JPH10326771A - 水素プラズマダウンストリーム処理装置及び水素プラズマダウンストリーム処理方法 - Google Patents
水素プラズマダウンストリーム処理装置及び水素プラズマダウンストリーム処理方法Info
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- JPH10326771A JPH10326771A JP9134065A JP13406597A JPH10326771A JP H10326771 A JPH10326771 A JP H10326771A JP 9134065 A JP9134065 A JP 9134065A JP 13406597 A JP13406597 A JP 13406597A JP H10326771 A JPH10326771 A JP H10326771A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素プラズマダウンストリーム処理装置及び
方法の改善に関する。 【解決手段】 水素ガスを供給する第１のガス供給源18
Ａと、フッ化窒素ガスを供給する第２のガス供給源18Ｂ
と、管状であって、水素ガス及びフッ化窒素ガスを用い
て半導体層の表面処理をするためのチャンバ11とを有
し、チャンバ11は、水素ガス及び水素ガスに対する流量
比が４以上のフッ化窒素ガスを導入して水素ガス及びフ
ッ化窒素ガスを活性化するプラズマ発生部12と、その下
流側に配置され、半導体層21を配置する処理部13とを備
え、水素ガスに対するフッ化窒素ガスの流量比が４以上
になるように第１，第２のガス供給源18Ａ，18Ｂを制御
するガス流量制御手段20を有すること。
方法の改善に関する。 【解決手段】 水素ガスを供給する第１のガス供給源18
Ａと、フッ化窒素ガスを供給する第２のガス供給源18Ｂ
と、管状であって、水素ガス及びフッ化窒素ガスを用い
て半導体層の表面処理をするためのチャンバ11とを有
し、チャンバ11は、水素ガス及び水素ガスに対する流量
比が４以上のフッ化窒素ガスを導入して水素ガス及びフ
ッ化窒素ガスを活性化するプラズマ発生部12と、その下
流側に配置され、半導体層21を配置する処理部13とを備
え、水素ガスに対するフッ化窒素ガスの流量比が４以上
になるように第１，第２のガス供給源18Ａ，18Ｂを制御
するガス流量制御手段20を有すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素プラズマダウ
ンストリーム処理装置，水素プラズマダウンストリーム
処理方法に関し、更に詳しくいえば、反応ガスをプラズ
マ化した後に、その下流に半導体層を配置してこれを処
理し、表面の清浄化をもたらすことを目的とする、いわ
ゆるドライ洗浄方法及びそれを達成する装置に関する。
ンストリーム処理装置，水素プラズマダウンストリーム
処理方法に関し、更に詳しくいえば、反応ガスをプラズ
マ化した後に、その下流に半導体層を配置してこれを処
理し、表面の清浄化をもたらすことを目的とする、いわ
ゆるドライ洗浄方法及びそれを達成する装置に関する。
【０００２】近年、半導体装置、特にシリコン基板を用
いた大規模集積回路の製造においては、金属、シリコン
等を堆積成長させる際にシリコンの自然酸化膜がその膜
質、あるいは下地層との界面での電気特性等に与える影
響が無視できなくなっており、これを迅速にかつ低温で
除去することが必要となってきている。
いた大規模集積回路の製造においては、金属、シリコン
等を堆積成長させる際にシリコンの自然酸化膜がその膜
質、あるいは下地層との界面での電気特性等に与える影
響が無視できなくなっており、これを迅速にかつ低温で
除去することが必要となってきている。
【０００３】
【従来の技術】この目的を最も良く達成する手段とし
て、水素と水蒸気の混合気体をプラズマ化した後に、そ
のガスの流れの下流に、プラズマ化されていないＮＦ3
を添加して半導体基板上に形成される自然酸化膜を除去
して終端処理をするＮＦ3 添加水素＋水蒸気プラズマダ
ウンストリーム処理が知られている（J.Kikuchi, M.Ig
a,H.Ogawa, S.Fujimura, and H.Yano, "Native oxide r
emoval on Si surface byNF3-added hydrogen and wate
r-vapor plasma downstream treatment",Jpn.J.Appl.Ph
ys.,33,2207-2211(1994).) 。
て、水素と水蒸気の混合気体をプラズマ化した後に、そ
のガスの流れの下流に、プラズマ化されていないＮＦ3
を添加して半導体基板上に形成される自然酸化膜を除去
して終端処理をするＮＦ3 添加水素＋水蒸気プラズマダ
ウンストリーム処理が知られている（J.Kikuchi, M.Ig
a,H.Ogawa, S.Fujimura, and H.Yano, "Native oxide r
emoval on Si surface byNF3-added hydrogen and wate
r-vapor plasma downstream treatment",Jpn.J.Appl.Ph
ys.,33,2207-2211(1994).) 。
【０００４】この技術は、プラズマ化された水素と水蒸
気の混合気体の下流にＮＦ3 を添加することにより、プ
ラズマ中での電子、イオン、光子等の高エネルギー粒子
との衝突でＮＦ3 が解離しフッ素原子が生じる事を避け
ている。それゆえ、処理後の基板表面にフッ素が残るこ
とも無く（J.Kikuchi, M.Nagasaka, S.Fujimura, H.Yan
o, and Y.Horiike, "Cleaning of silicon surface by
NF3-added hydrogen and water-vapor plasma downstre
am treatment",Jpn.J.Appl.Phys.,35,1022-1026(199
6).) 、フッ素原子が石英などの真空容器内壁をエッチ
ングしてパーティクルを生じる心配もなくなっている。
気の混合気体の下流にＮＦ3 を添加することにより、プ
ラズマ中での電子、イオン、光子等の高エネルギー粒子
との衝突でＮＦ3 が解離しフッ素原子が生じる事を避け
ている。それゆえ、処理後の基板表面にフッ素が残るこ
とも無く（J.Kikuchi, M.Nagasaka, S.Fujimura, H.Yan
o, and Y.Horiike, "Cleaning of silicon surface by
NF3-added hydrogen and water-vapor plasma downstre
am treatment",Jpn.J.Appl.Phys.,35,1022-1026(199
6).) 、フッ素原子が石英などの真空容器内壁をエッチ
ングしてパーティクルを生じる心配もなくなっている。
【０００５】このＮＦ3 添加水素＋水蒸気プラズマダウ
ンストリーム処理に先立って、シリコン酸化膜のエッチ
ングを目的とする処理方法としてＮＦ3 ＋ＮＨ3 プラズ
マダウンフロー、ＮＦ3 ＋Ｈ2 プラズマダウンフロー処
理も報告されている(NF3+NH3: H.Nishino, N.Hayasaka,
