JP6372436B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
ゲート酸化膜における酸化膜/シリコン界面やpn接合構造の表面などでは、界面準位が電気特性に大きく影響するため、界面準位密度の低減が必要である。MOS(Metal Oxide Semiconductor)構造を例にとると、界面準位密度が大きくなるとキャリア移動度に影響したり、閾値電圧の変動の原因となる。また、pn接合構造では、表面再結合速度(表面発生電流)として影響を及ぼす。 At the oxide film / silicon interface in the gate oxide film, the surface of the pn junction structure, and the like, the interface state greatly affects the electrical characteristics, and thus the interface state density needs to be reduced. Taking a MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure as an example, an increase in interface state density affects carrier mobility and causes variation in threshold voltage. Further, in the pn junction structure, it affects the surface recombination speed (surface generated current).
界面準位密度の低減方法としては、古くは450℃程度の温度にて水素を含むガスで熱処理する、いわゆるシンター処理が行われてきた。しかし、水素は非特許文献1に記載されているように、熱処理により脱離しやすく、効果が限定的になる可能性がある。 As a method for reducing the interface state density, so-called sintering treatment, in which heat treatment is performed with a gas containing hydrogen at a temperature of about 450 ° C., has been performed. However, as described in Non-Patent Document 1, hydrogen is easily desorbed by heat treatment, and the effect may be limited.
この水素によるシンター処理とは別の方法として、フッ素をイオン注入することで界面準位を改善する手法が、特許文献1に開示されている。フッ素が水素の代わりに界面準位を改善するというものである。しかし、この手法ではフッ素のイオン注入装置が必要であり、実施が大がかりなものとなってしまう。 As a method different from the sinter treatment with hydrogen, Patent Document 1 discloses a method for improving the interface state by ion implantation of fluorine. Fluorine improves the interface state instead of hydrogen. However, this method requires a fluorine ion implantation apparatus, which makes implementation large.
これ以外には、たとえば、特許文献2には、シリコン基板中に埋め込まれた酸化膜にフッ素を含ませておく方法が記載されている。しかし、フッ素がシリコン基板の裏面側へも拡散するため、酸化膜に含ませることのできるフッ素量にも限界があり、フッ素の導入効率が悪いという問題が考えられる。この点の改善方法として、特許文献3にあるように、フッ素の拡散防止層を形成する方法も提案されているが、構造が複雑になる。
In addition to this, for example,
また、特許文献4には、あらかじめSOI(Silicon On Insulator)基板の半導体層にフッ素をイオン注入した後に、酸素雰囲気のアニール処理で結晶性を回復させる方法が開示されている。この方法は、SOI基板には適応できるが、バルクウェーハには適応が困難である。 Patent Document 4 discloses a method for recovering crystallinity by annealing in an oxygen atmosphere after fluorine is ion-implanted in advance into a semiconductor layer of an SOI (Silicon On Insulator) substrate. This method can be applied to an SOI substrate, but is difficult to apply to a bulk wafer.
一方で、フッ素を含むガスはシリコンなどの基板加工用のガス、すなわちエッチングガスとして一般的に使用されるガスである。このフッ素を含むガスを用いたエッチングは、真空チャンバー内に電極を設置し、真空チャンバー内にシリコン基板を入れて、高周波電源を用いてプラズマを発生させてエッチングする方法である。電極がチャンバー内の上下に設置され、下部電極側にシリコン基板を設置するのが一般的である。この際、高周波電源をシリコン基板側の電極に接続したものはカソードカップリング(陰極結合)方式、対向する電極に接続したものはアノードカップリング(陽極結合)方式とそれぞれ呼ばれる。シリコン基板側の電極に高周波電源が接続されているカソードカップリング方式は、イオンをシリコン基板に物理衝突させることから、基板のダメージが大きいと一般的には言われている。 On the other hand, the gas containing fluorine is a gas generally used as a substrate processing gas such as silicon, that is, an etching gas. The etching using a gas containing fluorine is a method in which an electrode is placed in a vacuum chamber, a silicon substrate is placed in the vacuum chamber, and plasma is generated using a high frequency power source for etching. In general, the electrodes are installed above and below the chamber, and a silicon substrate is installed on the lower electrode side. At this time, the high frequency power source connected to the electrode on the silicon substrate side is called a cathode coupling (cathode coupling) method, and the one connected to the opposite electrode is called an anode coupling (anode coupling) method. It is generally said that the cathode coupling method in which a high-frequency power source is connected to the electrode on the silicon substrate side causes significant damage to the substrate because ions physically collide with the silicon substrate.
