JP6422262B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係るプラズマ処理方法に適用されるプラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。図1に示すように、プラズマ処理装置は、上部電極34に第1の高周波電源89からプラズマ生成用の例えば40MHzの高周波(RF)電力を印加するとともに、下部電極16に第2の高周波電源90からイオン引き込み用の例えば2MHzの高周波(RF)電力を印加する上下部RF2周波印加タイプのプラズマエッチング装置であって、図示のように上部電極34に可変直流電源50を接続して所定の直流(DC)電圧が印加されるプラズマエッチング装置である。
図3は、第1の実施形態におけるプラズマ処理装置によるプラズマ処理方法の流れの一例を示すフローチャートである。以下に詳細に説明するように、プラズマ処理装置は、遷移金属及び卑金属の少なくともいずれか一方を含む膜をエッチングマスク又はストップレイヤとして含む被処理体に対して、一連の処理を実行する。
以上、本実施形態に係るプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。以下では、他の実施形態について説明する。
例えば、除去工程において、付着物の除去対象となるチャンバ内部材に負の直流電圧を印加しながら、CxFyガスを含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスのプラズマにより付着物を除去するようにしても良い。チャンバ内部材に印加される負の直流電圧は、−100V以下であることが好ましい。
また、上記第1の実施形態では、付着物を除去するための処理ガスとして、CxFyガスを含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスが用いられる場合について説明したが、これには限定されるものではない。例えば、付着物を除去するための処理ガスとして、CHzFwガス(ただし、zは3以下の整数、yは3以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスが用いられても良い。この場合、プラズマ処理装置は、除去工程において、付着物の除去対象となるチャンバ内部材に負の直流電圧を印加しながら、CHzFwガスを含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスのプラズマにより付着物を除去する。CHzFwガスを含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスは、例えば、CHF3ガス、CHF3/Ar/O2ガス、CH2F2ガス、CH2F2/Ar/O2ガス、CH3Fガス、CH3F/Ar/O2ガスの少なくともいずれか一つである。また、チャンバ内部材に印加される負の直流電圧は、−100V以下であることが好ましい。
また、例えば、第1の実施形態では、プラズマ処理方法に適用されるプラズマ処理装置として、図1に示した上部1周波+上部DC印加+下部RF2周波印加タイプのプラズマエッチング装置が用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、下部RF単周波印加タイプのプラズマエッチング装置、上部電極に負の直流電圧を印加する下部RF単周波印加タイプのプラズマエッチング装置、又は下部RF2周波+上部DC印加タイプのプラズマエッチング装置、上下部RF印加+上部DC印加タイプのプラズマエッチング処装置、ICP(Inductively Coupled Plasma)タイプのプラズマエッチング装置、マイクロ波プラズマエッチング装置等に適用出来る。
以下に、開示のプラズマ処理方法について、実施例をあげて更に詳細に説明する。ただし、開示のプラズマ処理方法は、下記の実施例に限定されるものではない。
遷移金属Xを含む膜を含む半導体ウエハWをプラズマ処理した。その後、上部電極34に付着した、遷移金属Xを含む付着物を、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG1のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力(HF/LF):500/250W
温度(上部/側壁部/下部):60/60/20℃
時間:180秒
実施例1、2:Ti(チタン)
実施例3、4:Hf(ハフニウム)
実施例1、3:CF4/CO=300/300sccm
実施例2、4:CF4/CO/Ar=300/300/300sccm
遷移金属Xを含む膜を含む半導体ウエハWをプラズマ処理した。その後、上部電極34に負の直流電圧を印加しながら、上部電極34に付着した、遷移金属Xを含む付着物を、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG1のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力(HF/LF):500/250W
上部電極への直流電圧:−500V
温度(上部/側壁部/下部):60/60/20℃
時間:180秒
実施例5:Ti(チタン)
実施例6:Hf(ハフニウム)
実施例5、6:CF4/CO/Ar=300/300/300sccm
比較例1〜6では、実施例1、2とは異なり、上部電極34に付着した、遷移金属Xを含む付着物を、塩素系ガス又は窒素系ガスを含む処理ガスG2のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力(HF/LF):1000/250W
温度(上部/側壁部/下部):100/80/25℃
時間:180秒
比較例1:NF3=120sccm
比較例2:BCl3=200sccm
比較例3:Cl2=200sccm
比較例4:BCl3/Ar=125/75sccm
比較例5:BCl3/Cl2=125/75sccm
比較例6:Cl2/NF3=150/50sccm