H.Ito, T.Arikado, and H.Okano, Proc.Symp.Dry Proc
ess,1989,Tokyo(The Inst. of Electrical Engineers o
f Japan, Tokyo,1989)p.90,NF3+H2:T.Kusuki, H.Kawaka
mi, H.Sakaue, and Y.Horiike, Ext.Abstr.Electroche
m.Soc., Hawaii(1993)p.375) が、効果はＮＦ3 添加水
素＋水蒸気プラズマダウンストリーム処理と差はない。
なお、ここでいう「ダウンストリーム処理」と「ダウン
フロー処理」とはほとんど同義である。
ンストリーム処理に先立って、シリコン酸化膜のエッチ
ングを目的とする処理方法としてＮＦ3 ＋ＮＨ3 プラズ
マダウンフロー、ＮＦ3 ＋Ｈ2 プラズマダウンフロー処
理も報告されている(NF3+NH3: H.Nishino, N.Hayasaka,
H.Ito, T.Arikado, and H.Okano, Proc.Symp.Dry Proc
ess,1989,Tokyo(The Inst. of Electrical Engineers o
f Japan, Tokyo,1989)p.90,NF3+H2:T.Kusuki, H.Kawaka
mi, H.Sakaue, and Y.Horiike, Ext.Abstr.Electroche
m.Soc., Hawaii(1993)p.375) が、効果はＮＦ3 添加水
素＋水蒸気プラズマダウンストリーム処理と差はない。
なお、ここでいう「ダウンストリーム処理」と「ダウン
フロー処理」とはほとんど同義である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のＮＦ3 添加水素
＋水蒸気プラズマダウンストリーム処理は自然酸化膜の
除去方法としてはかなり有効である。しかし、ＮＦ3 を
水素＋水蒸気プラズマの下流に混入させるＮＦ3 添加水
素＋水蒸気プラズマダウンストリーム中で水素原子と反
応して表面を処理するためのＨＦ，ＮＨ3 Ｆ等を生じさ
せる必要があるので、ＮＦ3 と水素原子とが十分に反応
する領域が必要であり、従って処理装置が大型化する。
＋水蒸気プラズマダウンストリーム処理は自然酸化膜の
除去方法としてはかなり有効である。しかし、ＮＦ3 を
水素＋水蒸気プラズマの下流に混入させるＮＦ3 添加水
素＋水蒸気プラズマダウンストリーム中で水素原子と反
応して表面を処理するためのＨＦ，ＮＨ3 Ｆ等を生じさ
せる必要があるので、ＮＦ3 と水素原子とが十分に反応
する領域が必要であり、従って処理装置が大型化する。
【０００７】また、ＮＦ3 ＋ＮＨ3 プラズマダウンフロ
ー、ＮＦ3 ＋Ｈ2 プラズマダウンフロー処理は、処理装
置は大型化しないという利点はあるものの、（ＮＨ4 ）
2 ＳｉＦ6 からなると思われる大量の堆積物（パーティ
クル）が生じること、自然酸化膜除去後基板表面にフッ
素が残留してしまうなどの問題が報告されている。しか
し、両者とも単に２種類のガスを混ぜただけのプラズマ
ダウンフロープロセスであり、処理の実施は比較的簡単
である。特にＮＦ3 ＋Ｈ2 を用いたプロセスは用いるガ
スが共に半導体装置の量産工程で一般的に用いられてお
り、安全面も含めた取扱いのし易さの点ですぐれてい
る。従って、パーティクルやフッ素の問題が軽減されれ
ば、目的によってはＮＦ3 添加水素+ 水蒸気プラズマダ
ウンストリーム処理よりも低コストで自然酸化膜の除去
が行えるだけに、利用価値がある。
ー、ＮＦ3 ＋Ｈ2 プラズマダウンフロー処理は、処理装
置は大型化しないという利点はあるものの、（ＮＨ4 ）
2 ＳｉＦ6 からなると思われる大量の堆積物（パーティ
クル）が生じること、自然酸化膜除去後基板表面にフッ
素が残留してしまうなどの問題が報告されている。しか
し、両者とも単に２種類のガスを混ぜただけのプラズマ
ダウンフロープロセスであり、処理の実施は比較的簡単
である。特にＮＦ3 ＋Ｈ2 を用いたプロセスは用いるガ
スが共に半導体装置の量産工程で一般的に用いられてお
り、安全面も含めた取扱いのし易さの点ですぐれてい
る。従って、パーティクルやフッ素の問題が軽減されれ
ば、目的によってはＮＦ3 添加水素+ 水蒸気プラズマダ
ウンストリーム処理よりも低コストで自然酸化膜の除去
が行えるだけに、利用価値がある。
【０００８】本発明は以上の点に鑑み、ＮＦ3 ＋Ｈ2 プ
ラズマダウンフロー処理におけるパーティクル、フッ素
残留等の問題を極力抑止することを目的とする。
ラズマダウンフロー処理におけるパーティクル、フッ素
残留等の問題を極力抑止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、内部に
ガスを流すためのチャンバと、前記チャンバの前記ガス
の上流側に配置されたプラズマ発生部と、前記プラズマ
発生部に水素ガスを供給する第１のガス供給源と、前記
プラズマ発生部にフッ化窒素ガスを供給する第２のガス
供給源と、前記チャンバ内において前記プラズマ発生部
から離れた前記ガスの下流側に設けられたウェハ載置部
と、前記第１のガス供給源から前記チャンバに供給され
る前記水素ガスの流量に対する前記第２のガス供給源か
ら前記チャンバに供給される前記フッ化窒素ガスの流量
を４倍以上にするガス流量制御手段とを有することを特
徴とする水素プラズマダウンストリーム処理装置により
解決し、前記チャンバの内壁がシリコン、シリコン酸化
物、シリコン窒化物又はシリコンカーバイドの内の少な
くとも一つから構成されていることを特徴とする水素プ
ラズマダウンストリーム処理装置により解決し、水素ガ
スの流量に対するフッ化窒素ガスの流量を４倍以上にし
て該水素ガスと該フッ化窒素ガスを含む第一のガスをプ
ラズマ発生領域でプラズマ化して第二のガスを生成し、
前記プラズマ発生領域から離れた前記第二のガスの流れ
の下流の領域に半導体層を置いて第二のガスによって該
半導体層の表面を処理することを特徴とする水素プラズ
マダウンストリーム処理方法により解決し、前記半導体
層はシリコン層であって、かつ前記半導体層の表面処理
は、前記半導体層の表面に形成される酸化膜を除去する
処理であることを特徴とする本発明に係る水素プラズマ
ダウンストリーム処理方法により解決し、前記半導体層
はシリコンであって、かつ前記半導体層の表面処理は、
前記半導体層上の絶縁膜の開口内で前記半導体層表面に
生じた自然酸化膜を除去する処理であることを特徴とす
る本発明に係る水素プラズマダウンストリーム処理方法
により解決し、前記第二のガスはチャンバ内を通して前
記半導体層に供給され、前記プラズマ発生領域では、前
記半導体層の前記表面を前記第二のガスによって処理し
た後に、水素ガスがプラズマ化され、後に前記プラズマ
化された前記水素ガスは前記チャンバ内に供給されて前
記チャンバの内壁を洗浄することを特徴とする本発明に
係る水素プラズマダウンストリーム処理方法により解決
する。
ガスを流すためのチャンバと、前記チャンバの前記ガス
の上流側に配置されたプラズマ発生部と、前記プラズマ
発生部に水素ガスを供給する第１のガス供給源と、前記
プラズマ発生部にフッ化窒素ガスを供給する第２のガス