以上で説明したように、フッ素はエッチングガスとして有用であり、また、界面準位密度の改善にも非常に有効であるが、フッ素を用いて界面準位密度を改善するためにはフッ素のイオン注入工程が追加的に必要になるなどの課題があった。 As described above, fluorine is useful as an etching gas and is very effective for improving the interface state density. In order to improve the interface state density using fluorine, fluorine ions are used. There was a problem that an injection process was additionally required.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、フッ素のイオン注入工程や特別な構造の形成を必要とせずに、界面準位密度を改善することができる半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for manufacturing a semiconductor device that can improve the interface state density without requiring a fluorine ion implantation step or formation of a special structure. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、半導体装置の作製方法であって、
カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で、フッ素を含むガスを用いてシリコン基板をエッチングした後、前記プラズマエッチング装置をアノードカップリング方式に切り替え、前記シリコン基板にフッ素を含むガスを用いてプラズマ処理を行い、フッ素を前記シリコン基板の表面に堆積させる工程と、
前記フッ素が堆積されたシリコン基板に熱処理を行い、前記堆積されたフッ素を前記シリコン基板の中に拡散する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device,
After a silicon substrate is etched using a fluorine-containing gas in a cathode coupling type plasma etching apparatus, the plasma etching apparatus is switched to an anode coupling type, and plasma treatment is performed using a gas containing fluorine on the silicon substrate. Performing and depositing fluorine on the surface of the silicon substrate;
Performing a heat treatment on the silicon substrate on which the fluorine is deposited, and diffusing the deposited fluorine into the silicon substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
このように、カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で、フッ素を含むガスを用いてシリコン基板のエッチングを行い、その後、アノードカップリング方式に切り替えてプラズマ処理を行えば、フッ素のイオン注入工程を行わなくても、エッチング工程を利用することで界面準位のフッ素パッシベーションを効率よく行うことができ、工程数の増加を抑えることができる。また、界面準位密度の改善のために、シリコン基板に特別な構造を設ける必要もなく、半導体装置作製のコストの増加を抑えることができる。 In this way, if a silicon substrate is etched using a fluorine-containing gas in a cathode coupling plasma etching apparatus, and then switched to the anode coupling system and plasma treatment is performed, a fluorine ion implantation process is performed. Even if it is not, the fluorine passivation of the interface state can be efficiently performed by using the etching process, and an increase in the number of processes can be suppressed. Further, it is not necessary to provide a special structure in the silicon substrate for improving the interface state density, and an increase in manufacturing cost of the semiconductor device can be suppressed.
このとき、前記熱処理を800℃以上、1050℃以下で行うことが好ましい。 At this time, the heat treatment is preferably performed at 800 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower.
このような温度の熱処理であれば、効果的に界面準位密度を低減することができる。 With the heat treatment at such a temperature, the interface state density can be effectively reduced.
以上のように、本発明によれば、エッチング工程を利用して界面準位のフッ素パッシベーションを効率よく行うことが可能になり、界面準位密度の低減に要する工程数の増加を抑え、それにより、コストの増加を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently perform fluorine passivation of the interface state using the etching process, thereby suppressing an increase in the number of processes required for reducing the interface state density, thereby , Increase in cost can be suppressed.
以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、半導体装置の作製方法において、フッ素のイオン注入工程や特別な構造の形成を行わずに、界面準位密度を改善することができる半導体装置の作製方法が求められている。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
As described above, in a method for manufacturing a semiconductor device, there is a need for a method for manufacturing a semiconductor device that can improve the interface state density without performing a fluorine ion implantation step or forming a special structure.
