JP5140608B2 - 真空処理装置及び真空処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、真空状態の処理室で処理、例えば、エッチングを行う真空処理装置及び真空処理方法に関する。
半導体装置を製造する工程において、例えば、半導体基板（半導体ウエハ）のコンタクトホールの底部のウエハ上に形成された自然酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）を除去する必要がある。自然酸化膜を除去する技術として、ラジカル状態の水素（Ｈ＊）とＮＦ３ガスを使用するものが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示された技術は、所定の真空状態にされた処理室内に処理ガスを導入し、所定の真空状態の雰囲気に配置されたシリコンウエハの酸化表面（ＳｉＯ２）と反応させて反応生成物（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を生成する。その後、処理室を加熱してシリコン基板を所定温度に制御することにより、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を昇華させてシリコン基板の表面の自然酸化膜を除去（エッチング）する技術である。
近年、自然酸化膜を除去したシリコンウエハの表面（単結晶シリコン、ポリシリコン）に対する清浄度合いに対する要求が高まっているのが現状であり、自然酸化膜を除去した後のシリコン面の更なる浄化性が要求されている。自然酸化膜との界面のシリコン面には、シリコンの格子間に酸素が存在していることも考えられ、自然酸化膜を除去した後であっても酸素が残存する虞がある。
特開２００５−２０３４０４号公報
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる真空処理装置及び真空処理方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の真空処理装置は、基板が配置されると共に内部が所定の真空状態にされる処理室と、ラジカル状態の第１処理ガスまたは補助処理ガスを前記処理室内に導入する第１処理ガス導入手段と、前記第１処理ガスまたは補助処理ガスと反応する第２処理ガスを前記処理室内に導入する第２処理ガス導入手段と、前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、前記第１処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスと前記第２処理ガス導入手段から導入される第２処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスと前記第２処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備え、前記処理室の内部には複数枚の前記基板が収容され、前記複数枚の前記基板は、所定間隔で互いに平行に配され、前記第１処理ガスがＨラジカルを生成させるガスであり、前記第２処理ガスがＮＨｘＦｙ及びＦラジカルを生成させるガスであり、前記基板がシリコン基板であり、前記第１処理ガスがＮＨ ３ またはＨ ２ の少なくともいずれか一方とＮ ２ であり、前記第２処理ガスがＮＦ ３ であり、前記温度制御手段は、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと自然酸化膜とを反応させることで生成した反応生成物が形成された前記シリコン基板の温度を所定温度に制御し、前記反応生成物を昇華させることにより前記シリコン基板の表面から自然酸化膜を除去し、前記制御手段は、自然酸化膜が除去された前記シリコン基板の表面に前記補助処理ガスと第２処理ガスによりＦラジカルを作用させることで前記シリコン基板のシリコン層を所定の厚さ除去することを特徴とする。
請求項１に係る本発明では、基板の自然酸化膜を除去した後に、制御手段により、第１処理ガス導入手段と第２処理ガス導入手段の双方から補助処理ガスを導入し、制御手段により自然酸化膜が除去された後の基板の表層を補助処理ガスより所定の厚さ除去する。このため、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。
また、バッチ処理により自然酸化膜の除去及び自然酸化膜が除去された基板の表層の除去を行うことができる。
