JPH02185030A

JPH02185030A - 表面処理方法

Info

Publication number: JPH02185030A
Application number: JP375089A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Hayasaka; 伸夫早坂; Haruo Okano; 晴雄岡野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-01-12
Filing date: 1989-01-12
Publication date: 1990-07-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は半導体素子製造プロセスにおける表面処理方法
、特に、ドライエツチング、ドライクリーニング等に係
る表面処理方法に関する。

（従来の技術）従来、半導体素子製造プロセスで行なわれるエツチング
において１反応性イオンエツチングに代表されるガス放
電により生成された荷電粒子を被処理基体を照射してエ
ツチングを行なうドライエツチング技術が知られている
。しかし、前記荷電粒子の被処理基体への照射が、被処
理基体にダメージを与え素子特性に悪影響を及ぼすとい
う荷電粒子を用いるプロセスの間顕点が明らかとなって
きた。

そこで、前記荷電粒子を用いず被処理基体へのダメージ
の発生のないエツチング技術として光励起エツチングが
提案されている。光励起エツチングでは、気相中のガス
を光により励起し活性種を生成することにより被処理基
体のエツチングを行なう方法や被処理基体表面を直接励
起させエツチングを行なう方法など多くの方法がある。

しかしながら、前記ガスを励起する方法では、エツチン
グは等方的に進行するので、微細加工用のエツチングと
しては用いることができない。表面励起を行なう光励起
エツチングは微細加工性がすぐれていると考えられるが
、化学反応を促進するような表面励起の方法は、ＴＩｌ
、在までにあまり報告がされていない。光照射により被
処理基体表面の温度を上昇させ化学反応を促進する効果
を用いる方法もあるが、熱的な励起は微細加工を行うう
えで不利である。光励起による微細加工法として、エツ
チング種と堆積種を同時に供給し、光照射を行うことに
より、光照射方向にエツチングを行う方法（例えば、Ｕ
　Ｓ　Ｐ　、　４５２９４７５或いは、１９８５．　Ｄ
ｒｙＰｒｏｃｅｓｓ　Ｓｙｍｐ、予稿集ρ、３４など）
が報告されているが、エツチングと堆積の両者を高精度
にコントロールすることは困難であり、プロセスの再現
性が乏しい、更に、光を用いるプロセスでは光による反
応の効率が一般に低いこと、また、光が運動量を持たな
いため、光の波長を正確に選択して反応を起こさなけれ
ばならないなど、プロセスとしては困難が多い。

ドライクリーニングは、今後の半導体素子製造プロセス
において重要となることが予想され、それに関し研究が
行われているが、現在あまり有効な方法は見出されてな
い。また、ドライクリーニングは、被処理基体上の有機
物、金属等の汚染物質又は自然酸化膜等の表面改質層を
除去するものであるが、この場合も前述したエツチング
と同様に放電を用いるプロセスでは被処理基体にダメー
ジが生じたり、光励起プロセスでは効率が悪かったり、
金属の除去においては光反応を生じさせることが困難で
ある等、あまり良い系は見出されていない。

以上述べたことをまとめると、荷電粒子を用いるプロセ
スでは、荷電粒子の運動エネルギーを利用することによ
り高効率で反応を進め、エツチング、クリーニングを行
うことができるが、被処理基体にダメージを与えてしま
う、また光励起プロセスでは反応の効率が悪く、又プロ
セス自体も複雑となり、実用性に乏しいという欠点を有
する。

最近、これらの欠点を除去し、低ダメージで効率良くエ
ツチングやクリーニングの表面処理を行おうとする目的
で、中性励起種を被処理基体に熱速度でビーム状に吹き
つけエツチングを行う方法（例えば、応用物理学会、昭
和６３年春季連合講演会、予稿集第２分冊ｐ、４９７．
２８ａ−Ｇ−９）が報告されているが、このような活性
種を吹きつける方法では、もともと前記活性種は熱エネ
ルギー程度の運動エネルギーしか持っていないので微細
加工を行うにあたり、活性種の散乱等で、エネルギーが
消失してしまい不利である。また、被処理基体表面にお
ける反応のコントロールは、吹き出す活性種ビームだけ
で決まり、そのコントロール性に欠ける。

（発明が解決しようとする課題）本発明は上述した従来の欠点を解決し、低ダメージ、高
効率、かつ制御性の良い表面処理方法を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の骨子は１反応容器内の被処理基体に反応性ガス
を吸着させる手段と、この反応性ガスが吸着した表面に
ビーム状の不活性ガスを熱速度程度の運動エネルギーで
吹きつけることにより、エツチング、クリーニング等の
表面処理を行うものである。

すなわち１反応性ガスは吸着はするものの、それだけで
は反応が遅く、エツチング、クリーニングを実用的に行
わないが、方向性のある熱エネルギー程度の運動エネル
ギーを持つ不活性粒子を入射させることにより反応を進
めるものである。