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で、フッ素を含むガスを用いてシリコン基板をエッチングした後、プラズマエッチング装置をアノードカップリング方式に切り替え、シリコン基板にフッ素を含むガスを用いてプラズマ処理を行い、フッ素をシリコン基板の表面に堆積させる工程と、
フッ素が堆積されたシリコン基板に熱処理を行い、堆積されたフッ素をシリコン基板の中に拡散する工程と、
を有する半導体装置の作製方法が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventor, after etching a silicon substrate using a fluorine-containing gas in a cathode coupling type plasma etching apparatus, the plasma etching apparatus is subjected to anode coupling. Switching to a method, performing a plasma treatment using a gas containing fluorine on the silicon substrate, and depositing fluorine on the surface of the silicon substrate;
Performing a heat treatment on the silicon substrate on which fluorine is deposited, and diffusing the deposited fluorine into the silicon substrate;
It has been found that a method for manufacturing a semiconductor device having the above can solve the above problems, and the present invention has been completed.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
まず、図2に、カソードカップリング方式((a))及びアノードカップリング方式((b))のそれぞれの概略図を示す。図2(a)及び(b)では、チャンバー1の内部に、ウェーハ(基板)3、電極4又は7、及び、ウェーハ3を載置するステージ2が設けられている。そして、エッチングガス6がチャンバー1内に導入される。エッチング後の廃ガスは排気口(不図示)から排出される。ここで、ウェーハ3側に高周波発振器5が設置されているカソードカップリングタイプ(方式)は、生成したプラズマ中で発生したイオンをウェーハ3側に引き付けるため、基板にダメージが導入されやすい。一方のアノードカップリングタイプ(方式)は、基板上部に主に電位が掛かるために、基板へのダメージが少ない。プラズマエッチングにおいては、カソードカップリングタイプでは生成イオンの物理衝突を利用してエッチングが進み、アノードカップリングタイプではラジカル成分による化学反応によりエッチングが進行する。
First, in FIG. 2, the schematic of each of a cathode coupling system ((a)) and an anode coupling system ((b)) is shown. 2A and 2B, a wafer (substrate) 3, an electrode 4 or 7, and a
以下では、本発明の半導体装置の作製方法について、図1に示した工程フローを参照して説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to a process flow shown in FIG.
上述したカソードカップリング方式とアノードカップリング方式のエッチングの特徴を利用して、まず、カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で、フッ素を含むガスを用いてシリコン基板のエッチングを行う。このエッチングはまた、高電界を印加しエッチングガスから生じたフッ素イオンをシリコン基板中へ導入する役目を果たす。次に、アノードカップリング方式に切り替え、シリコン基板にフッ素を含むガスでプラズマ処理を行い、ダメージ層を化学エッチング(等方性エッチングでもある)により除去し、さらに、フッ素をシリコン基板の表面に堆積させておく(図1のA工程)。 Using the above-described characteristics of the cathode coupling method and the anode coupling method, first, the silicon substrate is etched using a gas containing fluorine in a cathode coupling type plasma etching apparatus. This etching also serves to introduce fluorine ions generated from the etching gas into the silicon substrate by applying a high electric field. Next, switch to the anode coupling method, plasma treatment is performed on the silicon substrate with a gas containing fluorine, the damaged layer is removed by chemical etching (also isotropic etching), and fluorine is deposited on the surface of the silicon substrate. (Step A in FIG. 1).
この後、アニール(熱処理)を行い、カソードカップリング方式のエッチングで導入されたダメージの回復とシリコン基板の表面に堆積したフッ素の拡散を行う(図1のB工程)。これにより、プラズマダメージを回復させつつ、フッ素をシリコン基板の中に拡散させることができる。 Thereafter, annealing (heat treatment) is performed to recover the damage introduced by the cathode coupling etching and to diffuse the fluorine deposited on the surface of the silicon substrate (step B in FIG. 1). Thereby, fluorine can be diffused into the silicon substrate while recovering plasma damage.
尚、カソードカップリング方式からアノードカップリング方式への切り替えについては、一例として図3に示したような、切り替えスイッチを備えるプラズマエッチング装置を用いれば、切り替えを容易に行うことができて好ましい。図3に示したプラズマエッチング装置60は、チャンバー11内に上部電極17及び下部電極18が設けられている。ウェーハ13は、下部電極18の上に載置されている。下部電極18は、ウェーハステージの機能も兼ねている。そして、エッチングガス16が、チャンバー11内に導入される。
For switching from the cathode coupling method to the anode coupling method, it is preferable to use a plasma etching apparatus having a changeover switch as shown in FIG. In the
プラズマエッチング装置60は、高周波発振器15に接続された端子21、接地された端子22、及び、切り替えスイッチ20を備えている。図3においては、上部電極17は接地側の端子22に接続しており、下部電極18は高周波発振器側の端子21に接続しているので、カソードカップリングである。切り替えスイッチ20を操作して、上部電極17の接続を接地から高周波発振器15側に、下部電極の接続を高周波発振器15側から接地側に切り替えると、アノードカップリングになる。
The
さらに、以下では、実験的に求めた、熱処理温度と界面準位密度の関係について、図4を参照して説明する。 Further, the relationship between the heat treatment temperature and the interface state density obtained experimentally will be described below with reference to FIG.