また、第１処理ガスと第２処理ガスとシリコン基板（シリコンウエハ）表面の酸化膜とを反応させ反応生成物を生成し、シリコンウエハを所定温度に制御することにより、反応生成物を昇華させてシリコンウエハの表面の自然酸化膜を除去（エッチング）し、シリコンウエハの表面にＦラジカルを作用させてシリコン層を所定の厚さ除去することができる。
そして、請求項２に係る本発明の真空処理装置は、基板が配置されると共に内部が所定の真空状態にされる処理室と、ラジカル状態の第１処理ガスまたは補助処理ガスを前記処理室内に導入する第１処理ガス導入手段と、前記第１処理ガスまたは補助処理ガスと反応する第２処理ガスを前記処理室内に導入する第２処理ガス導入手段と、前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、前記第１処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスと前記第２処理ガス導入手段から導入される第２処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスと前記第２処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備え、前記処理室の内部には一枚の前記基板が収容され、前記第１処理ガスがＨラジカルを生成させるガスであり、前記第２処理ガスがＮＨｘＦｙ及びＦラジカルを生成させるガスであり、前記基板がシリコン基板であり、前記第１処理ガスがＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２であり、前記第２処理ガスがＮＦ３であり、前記温度制御手段は、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと自然酸化膜とを反応させることで生成した反応生成物が形成された前記シリコン基板の温度を所定温度に制御し、前記反応生成物を昇華させることにより前記シリコン基板の表面から自然酸化膜を除去し、前記制御手段は、自然酸化膜が除去された前記シリコン基板の表面に前記補助処理ガスと第２処理ガスによりＦラジカルを作用させることで前記シリコン基板のシリコン層を所定の厚さ除去することを特徴とする。
請求項２に係る本発明では、基板の自然酸化膜を除去した後に、制御手段により、第１処理ガス導入手段と第２処理ガス導入手段の双方から補助処理ガスを導入し、制御手段により自然酸化膜が除去された後の基板の表層を補助処理ガスより所定の厚さ除去する。このため、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。
また、枚葉式処理により自然酸化膜の除去及び自然酸化膜が除去された基板の表層の除去を行うことができる。
また、第１処理ガスと第２処理ガスとシリコン基板（シリコンウエハ）表面の酸化膜とを反応させ反応生成物を生成し、シリコンウエハを所定温度に制御することにより、反応生成物を昇華させてシリコンウエハの表面の自然酸化膜を除去（エッチング）し、シリコンウエハの表面にＦラジカルを作用させてシリコン層を所定の厚さ除去することができる。
また、請求項３に係る本発明の真空処理装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の真空処理装置において、前記補助処理ガスがＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２であることを特徴とする。
請求項３に係る本発明では、補助処理ガスとして処理ガスを導入してシリコン基板の表面にＦラジカルを作用させることができる。
また、請求項４に係る本発明の真空処理装置は、請求項３に記載の真空処理装置において、前記制御手段には、前記Ｆラジカルを作用させる際に、前記補助処理ガスのＮＨ３またはＨ２の一方もしくは双方を停止し、Ｎ２のみを導入させる停止手段が備えられていることを特徴とする。
請求項４に係る本発明では、第１処理ガスのＮＨ３またはＨ２の一方もしくは双方を停止させて補助処理ガスとすることができる。
