KR101297926B1 - 진공 처리 방법 및 진공 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

처리 가스를 도입하여, 실리콘 기판 (5) 표면의 산화막을 제거하고, 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시켜 실리콘층을 에칭하고, 계속해서 NH3 가스 및 N2 가스, NF3 가스를 도입하고, 실리콘 기판 (5) 의 산화 표면에 NHxFy 를 작용시킴으로써 (NH4)2SiF6 을 생성하고, (NH4)2SiF6 을 승화시켜 실리콘 기판 (5) 표면의 부생성물 (SiOF, SiOH) 을 제거한다.

Description

진공 처리 방법 및 진공 처리 장치{VACUUM PROCESSING METHOD AND VACUUM PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 진공 상태의 처리 설비로 처리를 실시하는, 예를 들어, 에칭을 실시하는 진공 처리 방법 및 진공 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하는 공정에 있어서, 예를 들어, 반도체 기판 (반도체 웨이퍼) 의 컨택트홀 바닥부의 웨이퍼 상에 형성된 자연 산화막 (예를 들어, SiO2) 을 제거할 필요가 있다. 자연 산화막을 제거하는 기술로서 라디칼 상태의 수소 (H*) 와 NF3 가스를 사용하는 것이 여러 가지 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 에 개시된 기술은, 소정 진공 상태가 된 처리실 내에 처리 가스를 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 웨이퍼의 산화 표면 (SiO2) 과 반응시켜 반응 생성물 (NH4)2SiF6 을 생성한다. 그 후, 처리실을 가열하여 실리콘 기판을 소정 온도로 제어함으로써, (NH4)2SiF6 을 승화시켜 실리콘 기판 표면의 자연 산화막을 제거 (에칭) 하는 기술이다.
최근, 자연 산화막을 제거한 실리콘 웨이퍼의 표면 (단결정 실리콘, 폴리실리콘) 에 대한 청정 정도의 요구가 높아지고 있는 것이 현상황이고, 자연 산화막을 제거한 후 실리콘면의 추가적인 정화성이 요구되고 있다. 자연 산화막과의 계면인 실리콘면에는, 실리콘의 격자 사이에 산소가 존재하고 있는 경우도 생각할 수 있어, 자연 산화막을 제거한 다음에도 산소가 잔존할 우려가 있다.
일본 공개특허공보 2005-203404호
본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여, 자연 산화막이 제거된 후에 기판면의 산소를 확실하게 제거할 수 있고, 게다가, 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있는 진공 처리 방법 및 진공 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 청구항 1 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 처리 가스를 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 기판의 산화 표면과 반응시켜, 반응 생성물을 생성하고, 실리콘 기판을 소정 온도로 제어함으로써 상기 반응 생성물을 승화시켜 실리콘 기판 표면의 산화막을 제거하고, 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 배치를 유지한 상태에서, 보조 처리 가스를 도입하고, 상기 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시켜 소정 두께의 실리콘층을 제거하고, 실리콘층을 제거한 후, 상기 실리콘층의 제거시에 생성된 상기 실리콘 기판 표면의 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 에 관련된 본 발명에서는, 자연 산화막이 제거된 후의 실리콘 기판의 표층을 보조 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하고, 자연 산화막이 제거된 후에 기판면의 산소를 확실하게 제거하고, 게다가 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있다.
그리고, 청구항 2 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 청구항 1 에 기재된 진공 처리 방법에 있어서, 상기 처리 가스를 도입하고, 실리콘층이 제거된 상기 실리콘 기판 표면의 부생성물과 반응시켜 반응 부생성물을 생성하고, 실리콘 기판을 소정 온도로 제어함으로써 상기 반응 부생성물을 승화시켜 실리콘 기판 표면의 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2 에 관련된 본 발명에서는, 자연 산화막이 제거된 후의 실리콘 기판의 표층을 보조 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하고, 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여, 자연 산화막이 제거된 후에 기판면의 산소를 확실하게 제거하고, 게다가 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있다.
또, 청구항 3 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 청구항 2 에 기재된 진공 처리 방법에 있어서, 실리콘층이 제거된 상기 실리콘 기판의 배치를 유지한 상태에서, 상기 실리콘 기판 표면의 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
청구항 3 에 관련된 본 발명에서는, 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물의 제거까지 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여 실시할 수 있다.
또, 청구항 4 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 청구항 2 또는 청구항 3 에 기재된 진공 처리 방법에 있어서, 상기 처리 가스는 NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 및 NF3 이고, 상기 반응 생성물 및 상기 반응 부생성물을 100 ℃ ∼ 400 ℃ 의 분위기에서 승화시키고, 상기 보조 처리 가스로서, 상기 처리 가스, 또는 N2 와 NF3 을 도입하여, 상기 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시키는 것을 특징으로 한다.
청구항 4 에 관련된 본 발명에서는, 보조 처리 가스로서, 처리 가스, 또는 N2 와 NF3 을 도입하여 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시킬 수 있다.
또, 청구항 5 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 청구항 4 에 기재된 진공 처리 방법에 있어서, 상기 보조 처리 가스를 동일한 가스 도입 수단으로부터 도입하는 것을 특징으로 한다.
청구항 5 에 관련된 본 발명에서는, 동일한 가스 도입 수단을 사용하여, 보조 처리 가스를 도입하여 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시킬 수 있다.
또, 청구항 6 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 청구항 1 에 기재된 진공 처리 방법에 있어서, 무수 불화 수소산 가스 (AHF) 와 N2 가스와 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 로 포화된 N2 가스를 사용하여, 상기 실리콘 기판 표면의 상기 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
청구항 6 에 관련된 본 발명에서는, 무수 불화 수소산 가스 (AHF) 와 N2 가스와 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 을 버블링함으로써 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 로 포화된 N2 가스 도입하여 실리콘 기판 표면의 상기 부생성물을 제거할 수 있다.
또, 청구항 7 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 청구항 1 에 기재된 진공 처리 방법에 있어서, 상기 실리콘층을 제거한 후, 웨트 에칭법을 사용하여, 상기 실리콘 기판 표면의 상기 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 청구항 7 에 기재된 진공 처리 방법에 있어서, 웨트 에칭법의 용액으로서, 불화 수소 (HF) 를 사용하는 것을 특징으로 한다.
청구항 7 과 청구항 8 에 관련된 본 발명에서는, 자연 산화막이 제거된 후의 실리콘 기판의 표층을 소정 두께 제거하고, 자연 산화막이 제거된 후에 기판면의 산소를 확실하게 제거하고, 게다가 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있다.
또, 청구항 9 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 청구항 1 내지 8 의 어느 한 항에 기재된 진공 처리 방법에 있어서, 상기 부생성물이 SiOF 인 것을 특징으로 한다.
청구항 9 에 관련된 본 발명에서는, 실리콘 기판 표면에 생성된 부생성물인 SiOF 를 확실하게 제거할 수 있다.