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から離れた前記ガスの下流側に設けられたウェハ載置部
と、前記第１のガス供給源から前記チャンバに供給され
る前記水素ガスの流量に対する前記第２のガス供給源か
ら前記チャンバに供給される前記フッ化窒素ガスの流量
を４倍以上にするガス流量制御手段とを有することを特
徴とする水素プラズマダウンストリーム処理装置により
解決し、前記チャンバの内壁がシリコン、シリコン酸化
物、シリコン窒化物又はシリコンカーバイドの内の少な
くとも一つから構成されていることを特徴とする水素プ
ラズマダウンストリーム処理装置により解決し、水素ガ
スの流量に対するフッ化窒素ガスの流量を４倍以上にし
て該水素ガスと該フッ化窒素ガスを含む第一のガスをプ
ラズマ発生領域でプラズマ化して第二のガスを生成し、
前記プラズマ発生領域から離れた前記第二のガスの流れ
の下流の領域に半導体層を置いて第二のガスによって該
半導体層の表面を処理することを特徴とする水素プラズ
マダウンストリーム処理方法により解決し、前記半導体
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は、前記半導体層の表面に形成される酸化膜を除去する
処理であることを特徴とする本発明に係る水素プラズマ
ダウンストリーム処理方法により解決し、前記半導体層
はシリコンであって、かつ前記半導体層の表面処理は、
前記半導体層上の絶縁膜の開口内で前記半導体層表面に
生じた自然酸化膜を除去する処理であることを特徴とす
る本発明に係る水素プラズマダウンストリーム処理方法
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記半導体層に供給され、前記プラズマ発生領域では、前
記半導体層の前記表面を前記第二のガスによって処理し
た後に、水素ガスがプラズマ化され、後に前記プラズマ
化された前記水素ガスは前記チャンバ内に供給されて前
記チャンバの内壁を洗浄することを特徴とする本発明に
係る水素プラズマダウンストリーム処理方法により解決
する。
【００１０】引き続いて本発明の作用について説明す
る。上記の大量のパーティクルが生じる問題や、自然酸
化膜除去後基板表面にフッ素が残留する問題の多くは、
ＮＦ3 をプラズマ化することにより生じるフッ素原子に
よってもたらされている。例えば、パーティクルはプラ
ズマ化されたフッ素原子がシリコンやＮＨ3 と反応する
ことで生成される（ＮＨ4 ）2 ＳｉＦ6 等が要因である
と考えられ、また、自然酸化膜除去後基板表面にフッ素
が残留するのもフッ素原子が付着することによってもた
らされると考えられる。
る。上記の大量のパーティクルが生じる問題や、自然酸
化膜除去後基板表面にフッ素が残留する問題の多くは、
ＮＦ3 をプラズマ化することにより生じるフッ素原子に
よってもたらされている。例えば、パーティクルはプラ
ズマ化されたフッ素原子がシリコンやＮＨ3 と反応する
ことで生成される（ＮＨ4 ）2 ＳｉＦ6 等が要因である
と考えられ、また、自然酸化膜除去後基板表面にフッ素
が残留するのもフッ素原子が付着することによってもた
らされると考えられる。
【００１１】シリコンの自然酸化膜をエッチングする場
合には、ＨＦ、あるいはＮＨ4 Ｆ等が気相中で合成され
ることが望ましい。この観点から言えば、フッ素原子が
水素原子、あるいは水素分子と反応してＨＦとなること
が望まれる。プラズマ中で生成されたフッ素原子は下流
へ輸送される過程で水素分子等と気相中、あるいは容器
壁面で反応しＨＦとなる。従って、容器内壁、他粒子と
の衝突回数がフッ素原子の減衰に関係し、これを制御す
るにはプラズマから被加工物表面までの距離、あるいは
圧力を制御する必要がある。
合には、ＨＦ、あるいはＮＨ4 Ｆ等が気相中で合成され
ることが望ましい。この観点から言えば、フッ素原子が
水素原子、あるいは水素分子と反応してＨＦとなること
が望まれる。プラズマ中で生成されたフッ素原子は下流
へ輸送される過程で水素分子等と気相中、あるいは容器
壁面で反応しＨＦとなる。従って、容器内壁、他粒子と
の衝突回数がフッ素原子の減衰に関係し、これを制御す
るにはプラズマから被加工物表面までの距離、あるいは
圧力を制御する必要がある。
【００１２】しかし、これらのパラメータは例えば均一
な処理分布を得るためにも制御する必要があり、また装
置の設計条件にも制約を与えることとなり、本目的を達
成するためにそれらのパラメータに制約を加えることは
望ましくない。そこで、最も簡単な調整方法として、反
応ガスのガス組成を検討し、ガス組成により実質的にフ
ッ素原子が被加工物表面に到達することを防止すればよ
い。
な処理分布を得るためにも制御する必要があり、また装
置の設計条件にも制約を与えることとなり、本目的を達
成するためにそれらのパラメータに制約を加えることは
望ましくない。そこで、最も簡単な調整方法として、反
応ガスのガス組成を検討し、ガス組成により実質的にフ
ッ素原子が被加工物表面に到達することを防止すればよ
い。
【００１３】また、パーティクルはフッ素原子が容器内
壁の例えば石英と反応し、ＳｉＯxＦy 等の不揮発性の
物質を作りだし、それが容器内壁に堆積し、やがて固ま
りのまま脱離して被加工物表面に付着してパーティクル
となる。従って、この堆積物が固まりで脱離するほど大
きくなる前に簡便に洗浄除去できればパーティクルの影
響を軽減することができる。ここで、水素原子は例えば
シリコンのフッ化物からフッ素を引き抜くことが知られ
ているから、上記堆積物に水素原子を作用させ、フッ素
を引き抜き、ＳｉＯx にすれば、それはＨＦで除去でき
るからパーティクルとなる以前に除去できることにな
る。水素原子は水素プラズマ、あるいは水蒸気添加水素
プラズマを用いることにより供給することができる。
壁の例えば石英と反応し、ＳｉＯxＦy 等の不揮発性の
物質を作りだし、それが容器内壁に堆積し、やがて固ま
りのまま脱離して被加工物表面に付着してパーティクル
となる。従って、この堆積物が固まりで脱離するほど大
きくなる前に簡便に洗浄除去できればパーティクルの影
響を軽減することができる。ここで、水素原子は例えば
シリコンのフッ化物からフッ素を引き抜くことが知られ
ているから、上記堆積物に水素原子を作用させ、フッ素
を引き抜き、ＳｉＯx にすれば、それはＨＦで除去でき
るからパーティクルとなる以前に除去できることにな
る。水素原子は水素プラズマ、あるいは水蒸気添加水素
プラズマを用いることにより供給することができる。
【００１４】以上の理由より、本発明に係る水素プラズ
マダウンストリーム処理装置及び処理方法では、最も調
整容易なガス組成の条件を従来の条件に代え、処理に用
いる水素ガスに対してのフッ化窒素ガスの流量比が４以
上になるようにし、水素原子とフッ素原子とをできるだ
け気相中で反応させることによって上記のパーティク
ル、フッ素残留の問題などを極力抑止しているのであ
る。
マダウンストリーム処理装置及び処理方法では、最も調
整容易なガス組成の条件を従来の条件に代え、処理に用
いる水素ガスに対してのフッ化窒素ガスの流量比が４以
上になるようにし、水素原子とフッ素原子とをできるだ
け気相中で反応させることによって上記のパーティク