まず、ボロンをドープしたP型で直径200mmのシリコン単結晶基板を準備した。この基板の抵抗率は、10Ω・cmである。この基板に対して、フッ素を含むガスとして、CF4を用いてプラズマエッチングを行った。エッチングの条件は、ガス種及び流量が、CF4:O2=80sccm:20sccm、高周波出力Rfが600W、圧力は0.05Paであり、カソードカップリング及びアノードカップリングの順に、2分間、それぞれエッチング及びプラズマ処理を行った。 First, a silicon single crystal substrate of P type doped with boron and having a diameter of 200 mm was prepared. The resistivity of this substrate is 10 Ω · cm. Plasma etching was performed on this substrate using CF 4 as a gas containing fluorine. The etching conditions are: gas type and flow rate: CF 4 : O 2 = 80 sccm: 20 sccm, high frequency output Rf is 600 W, pressure is 0.05 Pa, and etching is performed for 2 minutes in the order of cathode coupling and anode coupling. And plasma treatment was performed.
プラズマエッチングを行う際のガス流量比や高周波出力、圧力、エッチング時間は加工に必要な深さ、形状で変動する。エッチングの要求深さが深ければ、一般的に、高い高周波出力、長時間エッチング、及び高ガス流量が必要とされる。その分、多くのフッ素にさらされることになり、エッチング時間とフッ素パッシベーションは正の相関関係にあると考えられる。 The gas flow rate ratio, high-frequency output, pressure, and etching time during plasma etching vary depending on the depth and shape required for processing. If the required depth of etching is deep, generally high frequency output, long time etching, and high gas flow rate are required. As a result, the film is exposed to a large amount of fluorine, and the etching time and fluorine passivation are considered to have a positive correlation.
次に、フッ素が堆積されたシリコン単結晶基板を、窒素雰囲気で30分、熱処理温度を変えてアニール(熱処理)した。その後、アニールしたシリコン単結晶基板の界面準位密度を測定した。その測定結果を図4に示す。 Next, the silicon single crystal substrate on which fluorine was deposited was annealed (heat treatment) in a nitrogen atmosphere for 30 minutes while changing the heat treatment temperature. Thereafter, the interface state density of the annealed silicon single crystal substrate was measured. The measurement results are shown in FIG.
図4は、熱処理温度と界面準位密度の関係を示すグラフである。熱処理温度が800℃以上、1050℃以下の温度であれば界面準位密度の低減に効果的であることが分かる。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature and the interface state density. It can be seen that if the heat treatment temperature is 800 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, it is effective in reducing the interface state density.
熱処理の温度を1050℃よりも高くしても、効果は変わらない。また、イオン注入などにおいて、ダメージの回復には1000℃程度の熱処理が利用されることから、このエッチングによるダメージの回復についても、1050℃以下で十分であると判断される。 Even if the temperature of the heat treatment is higher than 1050 ° C., the effect is not changed. Further, since heat treatment at about 1000 ° C. is used for damage recovery in ion implantation or the like, it is determined that 1050 ° C. or less is sufficient for recovery from damage due to this etching.
また、雰囲気は窒素(N2)が一般的である。酸化雰囲気ではシリコン単結晶基板の表面が酸化され、フッ素が導入された領域が後の別のエッチング工程で除去されてしまう可能性もある。 The atmosphere is generally nitrogen (N 2 ). In an oxidizing atmosphere, the surface of the silicon single crystal substrate may be oxidized, and the region into which fluorine has been introduced may be removed in another subsequent etching step.
さらに、熱処理時間は30分前後で十分である。1時間以上熱処理を行っても、効果に差はない。 Furthermore, a heat treatment time of about 30 minutes is sufficient. Even if heat treatment is performed for 1 hour or more, there is no difference in effect.
