JPS6286730A - Surface treatment - Google Patents

Surface treatment

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JPS6286730A
JPS6286730A JP22672285A JP22672285A JPS6286730A JP S6286730 A JPS6286730 A JP S6286730A JP 22672285 A JP22672285 A JP 22672285A JP 22672285 A JP22672285 A JP 22672285A JP S6286730 A JPS6286730 A JP S6286730A
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JP
Japan
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sample
gas
jet nozzle
reactive
valve
Prior art date
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Pending
Application number
JP22672285A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keizo Suzuki
敬三 鈴木
Takeshi Ninomiya
健 二宮
Shigeru Nishimatsu
西松 茂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To promote a surface chemical reaction without damaging surface of a sample and to execute the optimum surface treatment in a semiconductor process by a method wherein a plurality of kinds of particles are irradiated on the sample surface and turning at least one of them into a hot molecular beam. CONSTITUTION:Gas molecules M introduced through a valve 4 are heated in a heating oven 5 and are jetted in a vacuum through a jet nozzle 9, whereby a vibration-excited molecular beam is formed. The jet nozzle 9 is not always needed and may be an aperture having the same diameter as the inner diameter of the heating oven 5. A reactive particle feeding means 16 consists of a valve 10 for supplying reactive particles, a gas reservoir 1 and a jet nozzle 12. Reactive particle gas introduced through the valve 10 is turned into an even flow once in the gas reservoir 11, is jetted in a vacuum through the jet nozzle 12 and is formed into a reactive particle beam. The reactive particles are not always supplied on the surface of a sample as a beam and may be supplied as atmospheric gas having an equal speed distribution in the vicinity of the sample 3. The sample 3 is set up on a sample stand 2 and the sample stand 2 is provided with a temperature control means 13 for controlling the sample tempera ture, as required.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、固体表面を処理する表面処理方法に係り、特
に半導体プロセスに好適な表面処理方法に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a surface treatment method for treating a solid surface, and particularly to a surface treatment method suitable for semiconductor processing.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来の半導体プロセス用エツチングにおいては。 In conventional etching for semiconductor processes.

試料はプラズマ中に設置されていた。特にRF放電を用
いたR I E (Reacfive Ion Efc
hing)と呼ばれる方法が主流であった(菅野卓雄 
編著[半導体プラズマプロセス技術」産業図書、昭和5
5年、p p、153〜165)。しかし、この方法で
は、プラズマから試料表面に入射する高エネルギーイオ
ンによって、表面損傷が発生するという問題があった(
ニス、ダブり二一、パンダ、“ドライエツチングインデ
ユーストダメージインSi  アンドGaAs”、ソリ
ッドステートテクノロジー(S 、 W 、 Pang
、“Dry Etching Inducedl)am
age Ln Si and GaAs”、5olid
 StateTechnology) /April 
1984.pp、249−256)。
The sample was placed in plasma. In particular, RIE (Reacfive Ion Efc) using RF discharge
The mainstream method was called hing (Takuo Kanno).
Edited and authored [Semiconductor Plasma Process Technology] Sangyo Tosho, 1932
5 years, p p, 153-165). However, this method had the problem of surface damage caused by high-energy ions incident on the sample surface from the plasma (
Varnish, Daburi 21, Panda, “Dry Etching in Deust Damage in Si and GaAs”, Solid State Technology (S, W, Pang
, “Dry Etching Inducedl) am
age Ln Si and GaAs”, 5olid
State Technology) /April
1984. pp. 249-256).

また、従来渥榛ジションに関しても同様にプラズマを用
いているため、表面損傷の問題があった。
Further, since plasma is similarly used for conventional abrasion, there is a problem of surface damage.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は1表面損傷発生の少ない表面処理方法を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a surface treatment method that causes less surface damage.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

プラズマを用いたエツチング(プラズマエツチング)に
おいては、試料表面に入射する高エネルギーイオンによ
って表面反応を促進する効果(イオンアシステツドエツ
チング(Ion As5istedが Etching) )で用いられていた。しかし、この
場合、イオンは500〜1000 e Vの高運動エネ
ルギーで入射するため表面損傷が容易に発生してしまう
Etching using plasma (plasma etching) has been used for the effect of promoting surface reactions by high-energy ions incident on the sample surface (ion assisted etching). However, in this case, the ions are incident with a high kinetic energy of 500 to 1000 eV, which easily causes surface damage.