또, 청구항 10 에 관련된 본 발명의 진공 처리 방법은, 처리 가스로서, NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 및 NF3 을 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 기판의 산화 표면과 반응시켜 반응 생성물을 생성하고, 실리콘 기판을 소정 온도로 제어함으로써 상기 반응 생성물을 승화시켜 실리콘 기판 표면의 산화막을 제거하고, 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 배치를 유지한 상태에서, 보조 처리 가스로서, 상기 처리 가스, 또는 N2 와 NF3 을 상기 처리 가스와 동일한 가스 도입 수단으로부터 도입하고, 상기 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시켜 소정 두께의 실리콘층을 제거한 후, 상기 실리콘 기판의 배치를 유지한 상태에서, 상기 실리콘층의 제거시에 생성된 실리콘 기판 표면의 부생성물을, 실리콘 기판을 100 ℃ ∼ 400 ℃ 로 제어함으로써 제거하는 것을 특징으로 한다.
청구항 10 에 관련된 본 발명에서는, 자연 산화막이 제거된 후의 실리콘 기판의 표층을 보조 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하고, 자연 산화막이 제거된 후에 기판면의 산소를 확실하게 제거하고, 게다가 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있고, 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물의 제거까지 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 또, 보조 처리 가스로서, 처리 가스, 또는 N2 와 NF3 을 도입하여 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시킬 수 있고, 동일한 가스 도입 수단을 사용하여, 보조 처리 가스를 도입하여 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 청구항 11 에 관련된 본 발명의 진공 처리 장치는, 기판이 배치됨과 함께 내부가 소정 진공 상태로 되는 처리 설비와, 제 1 처리 가스 또는 보조 처리 가스를 상기 처리 설비 내에 도입하는 제 1 처리 가스 도입 수단과, 상기 제 1 처리 가스 또는 보조 처리 가스와 반응하는 제 2 처리 가스를 상기 처리 설비 내에 도입하는 제 2 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리 설비 내를 소정의 온도에 제어함으로써, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 상기 기판 표면의 자연 산화막을 반응시키는 한편, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 상기 기판 표면의 부생성물을 반응시키는 온도 제어 수단과, 상기 제 1 처리 가스 도입 수단 및 상기 제 2 처리 가스 도입 수단 및 상기 온도 제어 수단을 제어하여 상기 기판의 표면에 소정 처리를 실시하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스의 도입을 제어함과 함께 상기 온도 제어 수단을 제어함으로써, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 상기 기판 표면의 자연 산화막을 반응시켜 생성된 반응 생성물을 제거하고, 상기 제 1 처리 가스, 상기 보조 처리 가스, 상기 제 2 처리 가스의 도입을 제어함으로써, 상기 자연 산화막이 제거된 상기 기판의 표층을, 상기 보조 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스, 또는 상기 보조 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하고, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스의 도입을 제어함과 함께 상기 온도 제어 수단을 제어함으로써, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 표층이 제거된 상기 기판의 표면의 부생성물을 반응시켜 생성된 반응 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
청구항 11 에 관련된 본 발명에서는, 기판의 자연 산화막을 제거한 후에, 제어 수단에 의해, 제 1 처리 가스 도입 수단과 제 2 처리 가스 도입 수단의 쌍방으로부터 보조 처리 가스를 도입하고, 제어 수단에 의해, 자연 산화막이 제거된 후의 기판의 표층을 보조 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하고, 추가로 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스의 도입을 제어함과 함께 온도 제어 수단을 제어하여 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스와 표층이 제거된 기판의 표면의 부생성물을 반응시켜 생성된 반응 부생성물을 제거한다. 이 때문에, 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여, 자연 산화막이 제거된 후에 기판면의 산소를 확실하게 제거할 수 있고, 게다가 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있다.
그리고, 청구항 12 에 관련된 본 발명의 진공 처리 장치는, 청구항 11 에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 처리 설비의 내부에는 복수 장의 상기 기판이 수용되고, 상기 복수 장의 상기 기판은, 소정 간격으로 서로 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 12 에 관련된 본 발명에서는, 배치 처리에 의해 자연 산화막의 제거 및 자연 산화막이 제거된 기판의 표층의 제거, 부생성물의 제거를 실시할 수 있다.
또, 청구항 13 에 관련된 본 발명의 진공 처리 장치는, 청구항 11 에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 처리 설비의 내부에는 1 장의 기판이 수용되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 13 에 관련된 본 발명에서는, 매엽식 처리에 의해 자연 산화막의 제거 및 자연 산화막이 제거된 기판의 표층의 제거, 부생성물의 제거를 실시할 수 있다.
처리 설비로서 복수의 처리실을 구비하고, 예를 들어, 자연 산화막이 제거된 후의 기판의 표층을 보조 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하는 공정을 독립된 처리실에서 실시할 수도 있다. 이 경우, 복수의 처리실에 대해 제 1 처리 가스 도입 수단 및 제 2 처리 가스 도입 수단이 각각 구비된다. 또, 처리 설비로서 온도 제어를 실시하기 위한 가열 처리실·냉각 처리실을 독립적으로 형성하거나, 기판의 반입·반출을 실시하는 처리실을 독립적으로 형성할 수 있다. 복수 장의 기판을 동시에 이동시키는 기구를 설치함으로써, 배치 처리에 있어서의 처리 설비에 대해서도, 복수의 처리실을 구비할 수 있다.
또, 청구항 14 에 관련된 본 발명의 진공 처리 장치는, 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 처리 가스가 H 라디칼을 생성시키는 가스이고, 상기 제 2 처리 가스가 NHxFy 및 F 라디칼을 생성시키는 가스이고, 상기 기판이 실리콘 기판인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 15 에 관련된 본 발명의 진공 처리 장치는, 청구항 14 에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 처리 가스가 NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 이고, 상기 제 2 처리 가스가 NF3 이고, 상기 제어 수단은, 상기 실리콘 기판의 온도가 소정 온도가 되도록 상기 온도 제어 수단을 제어하고, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 자연 산화막을 반응시킴으로써 생성된 반응 생성물이 형성된 상기 반응 생성물을 승화시켜, 상기 실리콘 기판 표면으로부터 자연 산화막을 제거하고, 자연 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판 표면에 상기 보조 처리 가스와 제 2 처리 가스, 혹은 상기 보조 처리 가스에 의해 F 라디칼을 작용시킴으로써 상기 실리콘 기판의 실리콘층을 소정 두께 제거하고, 상기 실리콘 기판의 온도가 소정 온도가 되도록 상기 온도 제어 수단을 제어하고, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 부생성물을 반응시킴으로써 생성된 반응 부생성물이 형성된 상기 반응 부생성물을 승화시켜, 상기 실리콘 기판 표면으로부터 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 한다.