ル、フッ素残留の問題などを極力抑止しているのであ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下で本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態
に係る水素プラズマダウンストリーム処理装置の構成を
示す図である。この装置は、図１に示すように、チャン
バ１１，プラズマ発生部１２，処理部１３，マイクロ波
発生源１５，第１のガス供給源１８Ａ，第１のマスフロ
ーコントローラ１９Ａ，第２のガス供給源１８Ｂ，第２
のマスフローコントローラ１９Ｂ，第３のガス供給源１
８Ｃ，第３のマスフローコントローラ１９Ｃ及びガス流
量制御手段２０を有する。
図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態
に係る水素プラズマダウンストリーム処理装置の構成を
示す図である。この装置は、図１に示すように、チャン
バ１１，プラズマ発生部１２，処理部１３，マイクロ波
発生源１５，第１のガス供給源１８Ａ，第１のマスフロ
ーコントローラ１９Ａ，第２のガス供給源１８Ｂ，第２
のマスフローコントローラ１９Ｂ，第３のガス供給源１
８Ｃ，第３のマスフローコントローラ１９Ｃ及びガス流
量制御手段２０を有する。
【００１６】チャンバ１１は、内径約９mm、外径約１１
mmの円筒状の細長い石英管からなるものであり、ガスを
排気するためのガス排気口１４Ａと、ガスを導入するた
めのガス導入口１４Ｂを有する。プラズマ発生部１２
は、マイクロ波発生源１５から供給されるマイクロ波を
導入して、後述のガスをプラズマ化するためのものであ
る。
mmの円筒状の細長い石英管からなるものであり、ガスを
排気するためのガス排気口１４Ａと、ガスを導入するた
めのガス導入口１４Ｂを有する。プラズマ発生部１２
は、マイクロ波発生源１５から供給されるマイクロ波を
導入して、後述のガスをプラズマ化するためのものであ
る。
【００１７】処理部１３は、半導体層表面の自然酸化膜
除去や水素終端処理をするための領域であり、自然酸化
膜２１Ａが形成されているシリコン基板（被処理物）２
１が置かれる。この処理部１３は、プラズマ発生部１２
より距離Ｌだけ離れたガスの流れの下流に設けられてい
る。マイクロ波発生源１５は、周波数２．４５ＧＨｚの
マイクロ波を生成してプラズマ発生部１２に供給するも
のである。
除去や水素終端処理をするための領域であり、自然酸化
膜２１Ａが形成されているシリコン基板（被処理物）２
１が置かれる。この処理部１３は、プラズマ発生部１２
より距離Ｌだけ離れたガスの流れの下流に設けられてい
る。マイクロ波発生源１５は、周波数２．４５ＧＨｚの
マイクロ波を生成してプラズマ発生部１２に供給するも
のである。
【００１８】第１のガス供給源１８ＡはＨ2 をその中に
有するものである。第２のガス供給源１８ＢはＮＦ3 を
その中に有するものである。また、第３のガス供給源１
８ＣはＨ2 Ｏを其の中に有する。第１のマスフローコン
トローラ１９Ａは第１のガス供給源１８Ａのガス流量を
制御するものであり、第２のマスフローコントローラ１
９Ｂは第２のガス供給源の１８Ｂのガス流量を制御する
ものである。また、第３のマスフローコントローラ１９
Ｃは第３のガス供給源１８Ｃのガス流量を制御するもの
である。
有するものである。第２のガス供給源１８ＢはＮＦ3 を
その中に有するものである。また、第３のガス供給源１
８ＣはＨ2 Ｏを其の中に有する。第１のマスフローコン
トローラ１９Ａは第１のガス供給源１８Ａのガス流量を
制御するものであり、第２のマスフローコントローラ１
９Ｂは第２のガス供給源の１８Ｂのガス流量を制御する
ものである。また、第３のマスフローコントローラ１９
Ｃは第３のガス供給源１８Ｃのガス流量を制御するもの
である。
【００１９】ガス流量制御手段２０は第１〜第３のマス
フローコントローラ１９Ａ〜１９Ｃに接続し、Ｈ2 ガス
の流量に対するＮＦ3 ガスの流量比が４以上になるよう
に第１，第２のマスフローコントローラ１９Ａ，１９Ｂ
を制御するものである。上記装置において、チャンバ１
１は、石英管に限らず、酸化シリコンを含む材料からな
る管状の構造であればよい。
フローコントローラ１９Ａ〜１９Ｃに接続し、Ｈ2 ガス
の流量に対するＮＦ3 ガスの流量比が４以上になるよう
に第１，第２のマスフローコントローラ１９Ａ，１９Ｂ
を制御するものである。上記装置において、チャンバ１
１は、石英管に限らず、酸化シリコンを含む材料からな
る管状の構造であればよい。
【００２０】以下で、上記装置を用いた水素プラズマダ
ウンストリーム方法について図２を参照しながら説明す
る。なお、図２は本発明の実施例に係る水素処理により
シリコン基板２１の表面の自然酸化膜を除去し、更にそ
の表面を水素終端処理をする方法について説明する断面
図である。図２（ａ）は、自然酸化膜（被処理物）２１
Ａが形成されているシリコン基板２１を示す。この場合
の基板温度は室温とする。
ウンストリーム方法について図２を参照しながら説明す
る。なお、図２は本発明の実施例に係る水素処理により
シリコン基板２１の表面の自然酸化膜を除去し、更にそ
の表面を水素終端処理をする方法について説明する断面
図である。図２（ａ）は、自然酸化膜（被処理物）２１
Ａが形成されているシリコン基板２１を示す。この場合
の基板温度は室温とする。
【００２１】まず、この状態のシリコン基板２１を図１
に示す処理装置の処理部１３に置く。その後、排気口１
４Ａを通してチャンバ１１内のガスを排気しつつ、流量
２０ｃｃ／分の水素ガスをガス導入口１４Ｂからチャン
バ１１内に導入する。次に、周波数２．４５ＧＨｚであ
って２０Ｗ程度のマイクロ波をマイクロ波発生源１５か
らプラズマ発生部１２に導く。これにより、プラズマ発
生部１２においてガスが放電して水素イオン，電子，水
素ラジカル，フッ素が発生する。
に示す処理装置の処理部１３に置く。その後、排気口１
４Ａを通してチャンバ１１内のガスを排気しつつ、流量
２０ｃｃ／分の水素ガスをガス導入口１４Ｂからチャン
バ１１内に導入する。次に、周波数２．４５ＧＨｚであ
って２０Ｗ程度のマイクロ波をマイクロ波発生源１５か
らプラズマ発生部１２に導く。これにより、プラズマ発
生部１２においてガスが放電して水素イオン，電子，水
素ラジカル，フッ素が発生する。
【００２２】このとき、プラズマ状態のガスはプラズマ
発生部１２の近傍に局在して存在し、そのガスの流れの
下流には水素イオン、電子及び水素ラジカルのうちの水
素ラジカルを多く含む活性ガスがガスの流れに従って移
動する。続いて、プラズマ領域からのガスの流れの下流
側にあるガス導入口１４Ｂを通してＮＦ3 ガスを９０ｃ
ｃ／分の流量でチャンバ１１内に導入して活性ガスに添
加する。
発生部１２の近傍に局在して存在し、そのガスの流れの
下流には水素イオン、電子及び水素ラジカルのうちの水
素ラジカルを多く含む活性ガスがガスの流れに従って移
動する。続いて、プラズマ領域からのガスの流れの下流
側にあるガス導入口１４Ｂを通してＮＦ3 ガスを９０ｃ
ｃ／分の流量でチャンバ１１内に導入して活性ガスに添
加する。
【００２３】また、活性ガスとＮＦ3 ガスは処理部１３
に到達する間に何らかの反応が生じると考えられる。こ
の状態を１５分間保持すると、図２（ｂ）に示すよう