また、請求項５に係る本発明の真空処理装置は、基板が配置されると共に内部が所定の真空状態にされる処理室と、ラジカル状態の第１処理ガスと補助処理ガスを前記処理室内に導入する第１処理ガス導入手段と、前記第１処理ガスと反応する第２処理ガスを前記処理室内に導入する第２処理ガス導入手段と、前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、前記第１処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項５に係る本発明では、基板の自然酸化膜を除去した後に、制御手段により、ラジカル状態の補助処理ガスを第１処理ガス導入手段から処理室内に導入し、自然酸化膜が除去された後の基板の表層を補助処理ガスより所定の厚さ除去する。このため、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。
また、本発明の請求項６に係る真空処理装置は、請求項５の真空処理装置において、前記補助処理ガスがＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２とＮＦ３であることを特徴とする。
請求項６に係る本発明では、ラジカル状態のすべての補助処理ガスを同一のガス導入手段から導入することができる。
また、請求項７に係る真空処理装置は、請求項６に記載の真空処理装置において、前記制御手段には、前記Ｆラジカルを作用させる際に、前記補助処理ガスのＮＨ３またはＨ２の一方もしくは双方を停止し、Ｎ２とＮＦ３を導入させる停止手段が備えられていることを特徴とする。
請求項７に係る本発明では、ＮＨ３またはＨ２の一方もしくは双方を停止させて、Ｎ２とＮＦ３を補助処理ガスとすることができる。
上記目的を達成するための請求項８に係る本発明の真空処理方法は、処理ガスを導入し、所定の真空状態の雰囲気に配置されたシリコン基板の酸化表面と反応させ、反応生成物を生成し、シリコン基板を所定温度に制御することにより前記反応生成物を昇華させてシリコン基板の表面の酸化膜を除去し、酸化膜が除去された前記シリコン基板の配置を維持した状態で、補助処理ガスを導入して前記シリコン基板の表面にＦラジカルを作用させ所定厚のシリコン層を除去する真空処理方法であり、前記処理ガスはＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２及びＮＦ３であり、前記反応生成物を１００℃〜２００℃の雰囲気で昇華させ、前記補助処理ガスとしてＮ ２ とＮＦ ３ を導入して前記シリコン基板の表面にＦラジカルを作用させることを特徴とする。
請求項８に係る本発明では、自然酸化膜が除去された後のシリコン基板の表層を補助処理ガスにより所定の厚さ除去し、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。
また、補助処理ガスとしてＮ ２ とＮＦ ３ を導入してシリコン基板の表面にＦラジカルを作用させることができる。
また、請求項９に係る本発明の真空処理方法は、請求項８に記載の真空処理方法において、前記補助処理ガスを同一のガス導入手段から導入することを特徴とする。
請求項９に係る本発明では、同一のガス導入手段を用いて、補助処理ガスを導入してシリコン基板の表面にＦラジカルを作用させることができる。
また、請求項１０に係る本発明の真空処理方法は、請求項８に記載の真空処理方法において、前記補助処理ガスとして、さらに、ＮＨ ３ またはＨ ２ の少なくともいずれか一方を導入して前記シリコン基板の表面にＦラジカルを作用させることを特徴とする。
請求項１０に係る本発明では、補助処理ガスとして、さらに、ＮＨ ３ またはＨ ２ の少なくともいずれか一方を導入してシリコン基板の表面にＦラジカルを作用させることができる。
本発明の真空処理装置及び真空処理方法は、自然酸化膜を除去する処理装置を用い、自然酸化膜が除去された後に基板の面の酸素を確実に除去することができる。
本発明の第１実施形態例に係る真空処理装置の全体構成図である。 処理装置の概略構成図である。 自然酸化膜を除去する際の処理ガスの状況を表す概念図である。 自然酸化膜除去の工程説明図である。 自然酸化膜の除去状況を表すグラフである。 シリコン層を除去する際の処理ガスの状況を表す概念図である。 シリコン層除去の工程説明図である。 シリコン層の除去状況を表すグラフである。 自然酸化膜除去及びシリコン層除去の処理ガスの経時変化を表すタイムチャートである。 具体的な用途を表す概略図である。 シリコン層を除去する際の処理ガスの状況を表す概念図である。 シリコン層除去の工程説明図である。
図１から図１０に基づいて本発明の第１実施形態例を説明する。