청구항 14 및 청구항 15 에 관련된 본 발명에서는, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스와 실리콘 기판 (실리콘 웨이퍼) 표면의 산화막을 반응시켜 반응 생성물을 생성하고, 실리콘 웨이퍼를 소정 온도로 제어함으로써, 반응 생성물을 승화시켜 실리콘 웨이퍼의 표면의 자연 산화막을 제거 (에칭) 하고, 실리콘 웨이퍼의 표면에 F 라디칼을 작용시켜 실리콘층을 소정 두께 제거하고, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스와 부생성물을 반응시켜 반응 부생성물을 생성하고, 실리콘 웨이퍼를 소정 온도로 제어함으로써, 반응 부생성물을 승화시켜 실리콘 웨이퍼의 표면의 부생성물을 제거 (에칭) 할 수 있다.
또, 청구항 16 에 관련된 본 발명의 진공 처리 장치는, 청구항 15 에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 보조 처리 가스가 NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 인 것을 특징으로 한다.
청구항 16 에 관련된 본 발명에서는, 보조 처리 가스로서, 처리 가스를 도입하여 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시킬 수 있다.
또, 청구항 17 에 관련된 본 발명의 진공 처리 장치는, 청구항 16 에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 제어 수단에는, 상기 F 라디칼을 작용시킬 때에, 상기 보조 처리 가스의 NH3 또는 H2 의 일방 혹은 쌍방을 정지시키고, N2 만을 도입시키거나 또는 N2 와 NF3 을 도입시키는 정지 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 17 에 관련된 본 발명에서는, 제 1 처리 가스의 NH3 또는 H2 의 일방 혹은 쌍방을 정지시켜 보조 처리 가스로 할 수 있다.
본 발명의 진공 처리 방법 및 진공 처리 장치는, 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여 자연 산화막이 제거된 후에 기판면의 산소를 확실하게 제거할 수 있고, 게다가 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태 예에 관련된 진공 처리 장치의 전체 구성도이다.
도 2 는, 진공 처리조의 개략 구성도이다.
도 3 은, 자연 산화막 및 부생성물을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념도이다.
도 4 는, 자연 산화막 제거의 공정 설명도이다.
도 5 는, 자연 산화막의 제거 상황을 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 실리콘층을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념도이다.
도 7 은, 실리콘층 제거의 공정 설명도이다.
도 8 은, 실리콘층의 제거 상황을 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 부생성물 제거의 공정 설명도이다.
도 10 은, 자연 산화막 제거 및 실리콘층 제거의 처리 가스의 시간 경과적 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 11 은, 실리콘 기판의 처리 설명도이다.
도 12 는, 구체적인 용도를 나타내는 개략도이다.
도 13 은, 실리콘층을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념도이다.
도 14 는, 실리콘층 제거의 공정 설명도이다.
도 15 는, 본 발명의 다른 실시형태 예에 관련된 진공 처리 장치의 전체 구성도이다.
도 16 은, 본 발명의 다른 실시형태 예에 관련된 진공 처리 장치의 전체 구성도이다.
도 17 은, 도 16 중 의 A-A 선 화살표도이다.
도 18 은, 도 16 중의 B-B 선 화살표도이다.
도 1 내지 도 12 에 기초하여 본 발명의 제 1 실시형태 예를 설명한다.
도 1 에는 본 발명의 제 1 실시형태 예에 관련된 진공 처리 장치의 전체를 나타내는 구성, 도 2 에는 진공 처리조의 개략을 나타내는 구성, 도 3 에는 자연 산화막 및 부생성물을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념, 도 4 에는 자연 산화막을 제거하는 공정의 설명, 도 5 에는 자연 산화막의 제거 상황, 도 6 에는 실리콘층을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념, 도 7 에는 실리콘층을 제거하는 공정의 설명, 도 8 에는 실리콘층의 제거 상황, 도 9 에는 부생성물을 제거하는 공정의 설명, 도 10 에는 자연 산화막 제거 및 실리콘층 제거 및 부생성물 제거의 처리 가스의 시간 경과적 변화, 도 11 에는 자연 산화막 제거 및 실리콘층 제거 및 부생성물 제거의 일련의 공정의 설명, 도 12 에는 구체적인 용도를 나타내는 개략을 나타내고 있다.
본 발명의 진공 처리 장치는, 실리콘 기판의 자연 산화막을 제거하고, 산화막이 제거된 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시켜 소정 두께의 실리콘층을 제거하여 산소를 완전하게 제거하고, 또한, 소정 두께의 실리콘층을 제거했을 때에 생성된 부생성물을 제거하기 위한 장치로 이루어져 있다. 이 때문에, 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여 자연 산화막이 제거된 후에 기판면의 산소를 확실하게 제거할 수 있고, 게다가 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있다.
도 1, 도 2 에 기초하여 진공 처리 장치의 구성을 설명한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 진공 처리 장치 (에칭 장치 ; 1) 에는 진공 배기계에 접속되는 주입 취출조 (2) 를 구비하고, 주입 취출조 (2) 의 상방에는 진공 처리조 (3) 가 구비되어 있다 (처리 설비). 주입 취출조 (2) 의 내부에는 소정 속도로 회전 가능한 턴테이블 (4) 이 형성되고, 턴테이블 (4) 에는 기판으로서의 실리콘 기판 (5) 를 유지하는 보트 (6) 가 지지된다. 보트 (6) 에는 실리콘 기판 (5) 이 복수 장 (예를 들어, 50 장) 수용되고, 복수 장의 실리콘 기판 (5) 은 소정 간격으로 서로 평행하게 배치되어 있다.
실리콘 기판 (5) 의 실리콘은, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 (폴리 실리콘) 중 어느 것이어도 되고, 이하에서는 단순히 실리콘이라고 한다. 이 때문에, 폴리 실리콘의 실리콘 기판을 적용했을 경우, 후술하는 실리콘층의 에칭은, 폴리 실리콘층의 에칭된다.
주입 취출조 (2) 의 상부에는 연직 방향으로 연장되는 이송 나사 (7) 가 형성되고, 이송 나사 (7) 의 구동에 의해 턴테이블 (4) 이 승강 동작한다. 주입 취출조 (2) 와 진공 처리조 (3) 는 연통구 (8) 를 통하여 내부가 연통되고, 셔터 수단 (9) 에 의해 분위기적으로 격리되게 되어 있다. 셔터 수단 (9) 의 개폐 및 턴테이블 (4) 의 승강에 의해, 주입 취출조 (2) 와 진공 처리조 (3) 사이에서 보트 (6) (실리콘 기판 (5)) 의 수수가 이루어진다.
또한, 도면 중의 부호에서 10 은, 진공 처리조 (3) 의 내부의 진공 배기를 실시하는 배출부이다.