尚、本発明の半導体装置の作製方法は、リソグラフィーを行った後に被加工膜を選択的に除去するエッチングに対しても適用することができ、また、シリコン基板の全面に形成された膜を除去するエッチングに対しても適用することができる。 Note that the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can also be applied to etching for selectively removing a film to be processed after lithography, and removing a film formed over the entire surface of a silicon substrate. It can also be applied to etching.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(実施例1)
界面準位密度測定の試料として、ボロン(B)をドープしたP型で直径200mmのシリコン単結晶基板を用いた。このシリコン単結晶基板の抵抗率は、10Ω・cmである。この基板に対して、フッ素を含むエッチングガスとしてCF4を用いて、プラズマエッチングを行った。エッチング条件は、ガス種及び流量が、CF4:O2=80sccm:20sccm、高周波出力Rfが600W、チャンバー内圧力を0.05Paとして、カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で2分間エッチングを行った後、そのプラズマエッチング装置をアノードカップリング方式に切り替え、同じ条件で2分間、プラズマ処理を行い、フッ素を堆積させた。尚、このプラズマ処理には、エッチング及びフッ素の堆積が含まれる。その後、フッ素を堆積させたシリコン単結晶基板に、N2雰囲気下で、1000℃、30分間の熱処理を行った後に、SC1洗浄(水酸化アンモニウム/過酸化水素水/純水からなる混合薬液による洗浄)を行った。
Example 1
As a sample for interface state density measurement, a P-type silicon single crystal substrate doped with boron (B) and having a diameter of 200 mm was used. The resistivity of this silicon single crystal substrate is 10 Ω · cm. Plasma etching was performed on this substrate using CF 4 as an etching gas containing fluorine. Etching conditions were such that the gas type and flow rate were CF 4 : O 2 = 80 sccm: 20 sccm, the high-frequency output Rf was 600 W, the pressure in the chamber was 0.05 Pa, and etching was performed for 2 minutes with a cathode coupling type plasma etching apparatus. Thereafter, the plasma etching apparatus was switched to the anode coupling system, and plasma treatment was performed for 2 minutes under the same conditions to deposit fluorine. This plasma treatment includes etching and fluorine deposition. Thereafter, a silicon single crystal substrate on which fluorine has been deposited is subjected to a heat treatment at 1000 ° C. for 30 minutes in an N 2 atmosphere, and then subjected to SC1 cleaning (with a mixed chemical solution of ammonium hydroxide / hydrogen peroxide solution / pure water). Washing).
そして、SC1洗浄後のシリコン単結晶基板に対して、900℃の乾燥雰囲気中で25nmの厚さのゲート酸化を行い、その後、リン(P)をドープしたPoly−Si(多結晶シリコン)層を、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により厚さ300nmで堆積した。その際、この多結晶シリコン層のシート抵抗が30Ω/sq.になるようにした。このシリコン単結晶基板に、フォトリソグラフィーを行い、多結晶シリコン層を選択的にエッチングして、面積が1mm2の電極を基板上に形成した。 Then, the silicon single crystal substrate after SC1 cleaning is subjected to gate oxidation with a thickness of 25 nm in a dry atmosphere at 900 ° C., and then a poly-Si (polycrystalline silicon) layer doped with phosphorus (P) is formed. The film was deposited at a thickness of 300 nm by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. At that time, the sheet resistance of the polycrystalline silicon layer is 30 Ω / sq. I tried to become. The silicon single crystal substrate was subjected to photolithography, and the polycrystalline silicon layer was selectively etched to form an electrode having an area of 1 mm 2 on the substrate.
次に、CV法で界面準位密度を求めたところ、表1に示すような値になった。表1は、実施例1と後述する比較例1−5で求めた界面準位密度を示す表である。実施例1では、後述する比較例2に示した水素シンター処理を行った場合と同様に、界面準位密度の低減処理を行わなかった比較例1に比べ、界面準位密度が低下していることが分かった。尚、CV法による界面準位密度の測定方法については、たとえば、非特許文献2に詳しく記載されている。
Next, when the interface state density was determined by the CV method, the values shown in Table 1 were obtained. Table 1 is a table | surface which shows the interface state density calculated | required by Example 1 and Comparative Example 1-5 mentioned later. In Example 1, the interface state density is lower than that in Comparative Example 1 in which the interface state density reduction process was not performed, as in the case of performing the hydrogen sintering process shown in Comparative Example 2 described later. I understood that. The method for measuring the interface state density by the CV method is described in detail in
(比較例1)
界面準位密度測定の試料として、ボロンをドープしたP型で直径200mmのシリコン単結晶基板を用いた。この基板の抵抗率は、10Ω・cmである。このシリコン単結晶基板に対して、900℃の乾燥雰囲気中で25nmの厚さのゲート酸化を行い、その後、リンをドープしたPoly−Si層をCVD法により300nmの厚さで堆積し、その層のシート抵抗が30Ω/sq.となるようにした。このシリコン単結晶基板にフォトリソグラフィーとエッチングを行い、面積が1mm2の電極を基板上に形成した。
(Comparative Example 1)
As a sample for interface state density measurement, a boron-doped P-type silicon single crystal substrate having a diameter of 200 mm was used. The resistivity of this substrate is 10 Ω · cm. This silicon single crystal substrate is subjected to gate oxidation with a thickness of 25 nm in a dry atmosphere at 900 ° C., and then a poly-Si layer doped with phosphorus is deposited to a thickness of 300 nm by the CVD method. Sheet resistance is 30 Ω / sq. It was made to become. This silicon single crystal substrate was subjected to photolithography and etching to form an electrode having an area of 1 mm 2 on the substrate.