比較例7〜12では、実施例3、4とは異なり、上部電極34に付着した、遷移金属Xを含む付着物を、塩素系ガス又は窒素系ガスを含む処理ガスG2のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力(HF/LF):1000/250W
温度(上部/側壁部/下部):100/80/25℃
時間:180秒
比較例7:NF3=120sccm
比較例8:BCl3=200sccm
比較例9:Cl2=200sccm
比較例10:BCl3/Ar=125/75sccm
比較例11:BCl3/Cl2=125/75sccm
比較例12:Cl2/NF3=150/50sccm
図6及び図7は、実施例1〜6及び比較例1〜12についての処理結果を示す図である。図6及び図7のトレース図211は、実施例1、2及び比較例1〜6における除去工程前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図221は、実施例3、4及び比較例7〜12における除去工程の前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。また、図6のトレース図212、213、222、223は、それぞれ、実施例1〜4における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。図6のトレース図214、224は、それぞれ、実施例5、6における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。また、図7のトレース図312〜317は、それぞれ、比較例1〜6における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。図7のトレース図322〜327は、それぞれ、比較例7〜12における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。なお、トレース図では、金属汚染量(Contamination)[×1010 atms/cm2]を併せて示した。
実施例7〜10では、実施例3、4とは異なり、処理ガスG1及び処理ガスG1の流量として、以下の処理ガス及び処理ガスの流量を用いた。その他の点については、実施例1、2と同様である。
実施例7:CF4/Ar=300/300sccm
実施例8:CF4/CO2/Ar=300/300/300sccm
実施例9:CF4/CO/Ar=100/100/100sccm
実施例10:CF4=300sccm
卑金属であるAl(アルミニウム)を含む膜を含む半導体ウエハWをプラズマ処理した。その後、上部電極34に付着した、Alを含む付着物を、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG1のプラズマによりエッチングして除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力(HF/LF):500/250W
温度(上部/側壁部/下部):60/60/20℃
実施例11:CF4/CO/Ar=300/300/300sccm
実施例12:CF4/Ar=300/300sccm
実施例13:CF4/CO=300/300sccm
実施例14:CF4/CO2/Ar=300/300/300sccm
実施例15:CF4/CO/Ar=100/100/100sccm
実施例16:CF4=300sccm
比較例13では、実施例9とは異なり、上部電極34に付着した、遷移金属であるHfを含む付着物を、窒素系ガスを含む処理ガスであるNF3/CO/Ar=100/100/100sccmのプラズマによりエッチングして除去する除去工程を行った。その他の点については、実施例9と同様である。
比較例14では、実施例15とは異なり、上部電極34に付着した、卑金属であるAlを含む付着物を、窒素系ガスを含む処理ガスであるNF3/CO/Ar=100/100/100sccmのプラズマによりエッチングして除去する除去工程を行った。その他の点については、実施例15と同様である。
図8は、実施例7〜16及び比較例13、14についての処理結果を示す図である。図8のトレース図221は、図6及び図7のトレース図221に相当する。また、図8のトレース図231は、実施例7〜16における除去工程の前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。また、トレース図413、415〜417は、それぞれ、実施例7〜10における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。また、トレース図422〜427は、それぞれ、実施例11〜16における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。また、トレース図512、522は、それぞれ、比較例13、14における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。なお、トレース図では、金属汚染量(Contamination)[×1010 atms/cm2]を併せて示した。
実施例17、18では、実施例1〜16とは異なり、上下部RF2周波印加タイプのプラズマエッチング装置の代わりに、下部RF単周波印加タイプのプラズマエッチング装置を用いて一連の処理を行った。すなわち、遷移金属であるHfを含む膜を含む半導体ウエハWをプラズマ処理した。その後、上部電極34に付着した、Hfを含む付着物を、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG1のプラズマによりエッチングして除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力:1000W
温度(上部/側壁部/下部):100/60/0℃
時間:180秒
実施例17:CF4/CO/Ar=300/300/300sccm