진공 처리조 (3) 의 측부에는 라디칼 상태의 수소 (H 라디칼 : H*) 가 도입되는 제 1 도입구 (11) 가 2 지점에 형성되고, 진공 처리조 (3) 의 내부에는 제 2 처리 가스 (처리 가스) 로서의 NF3 이 도입되는 샤워 노즐 (12) 이 형성되어 있다. 2 지점의 제 1 도입구 (11) 로부터 도입되는 H 라디칼 H* 와 샤워 노즐 (12) 로부터 도입되는 NF3 가 반응함으로써, 진공 처리조 (3) 의 내부에 전구체 NHxFy 가 생성된다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 도입구 (11) 에는 제 1 도입로 (13) 가 접속되고, 제 1 도입로 (13) 에는 플라스마 발생부 (14) 가 형성되어 있다. 플라스마 발생부 (14) 는 마이크로파에 의해 처리 가스를 플라스마 상태로 하는 것이다. 제 1 도입로 (13) 에는 유량 조정 수단 (15) 를 통하여 제 1 처리 가스로서의 NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스 중 적어도 어느 일방) 및 N2 가스가 공급되고, 플라스마 발생부 (14) 에서 NH3 가스 및 N2 가스가 플라스마 상태로 됨으로써 H 라디칼 H* 가 생성된다. 샤워 노즐 (12) 에는 유량 조정 수단 (16) 을 통하여 NF3 가스가 공급된다.
제 1 도입구 (11), 제 1 도입로 (13) 및 유량 조정 수단 (15) 에 의해 제 1 처리 가스 도입 수단이 구성되고, 샤워 노즐 (12), 유량 조정 수단 (16) 에 의해 제 2 처리 가스 도입 수단이 구성되어 있다.
진공 처리조 (3) 에는 온도 제어 수단으로서의 도시하지 않은 램프 히터가 형성되고, 램프 히터에 의해 진공 처리조 (3) 내부의 온도, 즉, 실리콘 기판 (5) 의 온도가 소정 상태로 제어된다. 유량 조정 수단 (15, 16) 에 의한 처리 가스의 유통 상황, 및 램프 히터의 동작 상태는 제어 수단으로서의 도시하지 않은 제어 장치에 의해 적절히 제어된다.
상기 서술한 진공 처리 장치 (1) 에서는, 실리콘 기판 (5) 을 유지한 보트 (6) 가 진공 처리조 (3) 의 내부에 반입되고, 진공 처리조 (3) 의 내부를 기밀 상태로 하여 소정의 압력이 되도록 진공 배기가 실시된다.
제어 장치로부터의 지령에 의해, 라디칼 상태의 NH3 가스와 N2 가스, NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 기판 (5) 의 자연 산화막 표면 (SiO2) 과 처리 가스를 반응 (저온에서의 흡착 반응) 시킴으로써, 반응 생성물 (Fy 및 NHx 의 화합물 {(NH4)2SiF6}) 을 생성한다. 그리고, 램프 히터를 동작시켜 실리콘 기판 (5) 을 소정 온도로 제어함으로써 (고온으로 함으로써), 반응 생성물 {(NH4)2SiF6} 를 승화시켜 실리콘 기판 (5) 표면의 자연 산화막을 제거 (에칭) 한다.
자연 산화막이 제거된 실리콘 기판 (5) 의 배치를 유지한 상태에서, 제어 장치로부터의 지령에 의해, 보조 처리 가스로서, 라디칼 상태의 NH3 가스 및 N2 가스, NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입한다. 즉, 자연 산화막을 에칭할 때의 처리 가스와 동일한 처리 가스를 도입한다. 진공 처리조 (3) 에 생성된 라디칼 상태의 F (F 라디칼 : F*) 를 실리콘 기판 (5) 의 표면에 작용시켜, 소정 두께의 실리콘층을 에칭한다.
이 때, NHxFy 가 F 라디칼 : F* 과 함께 진공 처리조 (3) 에 존재하지만, NHxFy 는 고온 분위기에서는 실리콘 기판 (5) 의 표면에는 작용하지 않는다. 이 때문에, 제어 장치에 의해 램프 히터의 동작이 제어됨으로써, 자연 산화막을 에칭했을 때의 소정 온도 (예를 들어, 100 ℃ ∼ 400 ℃) 의 상태가 실리콘층을 에칭할 때에도 유지되고, 자연 산화막이 에칭된 후는, F 라디칼 : F* 만을 실리콘 기판 (5) 의 표면에 작용시켜 소정 두께의 실리콘층을 에칭할 수 있다.
또한, 소정 두께의 실리콘층이 에칭된 실리콘 기판 (5) 의 배치를 유지한 상태에서, 처리 가스 NH3 가스와 N2 가스, NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 기판 (5) 의 부생성물 (SiOF, SiOH) 과 처리 가스에 기초하는 불화 암모늄 (NH4F) 을 반응 (저온에서의 흡착 반응) 시켜, 반응 부생성물 Fy 및 NHx 의 화합물 {(NH4)2SiF6} 을 생성한다. 그리고, 램프 히터를 동작시켜 실리콘 기판 (5) 을 소정 온도로 제어함으로써 (고온으로 함으로써), 반응 부생성물 {(NH4)2SiF6} 를 승화시켜 실리콘 기판 (5) 표면의 부생성물을 제거 (에칭) 한다.
또한, 부생성물 (SiOF, SiOH) 을 제거할 때에, 불화 암모늄을 생성하기 위해서, NF3 가스 및 라디칼 상태의 NH3 가스와 N2 가스를 도입한 예를 들고 있지만, NF3 가스 및 라디칼 상태의 H2 가스와 N2 가스를 도입할 수도 있다. 또, HF 가스와 NF3 가스를 도입할 수도 있다.
도 3 ∼ 도 5 에 기초하여 자연 산화막의 에칭을 설명한다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 도입로 (13) 로부터 NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스 중 적어도 어느 일방) 및 N2 가스를 도입하고, 플라스마 발생부에서 H 라디칼 H* 를 생성하여, 제 1 도입구 (11) 로부터 H 라디칼 H* 를 진공 처리조 (3) 에 도입한다. 동시에, 샤워 노즐 (12) 로부터 NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입하고, H 라디칼 H* 와 NF3 가스를 혼합시켜 반응시켜 NHxFy 를 생성시킨다.
즉,
H* + NF3 → NHxFy (NH4FH, NH4FHF 등)
도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, NHxFy 와 실리콘 기판 (5) 의 자연 산화 표면 (SiO2) 이 반응하고, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, Fy 및 NHx 의 화합물인 (NH4)2SiF6 이 생성된다.
즉,
NHxFy + SiO2 → (NH4)2SiF6 + H2O↑
그 후, 램프 히터에 의해 진공 처리조 (3) 를 가열하고 (예를 들어, 100 ℃ ∼ 400 ℃), 도 4(c) 에 나타내는 바와 같이, (NH4)2SiF6 을 분해하고 승화시켜, 실리콘 기판 (5) 의 표면으로부터 제거한다.