図１には本発明の第１実施形態例に係る真空処理装置の全体構成、図２には処理装置の概略構成、図３には自然酸化膜を除去する際の処理ガスの状況を表す概念、図４には自然酸化膜除去の工程説明、図５には自然酸化膜の除去状況を表すグラフ、図６にはシリコン層を除去する際の処理ガスの状況を表す概念、図７にはシリコン層除去の工程説明、図８にはシリコン層の除去状況を表すグラフ、図９には自然酸化膜除去及びシリコン層除去の処理ガスの経時変化、図１０には具体的な用途を表す概略を示してある。
図１、図２に基づいて真空処理装置の構成を説明する。
図１に示すように、真空処理装置（エッチング装置）１には真空排気系に接続される仕込取出槽２が備えられ、仕込取出槽２の上方には処理室としての真空処理槽３が備えられている。仕込取出槽２の内部には所定速度で回転可能なターンテーブル４が設けられ、ターンテーブル４には基板としてのシリコン基板５を保持するボート６が支持される。ボート６にはシリコン基板５が複数枚（例えば、５０枚）収容され、複数枚のシリコン基板５は所定間隔で互いに平行に配されている。
シリコン基板５のシリコンは、単結晶シリコン、多結晶シリコン（ポリシリコン）の何れであってもよく、以下には、単にシリコンと称してある。このため、ポリシリコンのシリコン基板を適用した場合、後述するシリコン層のエッチングは、ポリシリコン層のエッチングとなる。
仕込取出槽２の上部には鉛直方向に伸びる送りねじ７が設けられ、送りねじ７の駆動によりターンテーブル４が昇降動作する。仕込取出槽２と真空処理槽３は連通口８を介して内部が連通し、シャッタ手段９により雰囲気的に隔離されるようになっている。シャッタ手段９の開閉及びターンテーブル４の昇降により、仕込取出槽２と真空処理槽３の間でボート６（シリコン基板５）の受け渡しが行われる。
尚、図中の符号で１０は、真空処理槽３の内部の真空排気を行う排出部である。
真空処理槽３の側部にはラジカル状態の水素（Ｈラジカル：Ｈ＊）が導入される第１導入口１１が２箇所に設けられ、真空処理槽３の内部には第２処理ガス（処理ガス）としてのＮＦ３が導入されるシャワーノズル１２が設けられている。２箇所の第１導入口１１から導入されるＨラジカルＨ＊とシャワーノズル１２から導入されるＮＦ３が反応することにより、真空処理槽３の内部に前駆体ＮＨｘＦｙが生成される。
図２に示すように、第１導入口１１には第１導入路１３が接続され、第１導入路１３にはプラズマ発生部１４が設けられている。プラズマ発生部１４はマイクロ波により処理ガスをプラズマ状態にするものである。第１導入路１３には流量調整手段１５を介して第１処理ガスとしてのＮＨ3ガス（ＮＨ 3 ガスまたはＨ 2 ガスの少なくともいずれか一方：以下、ＮＨ 3 ガスと記す）及びＮ2ガスが供給され、プラズマ発生部１４でＮＨ3ガス及びＮ2ガスがプラズマ状態にされることによりＨラジカルＨ*が生成される。シャワーノズル１２には流量調整手段１６を介してＮＦ3ガスが供給される。
第１導入口１１、第１導入路１３及び流量調整手段１５により第１処理ガス導入手段が構成され、シャワーノズル１２、流量調整手段１６により第２処理ガス導入手段が構成されている。
真空処理槽３には温度制御手段としての図示しないランプヒータが設けられ、ランプヒータにより真空処理槽３の内部の温度、即ち、シリコン基板５の温度が所定状態に制御される。流量調整手段１５、１６による処理ガスの流通状況、及び、ランプヒータの動作状態は制御手段としての図示しない制御装置により適宜制御される。
上述した真空処理装置１では、シリコン基板５を保持したボート６が真空処理槽３の内部に搬入され、真空処理槽３の内部を機密状態にして所定の圧力になるように真空排気が行われる。
制御装置からの指令により、処理ガス（ＮＨ３ガスまたはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２ガス、ＮＦ３ガス）を真空処理槽３に導入し、所定の真空状態の雰囲気に配置されたシリコン基板５の自然酸化表面（ＳｉＯ２）と処理ガスとを反応（低温での吸着反応）させることで、反応生成物(Ｆｙ及びＮＨｘの化合物{（ＮＨ４）２ＳｉＦ６})を生成する。そして、ランプヒータを動作させてシリコン基板５を所定温度に制御することにより（高温にすることにより）、反応生成物(（ＮＨ４）２ＳｉＦ６)を昇華させてシリコン基板５の表面の自然酸化膜を除去（エッチング）する。
更に、自然酸化膜が除去されたシリコン基板５の配置を維持した状態で、制御装置からの指令により、補助処理ガスとしてＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とガス及びＮ２ガス、ＮＦ３ガスを真空処理槽３に導入する。即ち、自然酸化膜をエッチングする際の処理ガスと同一の処理ガスを導入する。真空処理槽３に生成されたラジカル状態のＦ（Ｆラジカル：Ｆ＊）をシリコン基板５の表面に作用させ、所定厚のシリコン層をエッチングする。