実施例18:CF4/CO=300/300sccm
図9は、実施例17、18についての処理結果を示す図である。図9のトレース図221は、図6及び図7のトレース図221に相当する。また、トレース図612、613は、それぞれ、実施例17、18における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。なお、トレース図では、金属汚染量(Contamination)[×1010 atms/cm2]を併せて示した。
遷移金属Xを含む膜を含む半導体ウエハWをプラズマ処理した。その後、上部電極34に負の直流電圧を印加しながら、上部電極34に付着した、遷移金属Xを含む付着物を、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG1のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力(HF/LF):500W/250W
上部電極への直流電圧:−500V
温度(上部/側壁部/下部):60/60/20℃
時間:180秒
処理ガス及び処理ガスの流量:CF4/CO/Ar=100/100/100sccm
実施例19:Ti(チタン)
実施例20:Hf(ハフニウム)
実施例21:Ta(タンタル)
実施例22〜33では、実施例19〜21とは異なり、上部電極34に負の直流電圧を印加しながら、上部電極34に付着した、遷移金属Xを含む付着物を、CHzFwガス(ただし、zは3以下の整数、yは3以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG3のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力(HF/LF):500W/250W
温度(上部/側壁部/下部):60/60/20℃
時間:180秒
実施例22、25、28、31:Ti(チタン)
実施例23、26、29、32:Hf(ハフニウム)
実施例24、27、30、33:Ta(タンタル)
実施例22〜24、31〜33:CHF3/Ar/O2=100/100/100sccm
実施例25〜27:CHF3/Ar/O2=100/500/100sccm
実施例28〜30:CHF3/Ar/O2=100/800/100sccm
実施例22〜30:−400V
実施例31〜33:−900V
図10は、実施例19〜33についての処理結果を示す図である。図10において、トレース図711は、実施例19、22、25、28、31における除去工程の前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図721は、実施例20、23、26、29、32における除去工程の前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図731は、実施例21、24、27、30、33における除去工程の前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図712〜716は、それぞれ、実施例19、22、25、28、31における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図722〜726は、それぞれ、実施例20、23、26、29、32における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図732〜736は、それぞれ、実施例21、24、27、30、33における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。なお、トレース図では、金属汚染量(Contamination)[×1010 atms/cm2]を併せて示した。
卑金属であるAl(アルミニウム)を含む膜を含む半導体ウエハWをプラズマ処理した。その後、上部電極34に負の直流電圧を印加しながら、上部電極34に付着した、Alを含む付着物を、CHzFwガス(ただし、zは3以下の整数、yは3以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG3のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力(HF/LF):1000W/250W
温度(上部/側壁部/下部):60/60/20℃
時間:180秒
処理ガス及び処理ガスの流量:CHF3/Ar/O2=100/100/100sccm
実施例34:−150V
実施例35:−300V
比較例15では、実施例34、35とは異なり、除去工程において、上部電極34に負の直流電圧を印加しなかった。その他の点については、実施例34、35と同様である。
図11は、実施例34、35及び比較例15についての処理結果を示す図である。図11において、トレース図741は、実施例34、35及び比較例15における除去工程の前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図742は、比較例15における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図743、744は、それぞれ、実施例34、35における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。なお、トレース図では、金属汚染量(Contamination)[×1010 atms/cm2]を併せて示した。
卑金属であるAlを含む膜を含む半導体ウエハWをプラズマ処理した。その後、上部電極34に負の直流電圧を印加しながら、上部電極34に付着した、Alを含む付着物を、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG1のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力:1kW
温度(上部/側壁部/下部):20/−/20℃
時間:180秒