즉,
(NH4)2SiF6 → NH3↑ + HF↑ + SiF4↑
실리콘 기판 (5) 의 표면을 에칭하여 (NH4)2SiF6 을 제거함으로써, 도 4(d) 에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판 (5) 표면의 자연 산화막이 제거되어 청정한 표면이 된다. 이 때, 도 5 에 ○ 표로 나타내는 바와 같이, 자연 산화막은 에칭 시간에 따라 에칭량이 증가하고, 도 5 에 □ 표로 나타내는 바와 같이, 실리콘층은 에칭 시간이 길어져도 에칭량은 거의 변화가 없고, 실리콘층은 에칭되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
자연 산화막이 제거된 실리콘 기판 (5) 의 배치를 유지한 상태에서, 즉 동일한 진공 처리조 (3) 에서, 자연 산화막이 제거된 실리콘 기판 (5) 의 표면 (실리콘층) 을 에칭한다. 이로써, 산화막의 계면으로 된 실리콘면의 산소, 예를 들어, 실리콘의 금속 격자 사이 등에 존재할 우려가 있는 산소가 제거되어, 표면으로부터 산소가 확실하게 제거된 실리콘 기판 (5) 을 얻을 수 있다. 또한, 자연 산화막을 에칭하는 장치에서 실리콘층을 에칭하기 때문에, 반송에 의한 산화 등이 발생하지 않고, 매우 간단한 처리로 높은 표면 청정도를 갖는 실리콘 기판 (5) 을 얻을 수 있다.
도 6 ∼ 도 8 에 기초하여 자연 산화막이 제거된 후의 실리콘층의 에칭을 설명한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 도입로 (13) 로부터 NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스 중 적어도 어느 일방) 및 N2 가스를 도입하고, 플라스마 발생부 (14) 에서 H 라디칼 H* 및 N 라디칼 N* 를 생성하고, 제 1 도입구 (11) 로부터 H 라디칼 H* 및 N 라디칼 N* 를 진공 처리조 (3) 에 도입한다. 동시에, 샤워 노즐 (12) 로부터 NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입하고, H 라디칼 H* 과 NF3 가스를 혼합하고 반응시켜, 전구체 NHxFy 를 생성시킴과 동시에, N 라디칼 N* 와 NF3 가스를 혼합하고 반응시켜, F 라디칼 F* 를 생성시킨다.
즉,
H* + NF3 → NHxFy (NH4FH, NH4FHF 등)
N* + NF3 → N2 + F2 + F* (3F* 등)
도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 진공 처리조 (3) 의 내부는, 자연 산화막을 제거, 즉, (NH4)2SiF6 을 분해·승화시키기 위해서 가열 분위기로 유지되고 있다. 이 때문에, 전구체 NHxFy 는 고온으로 유지된 실리콘 기판 (5) 의 표면 (실리콘면)과 반응하지 않고, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, F 라디칼 F* 가 실리콘 기판 (5) 의 표면에 작용하여 표면이 에칭된다.
즉,
Si + 4F* → SiF4↑
이로써, 도 7(c) 에 나타내는 바와 같이, 자연 산화막의 계면으로 된 실리콘면의 산소가 제거되어, 표면으로부터 산소가 확실하게 제거된 실리콘 기판 (5) 를 얻을 수 있다. 이 때, 도 8 에 □ 표로 나타내는 바와 같이, 실리콘층은 에칭 시간에 따라 에칭량이 증가하고, 도 8 에 △ 표로 나타내는 바와 같이, 실리콘층 이외의 층 (예를 들어, SiN) 은 에칭 시간이 길어져도 에칭량은 거의 변화가 없고, 실리콘층만이 에칭되는 것을 알 수 있다.
F 라디칼 F* 를 실리콘 기판 (5) 의 표면에 작용시켜 표면을 에칭했을 경우, 실리콘 기판 (5) 의 표면에 부생성물 (SiOF, SiOH) 이 생성되는 것을 생각할 수 있다. 이 때문에, 실리콘 기판 (5) 의 배치를 유지한 상태에서, 즉, 동일한 진공 처리조 (3) 에서, 소정 두께의 실리콘층이 에칭된 실리콘 기판 (5) 표면의 부생성물 (SiOF, SiOH) 을 제거한다. 이 때문에, 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여, 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 실리콘 기판 (5) 표면의 산소를 확실하게 제거할 수 있다.
도 3 및 도 9 에 기초하여, 소정 두께의 실리콘층이 에칭된 실리콘 기판 (5) 표면의 부생성물 (SiOF, SiOH) 을 제거하는 상황을 설명한다.
처리 가스의 도입은 자연 산화막을 제거할 때 (도 3) 와 동일하다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 도입로 (13) 로부터 NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스중 적어도 어느 일방) 및 N2 가스를 도입하고, 플라스마 발생부에서 H 라디칼 H* 를 생성하고, 제 1 도입구 (11) 로부터 H 라디칼 H* 를 진공 처리조 (3) 에 도입한다. 동시에, 샤워 노즐 (12) 로부터 NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입하고, H 라디칼 H* 와 NF3 가스를 혼합하고 반응시켜 NHxFy 를 생성시킨다.
즉,
H* + NF3 → NHxFy (NH4FH, NH4FHF 등)
도 9(a) 에 나타내는 바와 같이, NHxFy 와 실리콘 기판 (5) 표면의 부생성물 (SiOF, SiOH) 이 반응하고, 도 9(b) 에 나타내는 바와 같이, Fy 및 NHx 의 화합물인 (NH4)2SiF6 가 생성된다.
즉,
NHxFy + SiOF(SiOH) → (NH4)2SiF6 + H2O↑
그 후, 램프 히터에 의해 진공 처리조 (3) 를 가열하고 (예를 들어, 100 ℃ ∼ 400 ℃), 도 9(c) 에 나타내는 바와 같이, (NH4)2SiF6 을 분해하고 승화시켜, 실리콘 기판 (5) 의 표면으로부터 제거한다.
즉,
(NH4)2SiF6 → NH3↑ + HF↑ + SiF4↑
실리콘 기판 (5) 의 표면을 에칭하여 (NH4)2SiF6 을 제거함으로써, 도 9(d) 에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판 (5) 표면의 자연 산화막이 제거되어, 부생성물 (SiOF, SiOH) 을 포함하는 산소가 제거된 매우 청정한 표면이 된다.
상기 서술한 자연 산화막의 에칭 및 실리콘층의 에칭, 부생성물의 에칭에 있어서의 처리 가스 {NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스의 적어도 어느 일방) 및 N2 가스, NF3 가스} 의 도입 상황을 도 10 에 기초하여 설명한다. 그 때의 일련의 공정 상황을 도 11 에 나타내고 있다.
시간 t1 로부터 시간 t2 사이 (예를 들어, 520 sec) 는 처리 가스가 도입 (ON) 되고, 램프 히터가 OFF 가 되어, 전구체 NHxFy 가 자연 산화막 SiO2 와 반응하는 처리가 실시된다 (도 4(a)(b), 도 11(a)(b) 참조). 시간 t2 로부터 시간 t3 사이는 처리 가스가 정지 (OFF) 되고, 램프 히터가 ON 이 되어, 화합물인 (NH4)2SiF6 가 분해되고 승화되어, 자연 산화막 SiO2 가 에칭된다 (도 4(c)(d), 도 11(c) 참조).
계속해서, 시간 t3 으로부터 시간 t4 사이 (예를 들어, 50 ∼ 210 sec) 는 다시 처리 가스가 도입 (ON) 되고, 램프 히터가 OFF 가 되어, F 라디칼 F* 를 생성시킨다. 가열 분위기로 유지되고, 시간 t4 로부터 시간 t5 사이, 램프 히터가 ON 되고, F 라디칼 F* 에 의해 실리콘층이 에칭된다 (도 7(a)(b)(c), 도 11(d) 참조).