に、シリコン基板２１上の自然酸化膜２１Ａが完全に除
去されるとともに、シリコン基板２１の表面のシリコン
原子に水素が結合して水素終端処理が行われる。なお、
この自然酸化膜２１Ａの膜厚は１０〜２０Å程度であ
る。
に到達する間に何らかの反応が生じると考えられる。こ
の状態を１５分間保持すると、図２（ｂ）に示すよう
に、シリコン基板２１上の自然酸化膜２１Ａが完全に除
去されるとともに、シリコン基板２１の表面のシリコン
原子に水素が結合して水素終端処理が行われる。なお、
この自然酸化膜２１Ａの膜厚は１０〜２０Å程度であ
る。
【００２４】自然酸化膜２１Ａの有無は、シリコン基板
２１の表面が親水性のままか、疎水性になっているかに
より判断した。親水性のままだと自然酸化膜２１Ａは残
っており、一方、疎水性になっていれば、自然酸化膜２
１Ａは除去されかつ水素終端処理がなされていることに
なる。ついで、ＮＦ3 の順序でチャンバ１１内への供給
を停止した後に、マイクロ波の印加を止めて水素のプラ
ズマ化を停止し、ついで水素ガスの導入を止める。その
後、次の工程を行うため、シリコン基板２１を取り出す
か、或いは連接された処理装置に搬送する。
２１の表面が親水性のままか、疎水性になっているかに
より判断した。親水性のままだと自然酸化膜２１Ａは残
っており、一方、疎水性になっていれば、自然酸化膜２
１Ａは除去されかつ水素終端処理がなされていることに
なる。ついで、ＮＦ3 の順序でチャンバ１１内への供給
を停止した後に、マイクロ波の印加を止めて水素のプラ
ズマ化を停止し、ついで水素ガスの導入を止める。その
後、次の工程を行うため、シリコン基板２１を取り出す
か、或いは連接された処理装置に搬送する。
【００２５】なお、本実施形態ではＨ2 ガスとＮＦ3 ガ
スのみの混合ガスのプラズマを用いているが、本発明は
これに限らず、ＮＦ3 ガスを導入してプラズマ化した後
に、ガス導入口１４Ｂを通して流量２０ｃｃ／分の水蒸
気（Ｈ2 Ｏ）を第３のガス供給源１８Ｃから供給して、
水素プラズマに水蒸気を添加してもよい。こうすること
により、活性ガス中には、水素イオンや水素ラジカルの
再結合により生成された水素分子の含有量が少なくなる
ので、水素ラジカルの減少をかなり抑えることが可能に
なるという効果が現れる。
スのみの混合ガスのプラズマを用いているが、本発明は
これに限らず、ＮＦ3 ガスを導入してプラズマ化した後
に、ガス導入口１４Ｂを通して流量２０ｃｃ／分の水蒸
気（Ｈ2 Ｏ）を第３のガス供給源１８Ｃから供給して、
水素プラズマに水蒸気を添加してもよい。こうすること
により、活性ガス中には、水素イオンや水素ラジカルの
再結合により生成された水素分子の含有量が少なくなる
ので、水素ラジカルの減少をかなり抑えることが可能に
なるという効果が現れる。
【００２６】本実施形態では、ガス流量制御手段２０に
より、Ｈ2 の流量に対するＮＦ3 の流量の比が４以上に
なるように制御している。このようにすることでパーテ
ィクルの発生や、フッ素が表面に残留する問題などを低
減することが可能になるが、なぜこのように流量比を調
整するかについての理由について以下で説明する。図３
はHoriike 等による実験結果である（NF3+H2:T.Kusuki,
H.Kawakami, H.Sakaue, and Y.Horiike, Ext.Abstr.El
ectrochem.Soc., Hawaii(1993)p.375 ）。
より、Ｈ2 の流量に対するＮＦ3 の流量の比が４以上に
なるように制御している。このようにすることでパーテ
ィクルの発生や、フッ素が表面に残留する問題などを低
減することが可能になるが、なぜこのように流量比を調
整するかについての理由について以下で説明する。図３
はHoriike 等による実験結果である（NF3+H2:T.Kusuki,
H.Kawakami, H.Sakaue, and Y.Horiike, Ext.Abstr.El
ectrochem.Soc., Hawaii(1993)p.375 ）。
【００２７】この実験は、シリコン基板上に形成された
SiO2膜を、Ｈ2 とＮＦ3 との混合ガスのプラズマを用い
てエッチングした場合における、Ｈ2 とＮＦ3 との比
と、エッチレートとの関係を調べたものである。図３に
おいて横軸はＨ2 とＮＦ3 との比であって、縦軸は、シ
リコンとSiO2のエッチレートを示している。
SiO2膜を、Ｈ2 とＮＦ3 との混合ガスのプラズマを用い
てエッチングした場合における、Ｈ2 とＮＦ3 との比
と、エッチレートとの関係を調べたものである。図３に
おいて横軸はＨ2 とＮＦ3 との比であって、縦軸は、シ
リコンとSiO2のエッチレートを示している。
【００２８】図３に示すように、Ｈ2 とＮＦ3 の比が１
以下の場合には、SiO2のエッチレートは１０〜１０2 程
度であるが、シリコンのエッチレートも１０〜１０3 程
度ある。これは、自然酸化膜のみならずシリコン基板ま
でもがエッチングされてしまうことを意味しており、好
ましくはない。Ｈ2 とＮＦ3 の比が１以上のときには、
シリコンのエッチレートが１になり、殆どシリコン基板
がエッチングされないことになり、またSiO2のエッチレ
ートは１０〜１０2 程度であるため、SiO2だけがエッチ
ングされることになり、好ましい。そこで、彼らは水素
のフッ素に対する比が１であることが望ましいとしてい
る。しかし、この文献からは彼等の示したＨ2 とＮＦ3
の比が、ガスの流量比なのか分圧比なのか不明である。
以下の場合には、SiO2のエッチレートは１０〜１０2 程
度であるが、シリコンのエッチレートも１０〜１０3 程
度ある。これは、自然酸化膜のみならずシリコン基板ま
でもがエッチングされてしまうことを意味しており、好
ましくはない。Ｈ2 とＮＦ3 の比が１以上のときには、
シリコンのエッチレートが１になり、殆どシリコン基板
がエッチングされないことになり、またSiO2のエッチレ
ートは１０〜１０2 程度であるため、SiO2だけがエッチ
ングされることになり、好ましい。そこで、彼らは水素
のフッ素に対する比が１であることが望ましいとしてい
る。しかし、この文献からは彼等の示したＨ2 とＮＦ3
の比が、ガスの流量比なのか分圧比なのか不明である。
【００２９】図４は本発明の発明者等によって行われた
実験結果である。実験装置としては図１に示す装置を用
いた。この実験では、図１に示す装置を用いて、チャン
バ１１に水素とフッ化窒素の混合気体を流し、エベンソ
ン型キャビティを用いてマイクロ波プラズマを発生させ
る。フッ素原子の濃度はプラズマ発生箇所より約30cm下
流で電子スピン共鳴(ESR) を用いて計測した。圧力は１
Torr、混合気体の流量は１００cc/minに固定し、水素と
フッ化窒素の比を変化させてフッ素原子の濃度変化を観
測した。マイクロ波のパワーは３０Ｗに設定した。な
お、この装置ではこの処理条件( １ Torr,10cc/min,30
W,30cm)ではプラズマ等の高エネルギー粒子の影響が実
質的に無視できることが報告されている(J.Kikuchi,S.F
uiimura,M.Suzuki,and H.Yano,"Effects of H2O on ato
mic hydrogen generation in hydrogen plasma",Jpn.J.
