３４ 第２のプロセスモジュール
３８ チャンバ
３９ 載置台
４０ シャワーヘッド
４３ ガス供給部
５０，６０ シリコン基材
５１，６１ 熱酸化膜
５２，６３ 窒化シリコン膜
５３ 活性種
５４，６４ 一酸化珪素膜
６２ ゲート電極
１１ 第１のプロセスシップ
１２ 第２のプロセスシップ
２５ 第１のプロセスモジュール
３４ 第２のプロセスモジュール
３８ チャンバ
３９ 載置台
４０ シャワーヘッド
４３ ガス供給部
５０，６０ シリコン基材
５１，６１ 熱酸化膜
５２，６３ 窒化シリコン膜
５３ 活性種
５４，６４ 一酸化珪素膜
６２ ゲート電極
Claims (10)
- 熱酸化処理によって形成された熱酸化膜と、該熱酸化膜上にＣＶＤ処理によって形成されて膜の構造が疎である窒化膜とを有する基板を処理する基板処理方法であって、
前記基板に酸素を含むプラズマを接触させる酸素プラズマ接触ステップと、
前記酸素を含むプラズマが接触した前記基板に向けてＨＦガスを供給するＨＦガス供給ステップとを有し、
前記ＨＦガス供給ステップは、Ｈ２Ｏが殆ど存在しない環境で、且つＨ２Ｏガスを供給しないで、前記熱酸化膜と、前記酸素プラズマ接触ステップにおいて前記窒化膜が変化した一酸化珪素膜とを有する前記基板に向けて前記ＨＦガスを供給することを特徴とする基板処理方法。 - 前記熱酸化膜は、二酸化珪素膜であり、前記窒化膜は、窒化珪素膜であり、
前記ＨＦガス供給ステップは、前記二酸化珪素膜および前記窒化珪素膜が変化した一酸化珪素膜とからなる密度が異なる二種類の酸化珪素膜が同時に存在する状態で、前記二種類の酸化珪素膜のうち密度が低い酸化珪素膜に水分を残すように、前記チャンバ内から水分子を除去した後、前記ＨＦガスを供給して前記密度の低い酸化珪素膜を選択的に除去することを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。 - 前記基板は前記熱酸化膜上において突出する凸状の導電部を備え、前記窒化膜は前記導電部の側面及び頂面を覆い、
前記酸素プラズマ接触ステップでは、前記酸素を含むプラズマ中の活性種が前記側面と略平行に移動して前記窒化膜に接触することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。 - 前記活性種は少なくとも陽イオンを含むことを特徴とする請求項３記載の基板処理方法。
- 前記窒化膜のうち前記凸状の導電部を覆う平坦な部分及び前記凸状の導電部を覆わない平坦な部分を選択的に酸化する選択的酸化ステップを有することを特徴とする請求項３又は４記載の基板処理方法。
- 前記基板は前記熱酸化膜上において該基板の表面から垂直に突出する凸状の導電部を備え、前記窒化膜は前記導電部の側面及び頂面を覆い、
前記酸素プラズマ接触ステップでは、前記酸素を含むプラズマ中の活性種が前記基板の表面に対して略垂直に移動して前記窒化膜に接触することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。 - 前記窒化膜のうち前記凸状の導電部を覆う平坦な部分及び前記凸状の導電部を覆わない平坦な部分を選択的に酸化する選択的酸化ステップを有することを特徴とする請求項６記載の基板処理方法。
- 前記一酸化珪素の密度は、前記二酸化珪素膜の密度よりも低いことを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
- 前記ＨＦガス供給ステップにおいて、前記チャンバから水分を除去する際に、前記密度の低い酸化珪素膜のみに水分を残すように、前記チャンバ内圧力を１．３×１０ ２ 〜１．１×１０ ３ Ｐａ（１〜８Ｔｏｒｒ）に設定し、前記チャンバ内の雰囲気温度を４０℃〜６０℃に設定することを特徴とする請求項８記載の基板処理方法。
- 前記ＨＦガスは、流量４０ＳＣＣＭ〜６０ＳＣＣＭで供給されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の基板処理方法。
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