또한, 시간 t5 로부터 시간 t6 사이 (예를 들어, 50 ∼ 210 sec) 는 처리 가스가 도입 (ON) 되고, 적절히 램프 히터가 OFF 가 되어, 전구체 NHxFy 가 부생성물 (SiOF, SiOH) 과 반응하는 처리가 실시된다 (도 9(a)(b), 도 11(e)(f) 참조). 시간 t6 이후는 처리 가스가 정지 (OFF) 되고, 온도가 유지되도록 램프 히터가 ON·OFF 가 되고, 화합물인 (NH4)2SiF6 가 분해되고 승화되어, 부생성물 (SiOF, SiOH) 이 에칭된다 (도 9(c)(d), 도 11(g) 참조).
또한, 시간 t3, 시간 t5 의 시점에서 처리조 내를 냉각시키는 쿨링 공정을 실시할 수도 있다.
상기 서술한 바와 같이, 제 1 실시형태 예에서는, 동일한 진공 처리조 (3) 의 내부에서, 자연 산화막의 제거와 자연 산화막이 제거된 실리콘층의 제거, 및 실리콘층의 제거로 인해 생성되는 부생성물의 제거를 실시할 수 있다. 이 때문에, 자연 산화막을 제거하는 진공 처리 장치 (1) 를 사용하여, 간단한 제어로 단시간에, 자연 산화막이 제거된 후에 실리콘 기판 (5) 의 계면의 산소를 확실하게 제거할 수 있고, 게다가 산소 제거로 인해 발생될 우려가 있는 부생성물을 포함하여 제거할 수 있다. 따라서, 간단한 진공 처리 장치 (1) 및 처리 방법에 의해, 매우 성능이 높은 표면을 갖는 실리콘 기판 (5) 을 얻을 수 있게 된다.
상기 서술한 자연 산화막의 제거와 자연 산화막이 제거된 실리콘층의 제거는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판의 컨택트홀 C 의 저면의 청정 처리에 사용된다. 즉, 컨택트홀 C 의 자연 산화막이 (NH4)2SiF6 의 승화에 의해 제거되고, 그 후 연속해서 실리콘층이 제거된다. 또한, 실리콘층의 제거시에 생성되는 부생성물 (SiOF, SiOH) 이 (NH4)2SiF6 의 승화에 의해 제거된다. 이로써, 부생성물을 포함하여 산소가 확실하게 제거된 저면을 갖는 컨택트홀 C 를 형성할 수 있고, 그 후, 배선용 금속을 적층했을 때에 저항이 매우 적은 배선을 실현할 수 있다.
도 13, 도 14 에 기초하여 자연 산화막이 제거된 후의 실리콘층의 에칭 방법 (진공 처리 방법) 의 제 2 실시형태 예를 설명한다. 도 13 에는 본 발명의 제 2 실시형태 예에 있어서의 실리콘층을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념, 도 14 에는 본 발명의 제 2 실시형태 예에 있어서의 실리콘층 제거의 공정 설명을 나타내고 있다. 또한, 진공 처리 장치 (1) 의 구성은 제 1 실시형태 예와 동일하기 때문에 구성의 설명은 생략되어 있다.
제 2 실시형태 예에 관련된 에칭 방법은, 자연 산화막을 제거하는 경우, 제 1 처리 가스, 제 2 처리 가스 (처리 가스) 로서 NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스의 적어도 어느 일방), N2 가스 및 NF3 가스를 사용하여 실리콘층을 제거하는 경우, 보조 처리 가스로서, NH3 가스를 정지시키고, N2 와 NF3 을 사용한다. 요컨대, 실리콘층을 제거하는 경우, 진공 처리 장치 (1) 의 내부에 전구체 NHxFy 를 생성시키지 않고 F 라디칼 F* 를 실리콘 기판 (5) 에 작용시킨다. 이 때문에, 이하에는 실리콘층의 제거에 대해 설명한다.
도 13 에 나타내는 바와 같이, 제 1 도입로 (13) 로부터 N2 가스를 도입하고 {NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스의 적어도 어느 일방) 를 정지시키고}, 플라스마 발생부 (14) 에서 N 라디칼 N* 를 생성하고, 제 1 도입구 (11) 로부터 N 라디칼 N* 를 진공 처리조 (3) 에 도입한다. 동시에, 샤워 노즐 (12) 로부터 NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입하고, N 라디칼 N* 와 NF3 가스를 혼합시키고 반응시켜 F 라디칼 F* 를 생성시킨다.
즉,
N* + NF3 → N2 + F2 + F* (3F* 등)
도 14(a) 에 나타내는 바와 같이, 진공 처리조 (3) 의 내부에 F 라디칼 F* 가 도입되고, 도 14(b) 에 나타내는 바와 같이, F 라디칼 F* 가 실리콘 기판 (5) 의 표면에 작용하여 표면이 에칭된다.
즉,
Si + 4F* → SiF4↑
이로써, 도 14(c) 에 나타내는 바와 같이, 자연 산화막의 계면으로 된 실리콘면의 산소가 제거되어, 표면으로부터 산소가 확실하게 제거된 실리콘 기판 (5) 를 얻을 수 있다. 또, NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스 중 적어도 어느 일방) 를 정지시키고 있기 때문에, 전구체 NHxFy 가 생성되지 않고, 비교적 저온의 경우에서도 F 라디칼 F* 를 실리콘 기판 (5) 의 표면에 작용시킬 수 있어, 단시간에 실리콘층의 에칭을 실시할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 제 2 실시형태 예에서는, 제 1 실시형태 예와 마찬가지로, 동일한 진공 처리조 (3) 의 내부에서, 자연 산화막의 제거와 자연 산화막이 제거된 실리콘층의 제거가 실시되고, 간단한 제어에 의해 단시간에, 자연 산화막이 제거된 후에 실리콘 기판 (5) 의 계면의 산소를 확실하게 제거할 수 있다. 따라서, 간단한 진공 처리 장치 (1) 및 처리 방법에 의해, 매우 성능이 높은 표면을 갖는 실리콘 기판 (5) 을 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 서술한 각 실시형태 예에서는, 실리콘층의 에칭시, NH3 가스 (NH3 가스 또는 H2 가스 중 적어도 어느 일방) 및 N2 가스와 NF3 가스를 다른 가스 도입 수단으로부터 도입하고 있는데, 이것에 한정되지 않고, 플라스마 발생부를 갖는 동일한 가스 도입 수단으로부터 모든 가스를 도입해도 된다. 이 경우에는, NF3 가스에 직접 플라스마를 인가하여 F 라디칼을 제조할 수 있다.
도 15 에 기초하여 배치 처리를 실시하는 장치의 다른 예를 설명한다. 도 15 에는 본 발명의 다른 실시형태 예에 관련된 진공 처리 장치의 개략을 나타내는 전체 구성을 나타내고 있다.