処理ガス及び処理ガスの流量:CF4=500sccm
実施例36:−100V
実施例37:−150V
実施例38:−300V
実施例39:−500V
遷移金属であるHfを含む膜を含む半導体ウエハWをプラズマ処理した。上部電極34に負の直流電圧を印加しながら、上部電極34に付着した、Hfを含む付着物を、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスG1のプラズマにより除去する除去工程を行った。除去工程を行う際に用いた諸条件は、以下の通りである。
圧力:4.0Pa(30mT)
高周波電力:1kW
温度(上部/側壁部/下部):20/−/20℃
時間:180秒
処理ガス及び処理ガスの流量:CF4=500sccm
実施例40:−50V
実施例41:−100V
実施例42:−150V
実施例43:−300V
実施例44:−500V
実施例45では、実施例40〜44とは異なり、除去工程において、上部電極34に負の直流電圧を印加しなかった。その他の点については、実施例40〜44と同様である。
比較例16では、実施例36〜39とは異なり、除去工程において、上部電極34に負の直流電圧を印加しなかった。その他の点については、実施例36〜39と同様である。
比較例17では、実施例36〜39とは異なり、除去工程において、上部電極34への直流電圧として、−50Vを用いた。その他の点については、実施例36〜39と同様である。
図12は、実施例36〜45及び比較例16、17についての処理結果を示す図である。図12において、トレース図761は、実施例36〜39及び比較例16、17における除去工程の前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図771は、実施例40〜45における除去工程の前のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図762、763は、それぞれ、比較例16、17における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図764〜767は、それぞれ、実施例36〜39における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図773〜777は、それぞれ、実施例40〜44における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。トレース図772は、実施例45における除去工程の後のテスト用Si基板の表面状態を示すトレース図である。なお、トレース図では、金属汚染量(Contamination)[×1010 atms/cm2]を併せて示した。
16 サセプタ
32 ガス供給ライン
34 上部電極
36 電極板
50 可変直流電源
51 コントローラ
66 処理ガス供給源
84 排気装置
87 整合器
88 整合器
89 高周波電源
90 高周波電源
95 制御部
96 ユーザーインターフェース
97 記憶部
Claims (6)
- 処理容器内で遷移金属及び卑金属の少なくともいずれか一方を含む被処理体をプラズマ処理することにより、前記処理容器の内部に配置された部材に付着した、前記遷移金属及び前記卑金属の少なくともいずれか一方を含む付着物を、前記部材に負の直流電圧を印加しながら、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスのプラズマにより除去する
ことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記CxFyガスを含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスは、CF4ガス、CF4/COガス、CF4/CO2ガス、CF4/Arガス、CF4/CO/Arガス、CF4/CO2/Arガス、C2F6ガス、C2F6/COガス、C2F6/CO2ガス、C2F6/Arガス、C2F6/CO/Arガス及びC2F6/CO2/Arガスの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理方法。
- 前記遷移金属は、Ti、Hf及びTaの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理方法。
- 前記卑金属は、Alであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。
- 前記プラズマ処理方法は、
前記処理容器の内部において互いに対向する2つの電極の夫々に高周波電力を印加することによって前記CxFyガスを含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスのプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記付着物を除去する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のプラズマ処理方法。 - 被処理体をプラズマ処理するための処理容器と、
前記処理容器の内部を減圧するための排気部と、
前記処理容器の内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記処理容器内で遷移金属及び卑金属の少なくともいずれか一方を含む被処理体をプラズマ処理し、前記処理容器の内部に配置された部材に付着した、前記遷移金属及び前記卑金属の少なくともいずれか一方を含む付着物を、前記部材に負の直流電圧を印加しながら、CxFyガス(ただし、xは2以下の整数、yは6以下の整数)を含み、かつ、塩素系ガス及び窒素系ガスを含まない処理ガスのプラズマにより除去する制御部と
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
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