次に、CV法で界面準位密度を求めたところ、上記のように界面改善処理を行わないと、表1に示すように、界面準位密度が非常に大きいことが分かった。 Next, when the interface state density was determined by the CV method, it was found that the interface state density was very large as shown in Table 1 unless the interface improvement treatment was performed as described above.
(比較例2)
界面準位密度測定の試料として、ボロンをドープしたP型で直径200mmのシリコン単結晶基板を用いた。この基板の抵抗率は、10Ω・cmである。この基板に対して、900℃の乾燥雰囲気中で25nmの厚さのゲート酸化を行い、その後、リンをドープしたPoly−Si層をCVD法により300nmの厚さで堆積した。その際、この層のシート抵抗が30Ω/sq.となるようにした。このシリコン単結晶基板にフォトリソグラフィーとエッチングを行い、面積が1mm2の電極を基板上に形成した。その後、水素を2%混合した窒素雰囲気ガスで、30分間熱処理を行った(水素シンター処理)。
(Comparative Example 2)
As a sample for interface state density measurement, a boron-doped P-type silicon single crystal substrate having a diameter of 200 mm was used. The resistivity of this substrate is 10 Ω · cm. This substrate was gate-oxidized with a thickness of 25 nm in a dry atmosphere at 900 ° C., and then a Poly-Si layer doped with phosphorus was deposited with a thickness of 300 nm by a CVD method. At that time, the sheet resistance of this layer was 30 Ω / sq. It was made to become. This silicon single crystal substrate was subjected to photolithography and etching to form an electrode having an area of 1 mm 2 on the substrate. Thereafter, heat treatment was performed for 30 minutes in a nitrogen atmosphere gas containing 2% hydrogen (hydrogen sintering treatment).
次に、CV法で界面準位密度を求めたところ、表1に示すように、水素シンター処理を行ったことで、界面準位密度が改善されていた。 Next, when the interface state density was determined by the CV method, as shown in Table 1, the interface state density was improved by performing the hydrogen sintering process.
このように、水素シンター処理でも、実施例1とほぼ同レベルの界面準位密度の低減効果があるが、前述した非特許文献1に開示されているように、水素は熱処理により脱離しやすく、効果が限定的になる可能性がある。このため、実施例1のように、効果が安定しているフッ素を用いることが好ましい。 As described above, even in the hydrogen sintering process, there is an effect of reducing the interface state density at substantially the same level as in Example 1. However, as disclosed in Non-Patent Document 1 described above, hydrogen is easily desorbed by heat treatment, The effect may be limited. For this reason, as in Example 1, it is preferable to use fluorine that has a stable effect.
(比較例3)
界面準位密度測定の試料として、ボロンをドープしたP型で直径200mmのシリコン単結晶基板を用いた。この基板の抵抗率は10Ω・cmである。この基板に対して、フッ素を含むエッチングガスとして、CF4を用いてプラズマエッチングを行った。エッチング条件は、ガス種及び流量が、CF4:O2=80sccm:20sccm、高周波出力Rfが600W、チャンバー内圧力を0.05Paとして、カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で2分間エッチングを行った。アノードカップリング方式でのプラズマ処理は実施しなかった。その後、このシリコン単結晶基板に対して、1000℃のN2雰囲気下で30分間熱処理を行った後に、SC1洗浄を行った。
(Comparative Example 3)
As a sample for interface state density measurement, a boron-doped P-type silicon single crystal substrate having a diameter of 200 mm was used. The resistivity of this substrate is 10 Ω · cm. Plasma etching was performed on this substrate using CF 4 as an etching gas containing fluorine. Etching conditions were such that the gas type and flow rate were CF 4 : O 2 = 80 sccm: 20 sccm, the high-frequency output Rf was 600 W, the pressure in the chamber was 0.05 Pa, and etching was performed for 2 minutes with a cathode coupling type plasma etching apparatus. . Plasma treatment by the anode coupling method was not performed. Thereafter, the silicon single crystal substrate was heat-treated in an N 2 atmosphere at 1000 ° C. for 30 minutes, and then SC1 cleaning was performed.