처리 설비인 진공 처리실 (21 ; 에칭실) 에는 플라스마 상태의 처리 가스 및 NF3 가 도입되고, 진공 처리실 (21) 의 상부에는 밸브 (22) 를 통하여 처리 설비인 냉각실 (23) 이 구비되어 있다. 냉각실 (23) 에는 불활성 가스 (N2 가스) 가 도입되어 실내가 냉각된다. 진공 처리실 (21) 및 냉각실 (23) 은 진공계 (24, 25) 에 의해 소정 진공 상태가 된다. 진공 처리실 (21) 에는 히터 (26) 가 형성되고, 히터 (26) 에 의해 진공 처리실 (21) 의 내부가 원하는 온도로 제어된다.
진공 처리실 (21) 에는 승강 기구 (27) 가 구비되고, 보트 (6) 에 유지된 복수의 실리콘 기판 (5) 이 승강된다. 밸브 (22) 의 개폐 및 승강 기구 (27) 을 연동함으로써, 진공 처리실 (21) 과 냉각실 (23) 사이에서 복수의 실리콘 기판 (5) 을 이동시킬 수 있다. 냉각실 (23) 은 밸브 (22) 를 통하여 도시되지 않은 로드 로크실과 접속되고, 밸브 (22) 의 개폐에 의해 보트 (6) 에 유지된 복수의 실리콘 기판 (5) 이 이송 (반입·반출) 된다.
상기 서술한 진공 처리 장치 (1) 에서는, 실리콘 기판 (5) 에 대한 자연 산화막의 제거 및 실리콘층의 제거, 부생성물의 제거가 진공 처리실 (21) 에서 실시된다. 또, 온도 제어를 실시하는 경우의 냉각은 냉각실 (23) 에서 실시된다. 예를 들어, 전술한 일련의 공정 중에서, 도 10 에 나타내는 시간 t3, 시간 t5 의 시점에서 처리조 내를 냉각시키는 경우의 쿨링 공정을 실시하는 경우, 밸브 (22) 의 개폐 및 승강 기구 (27) 을 연동시키고, 보트 (6) 에 유지된 복수의 실리콘 기판 (5) 을 승강시켜 냉각실 (23) 에서 냉각이 실시된다.
냉각실 (23) 을 구비함에 따라, 일련의 공정 중에서, 자연 산화막의 제거 및 실리콘층의 제거, 부생성물의 제거를 실시하는 경우의 온도 제어를 단시간에 실시할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은, 처리실 내에 기판을 1 장씩 배치하는, 이른바, 매엽식 장치로 처리를 실시할 수도 있다. 도 16 으로부터 도 18 에 기초하여 매엽식 장치의 예를 설명한다. 도 16 에는 본 발명의 다른 실시형태 예에 관련된 진공 처리 장치의 개략을 나타내는 전체 구성, 도 17, 도 18 에는 도 16 중의 A-A 선 화살표, B-B 선 화살표를 나타내고 있다.
도면에 나타내는 바와 같이, 반송 로봇 (31) 을 구비한 반송실 (42) 이 구비되고, 반송실 (42) 의 주위에는 밸브 (41) 를 통하여 로드 로크실 (32), 진공 처리실 (에칭실 ; 33), 가열실 (35), 냉각실 (34) 이 배치되어 있다. 진공 처리실 (33) 에는 플라스마 상태의 처리 가스 및 NF3 이 도입되고, 가열실 (35) 에는 히터 (36) 가 구비되어 있다. 또, 냉각실 (34) 에는 불활성 가스 (N2 가스) 가 도입되어 실내가 냉각된다.
처리 전의 실리콘 기판은 로드 로크실 (32) 에 반입되고, 처리가 종료된 실리콘 기판은 로드 로크실 (32) 로부터 반출된다. 반송 로봇 (31) 의 동작 및 밸브 (41) 의 개폐가 연동하여 제어되고, 실리콘 기판은, 진공 처리실 (33), 가열실 (35), 냉각실 (34) 에 적절히 반송되고, 진공 처리실 (33), 가열실 (35), 냉각실 (34) 로부터 적절히 반출된다. 복수의 처리실 내에 실리콘 기판을 1 장씩 배치한 상태에서 소정 처리가 실시된다.
상기 서술한 진공 처리 장치에서는, 실리콘 기판에 대한 자연 산화막의 제거 및 실리콘층의 제거, 부생성물의 제거가 진공 처리실 (33) 에서 실시된다. 또, 온도 제어를 실시하는 경우의 가열은 가열실 (35) 에서 실시되고, 온도 제어를 실시하는 경우의 냉각은 냉각실 (34) 에서 실시된다. 실리콘층을 제거하는 경우, F 라디칼 F* 가 생성되기 때문에, 실리콘층의 제거를 실시하기 위한 진공 처리실 (33) 을 추가할 수도 있다.
복수의 처리실을 구비하고, 각 처리실에서 실리콘 기판을 1 장씩 처리하므로, 일련의 공정 중에서, 자연 산화막의 제거 및 실리콘층의 제거, 부생성물의 제거를 실시하는 경우, 균일하게 처리를 실시할 수 있어, 높은 성능의 제품을 얻을 수 있다.
상기 서술한 실시형태에서는, 자연 산화막과 부생성물을 제거하는 경우에 동일한 가스를 사용한 경우를 기재했지만, 상이한 가스를 사용해도 되고, 예를 들어, 부생성물을 제거하는 가스로서 무수 불화 수소산 가스 (AHF) 와 N2 가스와 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 로 포화된 N2 가스를 사용해도 된다.
이 경우에는, 매스 플로우 컨트롤러를 통해서 무수 불화 수소산 가스 (AHF) 와 N2 가스를 동일한 배관으로부터 진공 처리실에 도입하고, 다른 배관으로부터 용기 내의 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 을 버블링함으로써 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 로 포화된 N2 가스를 도입한다.
진공 처리실 내에서는, 무수 불화 수소산 가스 (AHF) 와 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 로 포화된 N2 가스의 반응에 의해, 실리콘 기판 표면의 부생성물 (예를 들어, SiOF) 을 제거할 수 있다.
구체적으로는, 무수 불화 수소산 가스 (AHF) 와 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 의 반응에 의해, HF2 - 가 생성된다.
즉,
C2H5OH + 2HF → C2H5OH2 + + HF2 -
CH3OH + 2HF → CH3OH2 + + HF2 -
생성된 HF2 - 는 부생성물 (예를 들어, SiOF) 의 에칭에 기여한다. 부생성물의 에칭에 의해 생긴 SiF4 와 H2O 는 에탄올 (C2H5OH) 이나 메탄올 (CH3OH) 과의 친화성이 양호하고, 과잉된 (C2H5OH) 이나 메탄올 (CH3OH) 증기와 함께 배기된다.