このことは、Si結晶におけるディスプレースメントエ
ナージ−(djsplacement energy)
 (S i g子を結晶格子位置からずらすのに必要な
エネルギー)が約12.9 eVであることからも十分
推測される。本発明では、高エネルギーイオンの替わり
に、ホット分子(振動準位が励起された分子)を用いる
ことによって表面反応を促進しエツチングを行う。ホッ
ト分子の振動エネルギーは、0.1〜1eVであり、表
面損傷を全く発生させることなく、エツチングを行うこ
とができる。また、本発明の方法は表面化学反応を用い
る他の表面処理(例えば、デポジション、酸化、窒化等
の表面改質)にも用いることができる。
This is due to the displacement energy in the Si crystal.
This can be fully inferred from the fact that (the energy required to shift the S i g particle from the crystal lattice position) is about 12.9 eV. In the present invention, hot molecules (molecules whose vibrational levels are excited) are used instead of high-energy ions to promote surface reactions and perform etching. The vibrational energy of hot molecules is 0.1 to 1 eV, and etching can be performed without causing any surface damage. The method of the present invention can also be used for other surface treatments using surface chemical reactions (eg, surface modifications such as deposition, oxidation, nitridation, etc.).

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。実施
例は、真空室1内に設置されたホット分子ビーム発生手
段15と反応格子供給手段16゜および試料台2に設置
された試料3とから構成されている。ホット分子ビーム
発生手段15は、ビームを形成するガスを供給するため
のバルブ4、ガスを加熱するための加熱炉5、加熱用ヒ
ーター6、および加熱用電源7とから構成されている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The embodiment is comprised of a hot molecular beam generating means 15 installed in a vacuum chamber 1, a reaction grid supplying means 16°, and a sample 3 placed on a sample stage 2. The hot molecular beam generating means 15 is composed of a valve 4 for supplying gas for forming a beam, a heating furnace 5 for heating the gas, a heating heater 6, and a heating power source 7.

つば8は、ヒーター6からの汚染物質が試料表面に飛来
するのを防止している。バルブ4を通して導入されたガ
ス分子Mは、加熱炉5内で加熱され。
The brim 8 prevents contaminants from the heater 6 from flying onto the sample surface. Gas molecules M introduced through the valve 4 are heated in the heating furnace 5.

噴出口9を通って真空中に咀出することによつ−C1振
動励起された分子のビーム(Mビーム)を形成する。こ
こで、ビームとは、非等方な速度分布を持った粒子の流
れをいう、噴出口9き必ずしも必要でなく、加熱炉5の
内径と同じ径の開口が有れば良い場合も有る。反応粒子
供給手段16は、反応粒子(P)を供給するためのバル
ブ10.ガス溜め11.および噴出口12から構成され
ている。
A beam (M beam) of -C1 vibrationally excited molecules is formed by extruding into a vacuum through the jet port 9. Here, the beam refers to a flow of particles having an anisotropic velocity distribution, and the spout 9 is not necessarily required, and an opening having the same diameter as the inner diameter of the heating furnace 5 may be sufficient. The reactive particle supply means 16 includes a valve 10. for supplying reactive particles (P). Gas reservoir 11. and a spout 12.

バルブ1oを介して導入された反応粒子(P)ガスは、
ガス溜め11で一旦一様な流れとなり、噴出口12から
真空中に噴出して反応粒子のビームとなる。ただし1反
応粒子は必ずしもビームとして試料表面に供給する必要
はなく1等分的な速度分布を持った試料3近傍の雰囲気
ガスとして供給しても良い。試料3は試料台2に設置さ
れており。
The reactive particle (P) gas introduced via valve 1o is
Once it becomes a uniform flow in the gas reservoir 11, it is ejected into the vacuum from the ejection port 12 and becomes a beam of reaction particles. However, one reaction particle does not necessarily need to be supplied to the sample surface as a beam, and may be supplied as an atmospheric gas near the sample 3 having a uniform velocity distribution. Sample 3 is placed on sample stage 2.

必要に応じて試料温度を制御する温度制御手段13を設
ける。また、試料台2と試料3を駆動させることによっ
て、大面積の試料を一様性良く表面処理することができ
る。
A temperature control means 13 is provided to control the sample temperature as necessary. Further, by driving the sample stage 2 and the sample 3, it is possible to surface-treat a large-area sample with good uniformity.

以下、ホット分子を形成する分子MとしてCOz、反応
粒子PとしてF2を用い、試料(被エツチング物質)と
してS i 軸(単結晶または多結晶またはアモルファ
ス)を用いた場合について。
The following is a case where COz is used as the molecule M forming the hot molecule, F2 is used as the reaction particle P, and the S i axis (single crystal, polycrystal, or amorphous) is used as the sample (substance to be etched).