この時、ＮＨｘＦｙがＦラジカル：Ｆ＊と共に真空処理槽３に存在するが、ＮＨｘＦｙは高温雰囲気ではシリコン基板５の表面には作用しない。このため、制御装置によりランプヒータの動作が制御されることにより、自然酸化膜をエッチングした際の所定温度（例えば、１００℃〜２００℃）の状態がシリコン層をエッチングする際にも維持され、自然酸化膜がエッチングされた後は、Ｆラジカル：Ｆ＊だけをシリコン基板５の表面に作用させて所定厚のシリコン層をエッチングすることができる。
図３〜図５に基づいて自然酸化膜のエッチングを説明する。
図３に示すように、第１導入路１３からＮＨ３ガス及びＮ２ガスを導入し、プラズマ発生部でＨラジカルＨ＊を生成し、第１導入口１１からＨラジカルＨ＊を真空処理槽３に導入する。同時に、シャワーノズル１２からＮＦ３ガスを真空処理槽３に導入し、ＨラジカルＨ＊とＮＦ３ガスを混合させて反応させてＮＨｘＦｙを生成させる。
即ち、
Ｈ＊＋ＮＦ３→ＮＨｘＦｙ（ＮＨ４ＦＨ、ＮＨ４ＦＨＦ等）
図４（ａ）に示すように、ＮＨｘＦｙとシリコン基板５の自然酸化表面（ＳｉＯ２）が反応し、図４（ｂ）に示すように、Ｆｙ及びＮＨｘの化合物である（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が生成される。
即ち、
ＮＨｘＦｙ＋ＳｉＯ２→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋Ｈ２Ｏ↑
その後、ランプヒータ（図２参照）により真空処理槽３を加熱し（例えば、１００℃〜２００℃）、図４（ｃ）に示すように、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を分解して昇華させ、シリコン基板５の表面から除去する。
即ち、
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６→ＮＨ３↑＋ＨＦ↑＋ＳｉＦ４↑
シリコン基板５の表面をエッチングして（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を除去することで、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板５の表面の自然酸化膜が除去され、清浄な表面とされる。この時、図５に○印で示すように、自然酸化膜はエッチング時間に応じてエッチング量が増加し、図５に□印で示すように、シリコン層はエッチング時間が長くなってもエッチング量はほとんど変化がなく、シリコン層はエッチングされていないことが判る。
更に、自然酸化膜が除去されたシリコン基板５の配置を維持した状態で、即ち、同一の真空処理槽３で、自然酸化膜が除去されたシリコン基板５の表面（シリコン層）をエッチングする。これにより、酸化膜の界面とされたシリコン面の酸素、例えば、シリコンの金属格子間等に存在する虞のある酸素が除去され、表面から酸素が確実に除去されたシリコン基板５を得ることができる。しかも、自然酸化膜をエッチングする装置でシリコン層をエッチングするため、搬送による酸化等が生じることがなく、極めて簡単な処理で高い表面清浄度を有するシリコン基板５を得ることができる。
図６〜図９に基づいて自然酸化膜が除去された後のシリコン層のエッチングを説明する。
図６に示すように、第１導入路１３からＮＨ３ガス及びＮ２ガスを導入し、プラズマ発生部１４でＨラジカルＨ＊及びＮラジカルＮ＊を生成し、第１導入口１１からＨラジカルＨ＊及びＮラジカルＮ＊を真空処理槽３に導入する。同時に、シャワーノズル１２からＮＦ３ガスを真空処理槽３に導入し、ＨラジカルＨ＊とＮＦ３ガスを混合させて反応させて前駆体ＮＨｘＦｙを生成させると共に、ＮラジカルＮ＊とＮＦ３ガスを混合させて反応させてＦラジカルＦ＊を生成させる。
即ち、
Ｈ＊＋ＮＦ３→ＮＨｘＦｙ（ＮＨ４ＦＨ、ＮＨ４ＦＨＦ等）
Ｎ＊＋ＮＦ３→Ｎ２＋Ｆ２＋Ｆ＊（３Ｆ＊等）
図７（ａ）に示すように、真空処理槽３の内部は、自然酸化膜を除去、即ち、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を分解・昇華するために加熱雰囲気に維持されている。このため、前駆体ＮＨｘＦｙは高温に維持されたシリコン基板５の表面（シリコン面）と反応せず、図７（ｂ）に示すように、ＦラジカルＦ＊がシリコン基板５の表面に作用して表面がエッチングされる。