そして、SC1洗浄後のシリコン単結晶基板に対して、900℃の乾燥雰囲気中で25nmの厚さのゲート酸化を行い、その後、リンをドープしたPoly−Si層をCVD法により300nmの厚さで堆積した。その際、この層のシート抵抗が30Ω/sq.となるようにした。このシリコン単結晶基板にフォトリソグラフィーとエッチングを行い、面積が1mm2の電極を基板上に形成した。 Then, gate oxidation with a thickness of 25 nm is performed on the silicon single crystal substrate after SC1 cleaning in a dry atmosphere at 900 ° C., and then a Poly-Si layer doped with phosphorus is formed with a thickness of 300 nm by CVD. Deposited. At that time, the sheet resistance of this layer was 30 Ω / sq. It was made to become. This silicon single crystal substrate was subjected to photolithography and etching to form an electrode having an area of 1 mm 2 on the substrate.
次に、CV法で界面準位密度を求めたところ、表1に示すようにカソードカップリング方式のエッチングのみでは、実施例1ほどは界面準位密度が改善されていないことが分かった。 Next, when the interface state density was determined by the CV method, as shown in Table 1, it was found that the interface state density was not improved as much as in Example 1 by only the cathode coupling etching.
(比較例4)
界面準位密度測定の試料として、ボロンをドープしたP型で直径200mmシリコン単結晶基板を用いた。この基板の抵抗率は10Ω・cmである。この基板に対して、ガス種及び流量が、CF4:O2=80sccm:20sccm、高周波出力Rfが600W、チャンバー内圧力を0.05Paとして、比較例3で用いたプラズマエッチング装置と同じ装置を用いて、アノードカップリング方式にしたうえで、2分間、プラズマ処理を行った。カソードカップリング方式でのエッチングは行わなかった。その後、このシリコン単結晶基板に対して、1000℃のN2雰囲気下で30分間熱処理を行った後に、SC1洗浄を行った。
(Comparative Example 4)
As a sample for interface state density measurement, a boron-doped P type silicon single crystal substrate having a diameter of 200 mm was used. The resistivity of this substrate is 10 Ω · cm. The same apparatus as the plasma etching apparatus used in Comparative Example 3 with the gas type and flow rate of CF 4 : O 2 = 80 sccm: 20 sccm, the high-frequency output Rf of 600 W, and the pressure in the chamber of 0.05 Pa is applied to this substrate. The plasma treatment was performed for 2 minutes after using the anode coupling method. Etching by the cathode coupling method was not performed. Thereafter, the silicon single crystal substrate was heat-treated in an N 2 atmosphere at 1000 ° C. for 30 minutes, and then SC1 cleaning was performed.
そして、SC1洗浄後のシリコン単結晶基板に対して、900℃の乾燥雰囲気中で25nmの厚さのゲート酸化を行い、その後、リンをドープしたPoly−Si層をCVD法により300nmの厚さで堆積した。その際、この層のシート抵抗が30Ω/sq.となるようにした。このシリコン単結晶基板にフォトリソグラフィーとエッチングを行い、面積が1mm2の電極を基板上に形成した。 Then, gate oxidation with a thickness of 25 nm is performed on the silicon single crystal substrate after SC1 cleaning in a dry atmosphere at 900 ° C., and then a Poly-Si layer doped with phosphorus is formed with a thickness of 300 nm by CVD. Deposited. At that time, the sheet resistance of this layer was 30 Ω / sq. It was made to become. This silicon single crystal substrate was subjected to photolithography and etching to form an electrode having an area of 1 mm 2 on the substrate.
次に、CV法で界面準位密度を求めたところ、表1に示すように、アノードカップリング方式のプラズマ処理のみでは、実施例1ほどは界面準位密度が改善されていないことが分かった。 Next, when the interface state density was determined by the CV method, as shown in Table 1, it was found that the interface state density was not improved as much as in Example 1 only by the plasma treatment of the anode coupling method. .
(比較例5)
界面準位密度測定の試料として、ボロンをドープしたP型で直径200mmのシリコン単結晶基板を用いた。この基板の抵抗率は、10Ω・cmである。この基板に対して、フッ素を含むエッチングガスとしてCF4を用いてプラズマエッチングを行った。エッチング条件は、ガス種及び流量が、CF4:O2=80sccm:20sccm、高周波出力Rfが600W、チャンバー内圧力を0.05Paとして、カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で2分間エッチングを行った後、そのプラズマエッチング装置をアノードカップリング方式に切り替え、同じ条件で2分間、プラズマ処理を行った。その後、SC1洗浄を行った。
(Comparative Example 5)
As a sample for interface state density measurement, a boron-doped P-type silicon single crystal substrate having a diameter of 200 mm was used. The resistivity of this substrate is 10 Ω · cm. Plasma etching was performed on this substrate using CF 4 as an etching gas containing fluorine. Etching conditions were such that the gas type and flow rate were CF 4 : O 2 = 80 sccm: 20 sccm, the high-frequency output Rf was 600 W, the pressure in the chamber was 0.05 Pa, and etching was performed for 2 minutes with a cathode coupling type plasma etching apparatus. Thereafter, the plasma etching apparatus was switched to the anode coupling method, and plasma treatment was performed for 2 minutes under the same conditions. Thereafter, SC1 cleaning was performed.