エツチングのメカニズムを説明する。FzがSi表面に
入射すると、Siの未結合手と結合してS i F2を
形成する。即ち、 Fz+Si(表面)→5iFz(表面)・・・■の反応
を行う。この状態でホラ8002分子(coz”″)が
入射すると1分子振動エネルギーによって 2SiFz(表面) +COz −+S I F’a 
(表面)+Fz(表面)+COx・・・■ なる反応が促進される。反応生成物であるSI F 4
(表面)が1表面から脱離する(蒸発する)ことによっ
てエツチングが進行する0本方法では、COz rがS
i表面で反射すると振動エネルギーを失って基底状態ま
CO2分子になつCしまうため。
Explain the mechanism of etching. When Fz enters the Si surface, it combines with the dangling bonds of Si to form S i F2. That is, the following reaction is performed: Fz+Si (surface)→5iFz (surface). When 2 molecules of Hola 800 (coz"") are incident in this state, 2SiFz (surface) +COz -+S I F'a due to the vibrational energy of one molecule
(Surface)+Fz(Surface)+COx...■ The following reaction is promoted. The reaction product SIF4
In the 0-line method, in which etching progresses by desorption (evaporation) from one surface, COz r becomes S
When reflected from the i surface, C loses its vibrational energy and returns to its ground state, becoming a CO2 molecule.

反射COzによるパターン側壁のエツチングの可能性は
なく、COz ”ビームによる垂直エツチングを行うこ
とができる。ただし、この場合は。
There is no possibility of etching of the pattern sidewalls by reflected COz, and vertical etching by the COz'' beam can be performed.However, in this case.

COxビームの表面への入射方向を、したがって。Therefore, the direction of incidence of the COx beam on the surface.

炉の噴出口9の垂線の方向を試料表面に垂直にする必要
がある。この状況を第2図に示しである。
It is necessary to make the direction of the perpendicular line of the furnace nozzle 9 perpendicular to the sample surface. This situation is shown in FIG.

COZのガス流量は大きい程度法処理が可能になるが、
排気系との関係より0.1〜101005eが実用的で
ある。炉内の温度は800℃〜1500℃、炉内のガス
圧力は0.1〜10Torrが適当である。
The larger the gas flow rate of COZ, the more process treatment becomes possible.
From the relationship with the exhaust system, 0.1 to 101005e is practical. The appropriate temperature in the furnace is 800°C to 1500°C, and the gas pressure in the furnace is 0.1 to 10 Torr.

また、噴出09の直径は、O11〜10−が適当である
。炉材料としては、耐熱性、耐蝕性が必要であり、石英
またはアルミナが適当である。F2の流量も、排気能力
によって決定され、0・1〜100secmが実用的で
ある。
Further, the appropriate diameter of the jet 09 is O11 to 10-. The furnace material must have heat resistance and corrosion resistance, and quartz or alumina is suitable. The flow rate of F2 is also determined by the exhaust capacity, and is practically 0.1 to 100 seconds.

分子MとしてC02を用いた理由は、分子を構成する原
:f間の結合力が強く高温に熱しても容易に分解をせず
、かつ化学的に安定なことである。
The reason for using C02 as the molecule M is that it has a strong bonding force between the atoms constituting the molecule, does not easily decompose even when heated to high temperatures, and is chemically stable.

COzの他にも、CFa、SFe、5iFa等を分子M
として用いることが出来る。一方、反応粒子PとしでF
2を用いた理由は、それ自体ではSiをエツチングせず
、かつホット分子ビームの存在下で容量に表面fIEM
しFラジカルを形成してSiをエツチングするからであ
る。F2の他にも、CQzr NFs+ CnF+++
* XeFz等も反応粒子Pとして用いることができる
。また、試料についてもSiのみでなく −M o v
 W g ’r a t Co v N’ b等の金属
やこれらシリサイドも分子Mや反応粒子Pを適当に選ぶ
ことによって同様のエツチングを行うことができる。
In addition to COz, CFa, SFe, 5iFa, etc.
It can be used as On the other hand, reactive particles P and F
2 was used because it does not etch Si by itself and the surface fIEM is capacitively etched in the presence of a hot molecular beam.
This is because F radicals are formed and Si is etched. In addition to F2, CQzr NFs+ CnF+++
*XeFz etc. can also be used as the reactive particles P. Moreover, regarding the sample, not only Si but also −M ov
Similar etching can be performed on metals such as W g 'ra t Co v N' b and these silicides by appropriately selecting the molecules M and the reactive particles P.

また、第1図に示すごとくバルブ開閉制御器14によっ
て、ガス導入用バルブ4,10の開閉をある定められた
プログラムにそって制御することによって次のような効
果が得られる。即ち、試料表面へのガス供給を間歇的に
行えるため、同じ排気能力の装置で瞬rlI!的に大流
量のガスを表面に入射させることができる。また、ガス
Mと反応粒子Pを交互に入射させることも出来るため、
反応■と■を交互に行わせ、より高精度のエツチングが
可能となる。
Furthermore, as shown in FIG. 1, the following effects can be obtained by controlling the opening and closing of the gas introduction valves 4 and 10 in accordance with a predetermined program using the valve opening/closing controller 14. In other words, since gas can be supplied to the sample surface intermittently, the same pumping capacity can be used for instant rlI! It is possible to inject a large amount of gas onto the surface. In addition, since the gas M and the reactive particles P can be introduced alternately,
By performing reactions (1) and (2) alternately, it is possible to perform etching with higher precision.