即ち、
Ｓｉ＋４Ｆ＊→ＳｉＦ４↑
これにより、図７（ｃ）に示すように、自然酸化膜の界面とされたシリコン面の酸素が除去され、表面から酸素が確実に除去されたシリコン基板５を得ることができる。この時、図８に□印で示すように、シリコン層はエッチング時間に応じてエッチング量が増加し、図８に△印で示すように、シリコン層以外の層（例えば、ＳｉＮ）はエッチング時間が長くなってもエッチング量はほとんど変化がなく、シリコン層だけがエッチングされることが判る。
上述した自然酸化膜のエッチング及びシリコン層のエッチングにおける処理ガス（ＮＨ３ガス及びＮ２ガス、ＮＦ３ガス）の導入状況を図９に基づいて説明する。
時間ｔ１から時間ｔ２の間（例えば、５２０ｓｅｃ）は処理ガスが導入（ＯＮ）され、ランプヒータがＯＦＦにされ、前駆体ＮＨｘＦｙが自然酸化膜ＳｉＯ２と反応する処理が実施される（図４（ａ）（ｂ）参照）。時間ｔ２から時間ｔ３の間は処理ガスが停止（ＯＦＦ）され、ランプヒータがＯＮにされ、化合物である（ＮＨ４）２ＳｉＦ６が分解して昇華され自然酸化膜ＳｉＯ２がエッチングされる（図４（ｃ）（ｄ）参照）。
続いて、時間ｔ３から時間ｔ４の間（例えば、５０〜２１０ｓｅｃ）は再び処理ガスが導入（ＯＮ）され、ランプヒータがＯＦＦにされ、ＦラジカルＦ＊を生成させる。加熱雰囲気に保たれ、時間ｔ４以降温度維持のために適宜ランプヒータがＯＮ・ＯＦＦされ、ＦラジカルＦ＊によりシリコン層がエッチングされる（図７（ａ）（ｂ）（ｃ）参照）。
尚、時間ｔ３の時点で処理槽内を冷却するクーリング工程を実施することも可能である。
上述したように、第１実施形態例では、同一の真空処理槽３の内部で、自然酸化膜の除去と自然酸化膜が除去されたシリコン層の除去が行える。このため、自然酸化膜を除去する真空処理装置１を用い、簡単な制御で短時間に、自然酸化膜が除去された後にシリコン基板５の界面の酸素を確実に除去することができる。従って、簡単な真空処理装置１及び処理方法により、極めて性能が高い表面を有するシリコン基板５を得ることが可能になる。
上述した自然酸化膜の除去と自然酸化膜が除去されたシリコン層の除去は、図１０に示すように、半導体基板のコンタクトホール２１の底面の清浄処理に用いられる。即ち、コンタクトホール２１の自然酸化膜が（ＮＨ４）２ＳｉＦ６の昇華により除去され、その後、連続してシリコン層が除去される。これにより、酸素が確実に除去された底面を有するコンタクトホール２１を形成することができ、その後、配線用の金属を積層した際に抵抗が極めて少ない配線を実現することができる。
図１１、図１２に基づいて自然酸化膜が除去された後のシリコン層のエッチング方法（真空処理方法）の第２実施形態例を説明する。図１１には本発明の第２実施形態例におけるシリコン層を除去する際の処理ガスの状況を表す概念、図１２には本発明の第２実施形態例におけるシリコン層除去の工程説明を示してある。尚、真空処理装置１の構成は第１実施形態例と同一であるので構成の説明は省略してある。
第２実施形態例に係るエッチング方法は、自然酸化膜を除去する場合、第１処理ガス、第２処理ガス（処理ガス）としてＮＨ3ガス（ＮＨ 3 ガスまたはＨ 2 ガスの少なくともいずれか一方：以下、ＮＨ 3 ガスと記す）、Ｎ2ガス及びＮＦ3ガスを用い、シリコン層を除去する場合、補助処理ガスとしてＮＨ3ガスを停止し、Ｎ2とＮＦ3を用いる。つまり、シリコン層を除去する場合、真空処理装置１の内部に前駆体ＮＨｘＦｙを生成させずにＦラジカルＦ*をシリコン基板５に作用させる。このため、以下にはシリコン層の除去について説明してある。
図１１に示すように、第１導入路１３からＮ２ガスを導入し（ＮＨ３ガスを停止し）、プラズマ発生部１４でＮラジカルＮ＊を生成し、第１導入口１１からＮラジカルＮ＊を真空処理槽３に導入する。同時に、シャワーノズル１２からＮＦ３ガスを真空処理槽３に導入し、ＮラジカルＮ＊とＮＦ３ガスを混合させて反応させてＦラジカルＦ＊を生成させる。
即ち、
Ｎ＊＋ＮＦ３→Ｎ２＋Ｆ２＋Ｆ＊（３Ｆ＊等）
図１２（ａ）に示すように、真空処理槽３の内部にＦラジカルＦ＊が導入され、図１２（ｂ）に示すように、ＦラジカルＦ＊がシリコン基板５の表面に作用して表面がエッチングされる。
即ち、
Ｓｉ＋４Ｆ＊→ＳｉＦ４↑
これにより、図１２（ｃ）に示すように、自然酸化膜の界面とされたシリコン面の酸素が除去され、表面から酸素が確実に除去されたシリコン基板５を得ることができる。また、ＮＨ３ガスを停止しているので、前駆体ＮＨｘＦｙが生成されず、比較的低温の場合でもＦラジカルＦ＊をシリコン基板５の表面に作用させることができ、短時間でシリコン層のエッチングを行うことができる。