Appl.Phys.,32,3120-3124(1993).及び、J.Kikuchi,M.Ig
a,H.0gawa,S.Fujimura, and H.Yano, "Native oxide re
moval on Si surfaces by NF3-added hydrogen and Wat
er vapor plasma downstream treatment",Jpn.J.Appl.P
hys.,33,2207-2211(1994).) 。
実験結果である。実験装置としては図１に示す装置を用
いた。この実験では、図１に示す装置を用いて、チャン
バ１１に水素とフッ化窒素の混合気体を流し、エベンソ
ン型キャビティを用いてマイクロ波プラズマを発生させ
る。フッ素原子の濃度はプラズマ発生箇所より約30cm下
流で電子スピン共鳴(ESR) を用いて計測した。圧力は１
Torr、混合気体の流量は１００cc/minに固定し、水素と
フッ化窒素の比を変化させてフッ素原子の濃度変化を観
測した。マイクロ波のパワーは３０Ｗに設定した。な
お、この装置ではこの処理条件( １ Torr,10cc/min,30
W,30cm)ではプラズマ等の高エネルギー粒子の影響が実
質的に無視できることが報告されている(J.Kikuchi,S.F
uiimura,M.Suzuki,and H.Yano,"Effects of H2O on ato
mic hydrogen generation in hydrogen plasma",Jpn.J.
Appl.Phys.,32,3120-3124(1993).及び、J.Kikuchi,M.Ig
a,H.0gawa,S.Fujimura, and H.Yano, "Native oxide re
moval on Si surfaces by NF3-added hydrogen and Wat
er vapor plasma downstream treatment",Jpn.J.Appl.P
hys.,33,2207-2211(1994).) 。
【００３０】図４は、横軸がＥＳＲ信号の波長を示し、
縦軸が信号の強度を示すグラフである。図４には、Ｈ2
の流量とＮＦ3 の流量との比を変えた４種類の条件（Ｈ
2 ：ＮＦ3 ＝８０：２０，６５：３５，７０：３０，７
５：２５）におけるＥＳＲ信号の波形が現れている。な
お、図２においてＨ2 ：ＮＦ3 ＝８０：２０の信号波形
だけは、ほとんどノイズ成分が乗っていないが、他の条
件におけるＥＳＲ信号の波形と比較するために数倍に拡
大している。
縦軸が信号の強度を示すグラフである。図４には、Ｈ2
の流量とＮＦ3 の流量との比を変えた４種類の条件（Ｈ
2 ：ＮＦ3 ＝８０：２０，６５：３５，７０：３０，７
５：２５）におけるＥＳＲ信号の波形が現れている。な
お、図２においてＨ2 ：ＮＦ3 ＝８０：２０の信号波形
だけは、ほとんどノイズ成分が乗っていないが、他の条
件におけるＥＳＲ信号の波形と比較するために数倍に拡
大している。
【００３１】流量比１( Ｈ2 Ｏ :ＮＦ3 ＝１: １) では
フッ素原子による大きなＥＳＲ信号が検出された。フッ
素原子のＥＳＲシグナルは水素のフッ化窒素に対する流
量比が大きくなるに従って減少して行くが、水素とフッ
化窒素の分圧比が約１となる水素流量７０ｃｃ／ｍｉｎ
フッ化窒素流量３０ｃｃ／ｍｉｎにおいてもまだ観測さ
れた。
フッ素原子による大きなＥＳＲ信号が検出された。フッ
素原子のＥＳＲシグナルは水素のフッ化窒素に対する流
量比が大きくなるに従って減少して行くが、水素とフッ
化窒素の分圧比が約１となる水素流量７０ｃｃ／ｍｉｎ
フッ化窒素流量３０ｃｃ／ｍｉｎにおいてもまだ観測さ
れた。
【００３２】フッ素原子のＥＳＲシグナルが検出できな
くなったのは水素流量８０ｃｃ／ｍｉｎ、フッ化窒素流
量２０ｃｃ／ｍｉｎ（Ｈ2 ：ＮＦ3 ＝８０：２０）のと
きである。上述のようにこの信号波形にはほとんどノイ
ズが乗っておらず、また、それ以上水素の流量比が大き
い時にもフッ素原子のＥＳＲシグナルは検出されなかっ
た。
くなったのは水素流量８０ｃｃ／ｍｉｎ、フッ化窒素流
量２０ｃｃ／ｍｉｎ（Ｈ2 ：ＮＦ3 ＝８０：２０）のと
きである。上述のようにこの信号波形にはほとんどノイ
ズが乗っておらず、また、それ以上水素の流量比が大き
い時にもフッ素原子のＥＳＲシグナルは検出されなかっ
た。
【００３３】従って、水素のフッ化窒素に対する流量比
が４以上であれば、フッ素原子はほとんど基板表面に残
留せずに、プラズマ等の高エネルギー粒子の影響が無視
できることがわかる。以上により、水素ガスに対するフ
ッ化窒素ガスの流量比を４以上にすることで、フッ素原
子の影響による問題を抑止することが可能になることが
わかる。この事実を利用して、本発明では水素ガスに対
するフッ化窒素ガスの流量比を４以上にしているのであ
る。
が４以上であれば、フッ素原子はほとんど基板表面に残
留せずに、プラズマ等の高エネルギー粒子の影響が無視
できることがわかる。以上により、水素ガスに対するフ
ッ化窒素ガスの流量比を４以上にすることで、フッ素原
子の影響による問題を抑止することが可能になることが
わかる。この事実を利用して、本発明では水素ガスに対
するフッ化窒素ガスの流量比を４以上にしているのであ
る。
【００３４】これにより、フッ素が基板表面に残留する
ことや、パーティクルが発生して装置内が汚染すること
などの問題を極力抑止しつつ基板表面を処理することが
可能になる。なお、本発明の発明者等はさらに実験を
し、上記の実験装置のＥＳＲ測定位置に、短冊上に切り
出したシリコンウエハを設置して自然酸化膜を除去する
実験を行った。その結果、シリコンウエハ表面に生じる
堆積膜は水素のフッ化窒素に対する流量比が大きいほど
少量であった。このことから堆積膜を加熱等で除去した
後の残留フッ素量も水素のフッ化窒素に対する流量比が
大きいほど少ないと考えられた。
ことや、パーティクルが発生して装置内が汚染すること
などの問題を極力抑止しつつ基板表面を処理することが
可能になる。なお、本発明の発明者等はさらに実験を
し、上記の実験装置のＥＳＲ測定位置に、短冊上に切り
出したシリコンウエハを設置して自然酸化膜を除去する
実験を行った。その結果、シリコンウエハ表面に生じる
堆積膜は水素のフッ化窒素に対する流量比が大きいほど
少量であった。このことから堆積膜を加熱等で除去した
後の残留フッ素量も水素のフッ化窒素に対する流量比が
大きいほど少ないと考えられた。
【００３５】また、該チャンバーの下流に石英チャンバ
ーを接続し、アンモニア過酸化水素で成長した自然酸化
膜に覆われたシリコン基板を設置し、その上に１０μｍ
径の孔が開いた厚さ１mmのキャビラリプレートを置いて
自然酸化膜の除去を行った。ここで、キャビラリプレー
トとは、半導体素子上の高アスペクト比のコンタクトホ
ールを擬似的に評価するのに用いられるプレートであっ
て、金属板に複数の穴が形成されたものである。
ーを接続し、アンモニア過酸化水素で成長した自然酸化
膜に覆われたシリコン基板を設置し、その上に１０μｍ
径の孔が開いた厚さ１mmのキャビラリプレートを置いて
自然酸化膜の除去を行った。ここで、キャビラリプレー
トとは、半導体素子上の高アスペクト比のコンタクトホ
ールを擬似的に評価するのに用いられるプレートであっ
て、金属板に複数の穴が形成されたものである。
【００３６】水素のフッ化窒素に対する流量比を４にし
て３０分間の処理を行い、さらに水素１Torr下で堆積物
を除去した。その後大気中に取り出し、純水に浸したと
ころ、キャビラリプレートの孔の開いた部分の下にあっ
たウェーハ表面は自然酸化膜が除去され破水性を示し
た。このことは本発明が半導体素子のコンタクトホール
内の洗浄（自然酸化膜除去）にも適応可能であることを
示している。実際の半導体製造工程では本発明の処理の
後に金属などの膜を成長させることになる。
て３０分間の処理を行い、さらに水素１Torr下で堆積物
を除去した。その後大気中に取り出し、純水に浸したと
ころ、キャビラリプレートの孔の開いた部分の下にあっ
たウェーハ表面は自然酸化膜が除去され破水性を示し
た。このことは本発明が半導体素子のコンタクトホール
内の洗浄（自然酸化膜除去）にも適応可能であることを
示している。実際の半導体製造工程では本発明の処理の
後に金属などの膜を成長させることになる。
【００３７】引き続いて本発明の実施形態に係る水素プ
ラズマダウンストリーム処理装置の洗浄方法について説
明する。上記の水素プラズマダウンストリーム処理方法
において、図１に示した処理装置の石英からなるチャン
バ１１はＮＦ3 を放電させたとき、瞬時にしてプラズマ