（作用）本方法における不活性粒子の役割は、表面での反応の促
進および反応生成物の除去の過程を促進するものである
０反応、脱離の活性化エネルギーは系によって異なるが
、−船釣に熱エネルギーよりも高いものが多い。不活性
ガス分子の運動エネルギーがこれらの活性化エネルギー
よりも大きい場合は問題にならないが１通常は前記不活
性ガス分子の運動エネルギーは活性化エネルギーよりも
小であり、この場合、１回の不活性ガス分子の衝突では
励起できない、しかし、不活性ガス分子をビーム状とす
ることでその量を多くとることができるため、全体とし
て反応脱離を促進できる。更に、粒子の衝突によるエネ
ルギー移動の効率は極めて良い。

なお、不活性分子ビームの形成は容易であり、粘性流ビ
ームから分子流ビームまで様々な形態があり、場合によ
って使いわけられる。また、ビーム分子の運動エネルギ
ーも０℃以下の低温から数１００℃の高温程度のものを
使うことは容易である。

また、微細加工性は問わず、反応速度を上昇させる場合
には、粘性流ビームで分子温度を上昇させたビームを用
いれば良く、また微細加工性を求める場合には、分子流
ビームを朋いれば良い。より細かな加工を行おうとする
場合には分子流ビームを更にコリメートする方法等を用
いることができる。

（実施例）１１立尖胤■ 以下に図面を用いて本発明の第１の実施例について説明
する。第１図に示すのは本発明の一実施例に係る表面処
理装置の概略図である。

■は反応チャンバであり、その内部を真空排気する真空
排気系とは管■で接続されている。■は資料台であり、
その上に半導体基板等の資料（へ）を設置できる。また
、■は反応性ガスを導入するガス導入口である。更に０
は不活性ガスの導入口（ノズル）であり、■は不活性ガ
スのビーム（へ）をコリメートするための斜へい板であ
り、取りはずしが可能である。また試料台■は、冷却で
きるようになっており、試料（４）の温度を下げコント
ロールできるようになっている。

この第１図に示した装置を用いて、試料■としてｎ十型
多結晶ＳＬ　（ｎ”　Ｐｏ１ｙ−３Ｌ）が表面に露出し
た基板、反応性ガスとしてＣｌ２２、不活性ガスとして
Ａｒを用いてエツチングを行う例について述べる。

前記ｎ”　Ｐｏ１ｙ−５ｉは、Ｃもの供給だけではエツ
チングされない、　ｃｍよのｎ”　Ｐｏ１ｙ−５ｉ上へ
の付着確率は０．１〜０．３程度であり、０．ＩＴｏｒ
ｒ程度の圧力でＣＱ。

を反応容器内に導入することにより、ミリ秒のオーダ以
下でｎ”　Ｐｏ１ｙ−Ｓｉ上全面にＣＱ、が吸着する。

このような基板表面にＡｒの原子ビームを照射すること
によりｎ”　Ｐｏ１ｙ−３Ｌがエツチングされたｅ　Ａ
ｒ原子ビームの照射方法としてはＣａ２を０．ＩＴｏｒ
ｒ程度導入したチャンバ内に１気圧程度の圧力差でノズ
ルからＡｒガスを噴出させる。この時のノズルの径は１
ｍφ程度である。また、　ＡｒＪ）ｉ子温度は３００℃
程度になるようにあらかじめＡｒガスを加熱しである。

この場合Ａｒ分子ビームは粘性流ビームであり。

微細加工性はない、微細加工性を得るためには、Ａｒビ
ームを分子流ビームとして用いなければならない、その
ためには反応容器内の圧力を低くしなければならず、導
入するＣＱ□圧力を少なくするか。

又はＣＱ２の導入とＡｒビームの導入を交互にくり返し
、常に大きな排気速度のポンプでガスをひく方法などが
ある。すなわち、まずＣ６ガスを導入し、０、ＩＴｏｒ
ｒ程度で１　ｓｅｃ程度の間吸着させ１次にＣＱ。

の導入を止め、　Ａｒビームで照射する。このプロセス
をくり返し、エツチングを行うものである２分子流のＡ
ｒビームは反応容器内をノズルと被処理基体表面の距離
が平均自由行程よりも短くなるような圧力にすることに
より実現される。更にノズルから出た原子ビームをコリ
メートすることにより。