上述したように、第２実施形態例では、第１実施形態例と同様に、同一の真空処理槽３の内部で、自然酸化膜の除去と自然酸化膜が除去されたシリコン層の除去が行え、簡単な制御で短時間に、自然酸化膜が除去された後にシリコン基板５の界面の酸素を確実に除去することができる。従って、簡単な真空処理装置１及び処理方法により、極めて性能が高い表面を有するシリコン基板５を得ることが可能になる。
尚、上述した各実施形態例では、シリコン層のエッチングの際、ＮＨ3ガス（ＮＨ 3 ガスまたはＨ 2 ガスの少なくともいずれか一方）及びＮ2ガスとＮＦ3ガスを別々のガス導入手段から導入しているが、これに限らず、プラズマ発生部を有する同一のガス導入手段からすべてのガスを導入してもよい。この場合には、ＮＦ3ガスに直接プラズマを印加してＦラジカルを作成することができる。
また、上述した各実施形態例では、処理室の内部に複数枚の基板を所定間隔で互いに平行に配する、いわゆるバッチ式の成膜装置について記載しているが、処理室内に基板を一枚づつ配する、いわゆる、枚葉式装置で処理を行ってもよい。
本発明は、真空状態の処理室でエッチングを行う真空処理装置及び真空処理方法の産業分野で利用することができる。
１ 真空処理装置
２ 仕込取出槽
３ 真空処理槽
４ ターンテーブル
５ シリコン基板
６ ボート
７ 送りねじ
８ 連通口
９ シャッタ手段
１０ 排出部
１１ 第１導入口
１２ シャワーノズル
１３ 第１導入路
１４ プラズマ発生部
１５、１６ 流量調整手段
２１ コンタクトホール

Claims (10)

  1. 基板が配置されると共に内部が所定の真空状態にされる処理室と、
    ラジカル状態の第１処理ガスまたは補助処理ガスを前記処理室内に導入する第１処理ガス導入手段と、
    前記第１処理ガスまたは補助処理ガスと反応する第２処理ガスを前記処理室内に導入する第２処理ガス導入手段と、
    前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、
    前記第１処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスと前記第２処理ガス導入手段から導入される第２処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスと前記第２処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備え、
    前記処理室の内部には複数枚の前記基板が収容され、
    前記複数枚の前記基板は、所定間隔で互いに平行に配され、
    前記第１処理ガスがＨラジカルを生成させるガスであり、
    前記第２処理ガスがＮＨｘＦｙ及びＦラジカルを生成させるガスであり、
    前記基板がシリコン基板であり、
    前記第１処理ガスがＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２であり、
    前記第２処理ガスがＮＦ３であり、
    前記温度制御手段は、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと自然酸化膜とを反応させることで生成した反応生成物が形成された前記シリコン基板の温度を所定温度に制御し、前記反応生成物を昇華させることにより前記シリコン基板の表面から自然酸化膜を除去し、
    前記制御手段は、自然酸化膜が除去された前記シリコン基板の表面に前記補助処理ガスと第２処理ガスによりＦラジカルを作用させることで前記シリコン基板のシリコン層を所定の厚さ除去する
    ことを特徴とする真空処理装置。
  2. 基板が配置されると共に内部が所定の真空状態にされる処理室と、
    ラジカル状態の第１処理ガスまたは補助処理ガスを前記処理室内に導入する第１処理ガス導入手段と、
    前記第１処理ガスまたは補助処理ガスと反応する第２処理ガスを前記処理室内に導入する第２処理ガス導入手段と、
    前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、
    前記第１処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスと前記第２処理ガス導入手段から導入される第２処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスと前記第２処理ガスにより所定の厚さ除去する制御手段とを備え、