또, 상기 서술한 실시형태에서는, 부생성물의 제거를 가스를 사용한, 이른바 드라이 에칭을 사용한 경우를 기재했으나 이것에 한정되지 않고, 웨트 에칭법을 사용하여 부생성물의 제거를 실시해도 된다. 이 경우에는, 예를 들어, 실리콘층을 제거한 후, 실리콘 기판을 다른 처리실에 반송하고, 불화 수소(HF) 로 채워진 용기 내에 기판을 담금으로써 실시한다. 이 처리에 의해, 실리콘 기판 표면의 부생성물 (예를 들어, SiOF) 을 제거할 수 있다.
본 발명은, 진공 상태의 처리 설비로 에칭을 실시하는 진공 처리 방법 및 진공 처리 장치의 산업 분야에서 사용할 수 있다.
1 진공 처리 장치
2 주입 취출조
3 진공 처리조
4 턴테이블
5 실리콘 기판
6 보트
7 이송 나사
8 연통구
9 셔터 수단
10 배출부
11 제 1 도입구
12 샤워 노즐
13 제 1 도입로
14 플라스마 발생부
15, 16 유량 조정 수단

Claims (17)

  1. 처리 가스를 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 기판의 산화 표면과 반응시켜, 반응 생성물을 생성하고, 실리콘 기판을 소정 온도로 제어함으로써 상기 반응 생성물을 승화시켜 실리콘 기판 표면의 산화막을 제거하고,
    산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 배치를 유지한 상태에서, 보조 처리 가스를 도입하고, 상기 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시켜 소정 두께의 실리콘층을 제거하고,
    실리콘층을 제거한 후, 상기 처리 가스를 도입하고, 상기 실리콘층이 제거된 상기 실리콘 기판 표면의 부생성물과 반응시켜 반응 부생성물을 상기 실리콘 기판에 생성하고, 실리콘 기판을 소정 온도로 제어함으로써 상기 반응 부생성물을 승화시켜 실리콘 기판 표면의 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    실리콘층이 제거된 상기 실리콘 기판의 배치를 유지한 상태에서, 상기 실리콘 기판 표면의 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 및 NF3 이고,
    상기 반응 생성물 및 상기 반응 부생성물을 100 ℃ ∼ 400 ℃ 의 분위기에서 승화시키고,
    상기 보조 처리 가스로서, 상기 처리 가스, 또는 N2 와 NF3 을 도입하고, 상기 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시키는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보조 처리 가스를 동일한 가스 도입 수단으로부터 도입하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    무수 불화 수소산 가스 (AHF) 와 N2 가스와 에탄올 (C2H5OH) 또는 메탄올 (CH3OH) 로 포화된 N2 가스를 사용하여, 상기 실리콘 기판 표면의 상기 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘층을 제거한 후, 웨트 에칭법을 사용하여, 상기 실리콘 기판 표면의 상기 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    웨트 에칭법의 용액으로서, 불화 수소 (HF) 를 사용하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  9. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부생성물이 SiOF 인 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  10. 처리 가스로서, NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 및 NF3 을 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 기판의 산화 표면과 반응시켜 반응 생성물을 생성하고,
    실리콘 기판을 소정 온도로 제어함으로써 상기 반응 생성물을 승화시켜 실리콘 기판 표면의 산화막을 제거하고, 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 배치를 유지한 상태에서, 보조 처리 가스로서, 상기 처리 가스, 또는 N2 와 NF3 을 상기 처리 가스와 동일한 가스 도입 수단으로부터 도입하고, 상기 실리콘 기판 표면에 F 라디칼을 작용시켜 소정 두께의 실리콘층을 제거한 후,
    상기 실리콘 기판의 배치를 유지한 상태에서, 상기 실리콘층의 제거시에 생성된 실리콘 기판 표면의 부생성물을, 실리콘 기판을 100 ℃ ∼ 400 ℃ 로 제어함으로써 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법.
  11. 기판이 배치됨과 함께 내부가 소정 진공 상태로 되는 처리 설비와,
    제 1 처리 가스 또는 보조 처리 가스를 상기 처리 설비 내에 도입하는 제 1 처리 가스 도입 수단과,
    상기 제 1 처리 가스 또는 보조 처리 가스와 반응하는 제 2 처리 가스를 상기 처리 설비 내에 도입하는 제 2 처리 가스 도입 수단과,
    상기 처리 설비 내를 소정의 온도로 제어함으로써, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 상기 기판의 표면의 자연 산화막을 반응시키는 한편, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 상기 기판의 표면의 부생성물을 반응시키는 온도 제어 수단과,
    상기 제 1 처리 가스 도입 수단 및 상기 제 2 처리 가스 도입 수단 및 상기 온도 제어 수단을 제어하여 상기 기판의 표면에 소정 처리를 실시하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스의 도입을 제어함과 함께 상기 온도 제어 수단을 제어함으로써, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 상기 기판의 표면의 자연 산화막을 반응시켜 생성된 반응 생성물을 제거하고,
    상기 제 1 처리 가스, 상기 보조 처리 가스, 상기 제 2 처리 가스의 도입을 제어함으로써, 상기 자연 산화막이 제거된 상기 기판의 표층을, 상기 보조 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스, 또는 상기 보조 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하고,
    상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스의 도입을 제어함과 함께 상기 온도 제어 수단을 제어함으로써, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 표층이 제거된 상기 기판의 표면의 부생성물을 반응시켜 생성된 반응 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 설비의 내부에는 복수 장의 상기 기판이 수용되고,
    상기 복수 장의 상기 기판은, 소정 간격으로 서로 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리 설비의 내부에는 1 장의 기판이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 가스가 H 라디칼을 생성시키는 가스이고,
    상기 제 2 처리 가스가 NHxFy 및 F 라디칼을 생성시키는 가스이고,
    상기 기판이 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 처리 가스가 NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 이고,
    상기 제 2 처리 가스가 NF3 이고,
    상기 제어 수단은,
    상기 실리콘 기판의 온도가 소정 온도가 되도록 상기 온도 제어 수단을 제어하고, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 자연 산화막을 반응시킴으로써 생성된 반응 생성물이 형성된 상기 반응 생성물을 승화시켜 상기 실리콘 기판의 표면으로부터 자연 산화막을 제거하고,
    자연 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 표면에 상기 보조 처리 가스와 제 2 처리 가스, 또는 상기 보조 처리 가스에 의해 F 라디칼을 작용시킴으로써 상기 실리콘 기판의 실리콘층을 소정 두께 제거하고,
    상기 실리콘 기판의 온도가 소정 온도가 되도록 상기 온도 제어 수단을 제어하고, 상기 제 1 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스와 부생성물을 반응시킴으로써 생성된 반응 부생성물이 형성된 상기 반응 부생성물을 승화시켜 상기 실리콘 기판의 표면으로부터 부생성물을 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보조 처리 가스가 NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 인 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어 수단에는, 상기 F 라디칼을 작용시킬 때에, 상기 보조 처리 가스의 NH3 또는 H2 의 일방 혹은 쌍방을 정지시키고, N2 만을 도입시키거나 또는 N2 와 NF3 을 도입시키는 정지 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치.
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