そして、SC1洗浄後のシリコン単結晶基板に対して、900℃の乾燥雰囲気中で25nmの厚さのゲート酸化を行い、その後、リンをドープしたPoly−Si層を、CVD法により厚さ300nmで堆積した。その際、この層のシート抵抗が30Ω/sq.になるようにした。このシリコン単結晶基板に、フォトリソグラフィーとエッチングを行い、面積が1mm2の電極を基板上に形成した。 Then, the silicon single crystal substrate after the SC1 cleaning is subjected to gate oxidation with a thickness of 25 nm in a dry atmosphere at 900 ° C., and then a Poly-Si layer doped with phosphorus is formed by a CVD method at a thickness of 300 nm. Deposited. At that time, the sheet resistance of this layer was 30 Ω / sq. I tried to become. This silicon single crystal substrate was subjected to photolithography and etching to form an electrode having an area of 1 mm 2 on the substrate.
次に、CV法で界面準位密度を求めたところ、表1に示すように、熱処理を行わないと実施例1ほどは界面準位密度が改善されていないことが分かった。 Next, when the interface state density was determined by the CV method, as shown in Table 1, it was found that the interface state density was not improved as much as in Example 1 unless heat treatment was performed.
このように、カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で、フッ素を含むエッチングガスを用いてシリコン基板をエッチングした後、アノードカップリング方式のプラズマエッチング方式に切り替え、フッ素を含むガスでプラズマ処理を行い、フッ素を堆積させ、その後、熱処理を行うことで、界面準位密度を効果的に低減することができた。これに対して、カソードカップリング方式のエッチング、アノードカップリング方式のプラズマ処理、及び、熱処理のいずれかを実施しないと、界面準位密度の改善は限定的であった。 Thus, after etching a silicon substrate using an etching gas containing fluorine in a cathode coupling type plasma etching apparatus, switching to an anode coupling type plasma etching method, performing plasma treatment with a gas containing fluorine, The interface state density could be effectively reduced by depositing fluorine and then performing heat treatment. On the other hand, if any one of the cathode coupling type etching, the anode coupling type plasma treatment, and the heat treatment is not performed, the improvement of the interface state density is limited.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…チャンバー、 2…ステージ、 3…ウェーハ、 4…電極、
5…高周波発振器、 6…エッチングガス、 7…電極、 11…チャンバー、
13…ウェーハ、 15…高周波発振器、 16…エッチングガス、
17…上部電極、 18…下部電極、 20…切り替えスイッチ、
21…高周波発振器側の端子、 22…接地側の端子、
60…プラズマエッチング装置。
1 ... chamber, 2 ... stage, 3 ... wafer, 4 ... electrode,
5 ... high frequency oscillator, 6 ... etching gas, 7 ... electrode, 11 ... chamber,
13 ... wafer, 15 ... high frequency oscillator, 16 ... etching gas,
17 ... Upper electrode, 18 ... Lower electrode, 20 ... Changeover switch,
21 ... a terminal on the high frequency oscillator side, 22 ... a terminal on the ground side,
60: Plasma etching apparatus.
Claims (2)
カソードカップリング方式のプラズマエッチング装置で、フッ素を含むガスを用いてシリコン基板をエッチングした後、前記プラズマエッチング装置をアノードカップリング方式に切り替え、前記シリコン基板にフッ素を含むガスを用いてプラズマ処理を行い、フッ素を前記シリコン基板の表面に堆積させる工程と、
前記フッ素が堆積されたシリコン基板に熱処理を行い、前記堆積されたフッ素を前記シリコン基板の中に拡散する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
After a silicon substrate is etched using a fluorine-containing gas in a cathode coupling type plasma etching apparatus, the plasma etching apparatus is switched to an anode coupling type, and plasma treatment is performed using a gas containing fluorine on the silicon substrate. Performing and depositing fluorine on the surface of the silicon substrate;
Performing a heat treatment on the silicon substrate on which the fluorine is deposited, and diffusing the deposited fluorine into the silicon substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at 800 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower.
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