以上、エツチングの場合について本発明を説明したが、
デポジションについても本発明を用いることができる1
例えば、ガス分子MとしてCOxを用い、反応粒子Pと
して5iHaを用いると。
The present invention has been described above in the case of etching, but
The present invention can also be used for deposition1
For example, if COx is used as the gas molecule M and 5iHa is used as the reactive particle P.

S i H4がホットCot (Cox”)の振動エネ
ルギーで分解して、 S iHa+COz→Si(表面) + 2 Hz+ 
COx・・・■ の反応を行う0反応生成物のSi(表面)が表面に堆積
してSi(アモルファス、多結陥、単結晶)のデポジシ
ョンを行う。
S i H4 is decomposed by the vibrational energy of hot Cot (Cox”), and S iHa + COz → Si (surface) + 2 Hz +
COx...■ 0 reaction product Si (surface) is deposited on the surface to perform the deposition of Si (amorphous, multicrystalline, single crystal).

第1図、第2図の実施例では、ヒーターを用いた炉加熱
によってホット分子(M”)を形成したが。
In the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, hot molecules (M'') are formed by furnace heating using a heater.

他の方法、例えば赤外線レーザー赤外線ランプ。Other methods, such as infrared lasers and infrared lamps.

RF加熱等によって分子Mのガスを加熱することによっ
ても、ホット分子(M“)を形成することができる。
Hot molecules (M") can also be formed by heating the gas of molecules M by RF heating or the like.

第3図に本発明の別の実施例を示しである。第1図との
相違は、バルブ10.10’ 、ガス溜め11.11’
および噴出口12.12’ からなる反応粒子供給手段
16.16’が複数個設けられていることである6本実
施例の方法によって例えば、酸化膜のデポジションを行
うことができる。
FIG. 3 shows another embodiment of the invention. The differences from Fig. 1 are valve 10.10' and gas reservoir 11.11'.
For example, an oxide film can be deposited by the method of this embodiment, in which a plurality of reactive particle supply means 16, 16' each having a jet orifice 12, 12' are provided.

即ち、ガス分子MとしてCOzを、反応粒子Ptとして
S f H4を、さらに反応粒子Pzとして02を用い
る。この結果、上記■の反応に続いてSi(表面)+0
2→5ift(表面)  ・・・■の反応が起り、表面
に酸化膜が形成される。Oxのかわりに、Nzを用いれ
ば窒素膜(SisN4)のデポジションを行うことがで
きる。
That is, COz is used as the gas molecule M, S f H4 is used as the reactive particle Pt, and 02 is used as the reactive particle Pz. As a result, following the reaction (■) above, Si (surface) +0
2→5ift (surface)...The reaction (■) occurs and an oxide film is formed on the surface. If Nz is used instead of Ox, a nitrogen film (SisN4) can be deposited.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば1表面損傷を与えることなく、表面化学
反応を促進することができるので、半導体プロセスに最
適な表面処理を行うことができる。
According to the present invention, surface chemical reactions can be promoted without damaging the surface, so surface treatment optimal for semiconductor processing can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す構成図、第2図、第3
図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 1・・・真空室、2・・・試料台、3・・・試料、4・
・・バルブ。
Fig. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the present invention, Fig. 2, Fig. 3
The figure is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention. 1... Vacuum chamber, 2... Sample stage, 3... Sample, 4...
··valve.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、真空中で試料を表面処理する方法において、上記試
料表面に複数種の粒子を照射し、そのうちの少なくとも
一つがホット分子ビームであることを特徴とした表面処
理方法。 2、試料表面のエッチングを行うことを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の表面処理方法。 3、粒子ビームのうちの一つがCO_2のホット分子ビ
ームであるこることを特徴とする特許請求の範囲第2項
記載の表面処理方法。 4、F_2分子をビームまたは、雰囲気ガスとして試料
の表面に供給することを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載の表面処理方法。
[Scope of Claims] 1. A method for surface treating a sample in vacuum, characterized in that the surface of the sample is irradiated with a plurality of types of particles, at least one of which is a hot molecular beam. 2. The surface treatment method according to claim 1, which comprises etching the surface of the sample. 3. The surface treatment method according to claim 2, wherein one of the particle beams is a hot molecular beam of CO_2. 4. Claim 3, characterized in that F_2 molecules are supplied to the surface of the sample as a beam or atmospheric gas.
Surface treatment method described in section.
JP22672285A 1984-11-07 1985-10-14 Surface treatment Pending JPS6286730A (en)

Priority Applications (2)

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US07/262,266 US5108543A (en) 1984-11-07 1988-10-20 Method of surface treatment

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