の下流域が白濁する。これはフッ素原子によりチャンバ
１１の内壁がエッチングされ、それと同時に生じた上記
の堆積物が管内に付着するからである。本発明の発明者
等はこの白濁したチャンバ１１に水素を流し、放電して
プラズマ化させてみた。するとプラズマ発生部１２より
下流に向かって徐々に堆積物が除去され、初期の透明な
状態にまでは戻らないものの、透明度はかなり回復し
た。このことから水素プラズマを用いることにより、チ
ャンバ１１内のクリーニングができることが分かる。
ラズマダウンストリーム処理装置の洗浄方法について説
明する。上記の水素プラズマダウンストリーム処理方法
において、図１に示した処理装置の石英からなるチャン
バ１１はＮＦ3 を放電させたとき、瞬時にしてプラズマ
の下流域が白濁する。これはフッ素原子によりチャンバ
１１の内壁がエッチングされ、それと同時に生じた上記
の堆積物が管内に付着するからである。本発明の発明者
等はこの白濁したチャンバ１１に水素を流し、放電して
プラズマ化させてみた。するとプラズマ発生部１２より
下流に向かって徐々に堆積物が除去され、初期の透明な
状態にまでは戻らないものの、透明度はかなり回復し
た。このことから水素プラズマを用いることにより、チ
ャンバ１１内のクリーニングができることが分かる。
【００３８】この現象は水蒸気添加水素プラズマを用い
た場合も同様で、チャンバの透明度の回復は水素のみを
用いた場合より速やかであった。これは水蒸気添加水素
プラズマでは水素原子のプラズマ下流への輸送が効率よ
く行われることに起因していると考えられる。従って洗
浄については、同時に水蒸気を添加することが好まし
い。
た場合も同様で、チャンバの透明度の回復は水素のみを
用いた場合より速やかであった。これは水蒸気添加水素
プラズマでは水素原子のプラズマ下流への輸送が効率よ
く行われることに起因していると考えられる。従って洗
浄については、同時に水蒸気を添加することが好まし
い。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る水素
プラズマダウンストリーム処理装置及び処理方法では、
最も調整容易なガス組成の条件を従来の条件に代え、処
理に用いる水素ガスに対してのフッ化窒素ガスの流量比
が４以上になるようにしている。これにより、水素原子
とフッ素原子とをできるだけ気相中で反応させることに
よって上記のパーティクル、フッ素残留の問題などを極
力抑止することが可能になる。
プラズマダウンストリーム処理装置及び処理方法では、
最も調整容易なガス組成の条件を従来の条件に代え、処
理に用いる水素ガスに対してのフッ化窒素ガスの流量比
が４以上になるようにしている。これにより、水素原子
とフッ素原子とをできるだけ気相中で反応させることに
よって上記のパーティクル、フッ素残留の問題などを極
力抑止することが可能になる。
【図１】本発明の実施形態に係る水素プラズマダウンス
トリーム処理装置の構造を説明する図である。
トリーム処理装置の構造を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る水素プラズマダウンス
トリーム処理方法を説明する図である。
トリーム処理方法を説明する図である。
【図３】シリコン基板上のSiO2膜を、Ｈ2 とＮＦ3 との
混合ガスのプラズマを用いてエッチングした場合におけ
る、Ｈ2 とＮＦ3 との比と、エッチレートとの関係を示
すグラフである。
混合ガスのプラズマを用いてエッチングした場合におけ
る、Ｈ2 とＮＦ3 との比と、エッチレートとの関係を示
すグラフである。
【図４】Ｈ2 とＮＦ3 との混合ガスの流量比を変化した
ときのＥＳＲ信号の変化状態を説明するグラフである。
ときのＥＳＲ信号の変化状態を説明するグラフである。
１１ チャンバ １２ プラズマ発生部 １３ 処理部 １４Ａ ガス排気口 １４Ｂ ガス導入口 １５ マイクロ波発生源 １８Ａ 第１のガス供給源 １８Ｂ 第２のガス供給源 １８Ｃ 第３のガス供給源 １９Ａ 第１のマスフローコントローラ １９Ｂ 第２のマスフローコントローラ １９Ｃ 第３のマスフローコントローラ ２０ ガス流量制御手段 ２１ 半導体基板 ２１Ａ 自然酸化膜
Claims (6)
- 【請求項１】内部にガスを流すためのチャンバと、 前記チャンバの前記ガスの上流側に配置されたプラズマ
発生部と、 前記プラズマ発生部に水素ガスを供給する第１のガス供
給源と、 前記プラズマ発生部にフッ化窒素ガスを供給する第２の
ガス供給源と、 前記チャンバ内において前記プラズマ発生部から離れた
前記ガスの下流側に設けられたウェハ載置部と、 前記第１のガス供給源から前記チャンバに供給される前
記水素ガスの流量に対する前記第２のガス供給源から前
記チャンバに供給される前記フッ化窒素ガスの流量を４
倍以上にするガス流量制御手段とを有することを特徴と
する水素プラズマダウンストリーム処理装置。 - 【請求項２】前記チャンバの内壁がシリコン、シリコン
酸化物、シリコン窒化物又はシリコンカーバイドの内の
少なくとも一つから構成されていることを特徴とする水
素プラズマダウンストリーム処理装置。 - 【請求項３】水素ガスの流量に対するフッ化窒素ガスの
流量を４倍以上にして該水素ガスと該フッ化窒素ガスを
含む第一のガスをプラズマ発生領域でプラズマ化して第
二のガスを生成し、 前記プラズマ発生領域から離れた前記第二のガスの流れ
の下流の領域に半導体層を置いて第二のガスによって該
半導体層の表面を処理することを特徴とする水素プラズ
マダウンストリーム処理方法。 - 【請求項４】前記半導体層はシリコン層であって、かつ
前記半導体層の表面処理は、前記半導体層の表面に形成
される酸化膜を除去する処理であることを特徴とする請
求項３記載の水素プラズマダウンストリーム処理方法。 - 【請求項５】 前記半導体層はシリコンであって、かつ
前記半導体層の表面処理は、前記半導体層上の絶縁膜の
開口内で前記半導体層表面に生じた自然酸化膜を除去す
る処理であることを特徴とする請求項３記載の水素プラ
ズマダウンストリーム処理方法。 - 【請求項６】 前記第二のガスはチャンバ内を通して前
記半導体層に供給され、 前記プラズマ発生領域では、前記半導体層の前記表面を
前記第二のガスによって処理した後に、水素ガスがプラ
ズマ化され、 後に前記プラズマ化された前記水素ガスは前記チャンバ
内に供給されて前記チャンバの内壁を洗浄することを特
徴とする請求項３記載の水素プラズマダウンストリーム
処理方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9134065A JPH10326771A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 水素プラズマダウンストリーム処理装置及び水素プラズマダウンストリーム処理方法 |
| US09/041,800 US6107215A (en) | 1997-05-23 | 1998-03-13 | Hydrogen plasma downstream treatment equipment and hydrogen plasma downstream treatment method |
| KR1019980011820A KR100259220B1 (ko) | 1997-05-23 | 1998-04-03 | 수소 플라즈마 다운 스트림 처리 장치 및 수소 플라즈마 다운스트림 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9134065A JPH10326771A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 水素プラズマダウンストリーム処理装置及び水素プラズマダウンストリーム処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10326771A true JPH10326771A (ja) | 1998-12-08 |
Family
ID=15119558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9134065A Pending JPH10326771A (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 水素プラズマダウンストリーム処理装置及び水素プラズマダウンストリーム処理方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6107215A (ja) |