    前記処理室の内部には一枚の前記基板が収容され、
    前記第１処理ガスがＨラジカルを生成させるガスであり、
    前記第２処理ガスがＮＨｘＦｙ及びＦラジカルを生成させるガスであり、
    前記基板がシリコン基板であり、
    前記第１処理ガスがＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２であり、
    前記第２処理ガスがＮＦ３であり、
    前記温度制御手段は、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと自然酸化膜とを反応させることで生成した反応生成物が形成された前記シリコン基板の温度を所定温度に制御し、前記反応生成物を昇華させることにより前記シリコン基板の表面から自然酸化膜を除去し、
    前記制御手段は、自然酸化膜が除去された前記シリコン基板の表面に前記補助処理ガスと第２処理ガスによりＦラジカルを作用させることで前記シリコン基板のシリコン層を所定の厚さ除去する
    ことを特徴とする真空処理装置。
  3. 請求項１もしくは請求項２に記載の真空処理装置において、
    前記補助処理ガスがＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２である
    ことを特徴とする真空処理装置。
  4. 請求項３に記載の真空処理装置において、
    前記制御手段には、前記Ｆラジカルを作用させる際に、前記補助処理ガスのＮＨ３またはＨ２の一方もしくは双方を停止し、Ｎ２のみを導入させる停止手段が備えられている
    ことを特徴とする真空処理装置。
  5. 基板が配置されると共に内部が所定の真空状態にされる処理室と、
    ラジカル状態の第１処理ガスと補助処理ガスを前記処理室内に導入する第１処理ガス導入手段と、
    前記第１処理ガスと反応する第２処理ガスを前記処理室内に導入する第２処理ガス導入手段と、
    前記処理室内を所定の温度に制御することで、前記第１処理ガスと前記第２処理ガスと前記基板表面の自然酸化膜とを反応させ生成した反応生成物を除去する温度制御手段と、
    前記第１処理ガス導入手段から導入される前記補助処理ガスの導入状況を制御し、前記自然酸化膜が除去された前記基板の表層を、前記補助処理ガスにより所定の厚さ除去する
    制御手段とを備えた
    ことを特徴とする真空処理装置。
  6. 請求項５に記載の真空処理装置において、
    前記補助処理ガスがＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２とＮＦ３である
    ことを特徴とする真空処理装置。
  7. 請求項６に記載の真空処理装置において、
    前記制御手段には、前記Ｆラジカルを作用させる際に、前記補助処理ガスのＮＨ３またはＨ２の一方もしくは双方を停止し、Ｎ２とＮＦ３を導入させる停止手段が備えられている
    ことを特徴とする真空処理装置。
  8. 処理ガスを導入し、所定の真空状態の雰囲気に配置されたシリコン基板の酸化表面と反応させ、反応生成物を生成し、シリコン基板を所定温度に制御することにより前記反応生成物を昇華させてシリコン基板の表面の酸化膜を除去し、酸化膜が除去された前記シリコン基板の配置を維持した状態で、補助処理ガスを導入して前記シリコン基板の表面にＦラジカルを作用させ所定厚のシリコン層を除去する真空処理方法であり、
    前記処理ガスはＮＨ３またはＨ２の少なくともいずれか一方とＮ２及びＮＦ３であり、
    前記反応生成物を１００℃〜２００℃の雰囲気で昇華させ、
    前記補助処理ガスとしてＮ ２ とＮＦ ３ を導入して前記シリコン基板の表面にＦラジカルを作用させる
    ことを特徴とする真空処理方法。
  9. 請求項８に記載の真空処理方法において、
    前記補助処理ガスを同一のガス導入手段から導入する
    ことを特徴とする真空処理方法。
  10. 請求項８に記載の真空処理方法において、
    前記補助処理ガスとして、さらに、ＮＨ ３ またはＨ ２ の少なくともいずれか一方を導入して前記シリコン基板の表面にＦラジカルを作用させる
    ことを特徴とする真空処理方法。
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