Ａｒビームの方向性が添う。

第２図に本発明の一実施例として方向性エツチングを行
った場合の試料断面図を示す、まず第２図（ａ）に示す
ように被処理基体（２２）上にマスク（２１）がパター
ニングされている。この試料に反応性ガス（２３）を吸
着させた様子を第２図（ｂ）に示す、そこに、不活性ガ
スビーム（２４）を照射した場合、ビーム粒子が直接照
射さ九た面でのみエツチングが生じ、側壁ではビームが
照射されず前記側壁ではエツチングが生じないため、方
向性のエツチングが行える（第２図（ｃ））、反応性ガ
スの吸着は、試料温度が低いほど生じやすく、低い圧力
で多く吸着させることができるため、試料温度を冷却さ
せることが有効である。

また１反応性ガスは被処理基体によって選択する必要が
あるが、一般にハロゲン化合物又はハロゲンガスが用い
られる１例えば、Ｃ４，、Ｆ、、　ＣｇＦ。

ＣＩＦ、、　ＢｒＦａ、　ＣＣｊ！４．　　ＰＣら、　
ＳｉＣら、　ＣＦ４．　Ｃ，Ｆ、。

Ｃ，Ｆ、、　ＳｉＦ、、　ＣＣｌ２Ｆ、、　ＣＣｊ、Ｆ
、、　ＣＣらＦ、　ＣＢｒＦ。

等である。また、不活性ガスとしてはＡｒ、　Ｘｅ、　
Ｋｒ＊Ｈｅ、　Ｎｏ等の希ガス又は反応に関与しないも
のであれば、　Ｎ、、　Ｃｏ、、　Ｎ、Ｏ等のガスを用
いても良い、また、ノズル１ケではエツチングできる領
域は限られるためノズルをマトリックス状に多数配列さ
せることにより、大面積をエツチングできるようにする
こともできる。

なお、不活性ガス原子のエネルギーは熱エネルギー程度
と極めて低いため、被処理基体にダメージを与えること
がない。

１１艶失庭■ 本発明の第２の実施例として被処理基体をクリニングす
る例について述べる。第３１ｆｆｌ（ａ）に示すように
、被処理基体（３１）上に汚染物（３２）が存在するよ
うな場合、第３図（ｂ）に示すように反応性ガス（３３
）を被処理基体（３１）上に吸着させ、次に不活性ガス
ビーム（３４）を照射することにより前記汚染物（３２
）は反応性ガス（３３）の分子と反応し、反応生成物（
３５）となって脱離し、除去できる。ここで例えば汚染
物（３２）として有機物を例にとると、有機物は反応性
ガスのハロゲンガスと反応し１反応生成物としてハロゲ
ン化物が容易に形成される。

ハロゲン化された前記有機物はそれ自体でも蒸気圧が高
く脱離することがあるが、不活性ガスビームを照射する
ことにより、より効率よく除去される。

更に、前記汚染物が金属である場合も同様であり、Ｆｅ
、　Ｃｕ、　Ｎｉ等の金属はＣ４，Ｆ等の吸着で化合物
を形成し、Ａｒ原子ビーム等不活性ガスのビームの照射
により除去できる。

〔発明の効果〕

本発明により被処理基体にダメージを与えることなく、
エツチング、クリーニングが行える。更に１分子流ビー
ムを用いることにより、方向性のエツチングが行える。

また、反応ガスの供給と照射する不活性ガスビームを各
々個別にコントロールできるために１反応の速度のコン
トロール性が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための装置の概略
図、第２図は本発明の一実施例を説明するための断面図
、第３図は本発明の他の実施例を説明するための断面図
である。１・・・反応チャンバ、　　４・・・試料、５・・・反
応性ガス導入口、６・・・不活性ガス導入口、２２．３
１・・・基板、　　　　　２１・・・マスク、２３．３
３・・・反応性ガス、２４　、３４・・・不活性ガスビ
ーム。３２・・・汚染物。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被処理基体を収納する真空排気可能な反応容器内
に前記被処理基体をエッチングし得る反応性ガスを供給
して前記被処理基体表面に前記反応性ガスを付着せしめ
た後、該基体に不活性ガスよりなる分子流を噴出せしめ
ることにより前記被処理基体表面をエッチングあるいは
クリーニングする表面処理方法。
（２）前記被処理基体を前記反応性ガスの露点温度以下
まで冷却することを特徴とする表面処理方法。
（３）前記被処理基体は多結晶シリコン上にレジストマ
スクが形成されたものであって、反応性ガスとしてハロ
ゲン元素を含むガスを前記反応容器内に供給した後、前
記被処理基体表面に不活性ガスよりなる分子流を一方向
から供給されるように噴出せしめて前記レジストをマス
クとした多結晶シリコンの方向性エッチングを行なうこ
とを特徴とする請求項１記載の表面処理方法。
（４）前記不活性ガスはＡｒ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ
、Ｎ＿２、Ｈ＿２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ＿２、Ｎ＿２Ｏ、Ｏ＿
２のいずれかあるいはこれらの混合ガスである請求項１
記載の表面処理方法。