| JP (1) | JPH10326771A (ja) |
| KR (1) | KR100259220B1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100358149B1 (ko) * | 2000-06-30 | 2002-10-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플라즈마 처리를 이용하여 강유전체 캐패시터의 열화를회복시키는 강유전체 메모리 소자 제조 방법 |
| JP2005116944A (ja) * | 2003-10-10 | 2005-04-28 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 高圧処理装置および高圧処理方法 |
| KR100593740B1 (ko) | 2004-09-16 | 2006-06-28 | 삼성전자주식회사 | 반도체 자연산화막 제거방법 |
| KR100644000B1 (ko) * | 2000-09-25 | 2006-11-10 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
| JP2007173337A (ja) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Ulvac Japan Ltd | 真空処理槽、真空処理装置及び真空処理方法 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6442492B1 (en) | 2000-06-22 | 2002-08-27 | Uop Llc | Controlling moisture content of vapor in calcination or oxidation zones |
| US20070066076A1 (en) * | 2005-09-19 | 2007-03-22 | Bailey Joel B | Substrate processing method and apparatus using a combustion flame |
| US20070062647A1 (en) * | 2005-09-19 | 2007-03-22 | Bailey Joel B | Method and apparatus for isolative substrate edge area processing |
| US20040086434A1 (en) * | 2002-11-04 | 2004-05-06 | Gadgil Pradad N. | Apparatus and method for treating objects with radicals generated from plasma |
| US20040129212A1 (en) * | 2002-05-20 | 2004-07-08 | Gadgil Pradad N. | Apparatus and method for delivery of reactive chemical precursors to the surface to be treated |
| KR20040048019A (ko) * | 2002-12-02 | 2004-06-07 | 주성엔지니어링(주) | 실리콘 에피텍셜층 형성방법 |
| US8101025B2 (en) * | 2003-05-27 | 2012-01-24 | Applied Materials, Inc. | Method for controlling corrosion of a substrate |
| US20040237997A1 (en) * | 2003-05-27 | 2004-12-02 | Applied Materials, Inc. ; | Method for removal of residue from a substrate |
| US20060118240A1 (en) * | 2004-12-03 | 2006-06-08 | Applied Science And Technology, Inc. | Methods and apparatus for downstream dissociation of gases |
| US8097541B2 (en) * | 2005-08-15 | 2012-01-17 | F.T.L. Co., Ltd. | Method for surface treating semiconductor |
| US7969096B2 (en) | 2006-12-15 | 2011-06-28 | Mks Instruments, Inc. | Inductively-coupled plasma source |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5269879A (en) * | 1991-10-16 | 1993-12-14 | Lam Research Corporation | Method of etching vias without sputtering of underlying electrically conductive layer |
| JP2804700B2 (ja) * | 1993-03-31 | 1998-09-30 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP3328416B2 (ja) * | 1994-03-18 | 2002-09-24 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法と製造装置 |
-
1997
- 1997-05-23 JP JP9134065A patent/JPH10326771A/ja active Pending
-
1998
- 1998-03-13 US US09/041,800 patent/US6107215A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-03 KR KR1019980011820A patent/KR100259220B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100358149B1 (ko) * | 2000-06-30 | 2002-10-25 | 주식회사 하이닉스반도체 | 플라즈마 처리를 이용하여 강유전체 캐패시터의 열화를회복시키는 강유전체 메모리 소자 제조 방법 |
| KR100644000B1 (ko) * | 2000-09-25 | 2006-11-10 | 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
| JP2005116944A (ja) * | 2003-10-10 | 2005-04-28 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 高圧処理装置および高圧処理方法 |
| US7435396B2 (en) | 2003-10-10 | 2008-10-14 | Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. | High-pressure processing apparatus and high-pressure processing method |
| KR100593740B1 (ko) | 2004-09-16 | 2006-06-28 | 삼성전자주식회사 | 반도체 자연산화막 제거방법 |
| JP2007173337A (ja) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Ulvac Japan Ltd | 真空処理槽、真空処理装置及び真空処理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100259220B1 (ko) | 2000-06-15 |
| US6107215A (en) | 2000-08-22 |
| KR19980086567A (ko) | 1998-12-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020723 |