WO2013157235A1 - 堆積物除去方法及びガス処理装置 - Google Patents

堆積物除去方法及びガス処理装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2013157235A1
WO2013157235A1 PCT/JP2013/002509 JP2013002509W WO2013157235A1 WO 2013157235 A1 WO2013157235 A1 WO 2013157235A1 JP 2013002509 W JP2013002509 W JP 2013002509W WO 2013157235 A1 WO2013157235 A1 WO 2013157235A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
region
substrate
deposit
partial pressure
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/002509
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
慈 田原
栄一 西村
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Priority to KR1020147034719A priority Critical patent/KR102108111B1/ko
Publication of WO2013157235A1 publication Critical patent/WO2013157235A1/ja
Priority to US14/488,575 priority patent/US20150064925A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • H01L21/02337—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour
    • H01L21/0234—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment treatment by exposure to a gas or vapour treatment by exposure to a plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
    • H01L21/0206—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of insulating layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching

Definitions

  • the present invention relates to a deposit removing method and a gas processing apparatus.
  • a desired pattern is formed on a substrate such as a semiconductor wafer by performing a film forming process or an etching process.
  • a deposit of silicon oxide for example, SiO 2 or SiOBr
  • Such deposit removal has been performed by, for example, processing using a single HF gas.
  • the selectivity between the deposits and the silicon dioxide of the structures in the pattern is low, and the silicon dioxide of the structures in the pattern is damaged. There was a problem. Furthermore, if the standing time after the etching process is long, there is a problem in that the selectivity is further deteriorated because the influence of moisture appears depending on the moisture absorption state of the deposit.
  • the present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and can efficiently remove deposits regardless of the length of time of standing after the etching process, and can reduce the dioxide in the structure in the pattern. It is an object of the present invention to provide a deposit removing method and a gas processing apparatus capable of suppressing damage to silicon and processing uniformly.
  • One aspect of the deposit removal method of the present invention is a deposit removal method for removing deposits deposited on the surface of a pattern formed by etching on a substrate, the oxygen being exposed to oxygen plasma while heating the substrate.
  • the substrate is exposed to an atmosphere of a mixed gas of hydrogen fluoride gas and alcohol gas in a processing chamber, and the total pressure of the mixed gas or the partial pressure of the alcohol gas Is the first total pressure or the partial pressure of the alcohol gas, and the inside of the processing chamber is evacuated, and the total pressure of the mixed gas or the partial pressure of the alcohol gas is set to the first total pressure or the partial pressure of the alcohol gas.
  • a cycle process step of repeating a second period of lower second total pressure or alcohol gas partial pressure for a plurality of cycles the cycle process step includes a circular first region that supplies the mixed gas from a region facing the substrate to the substrate and includes a central portion of the substrate and has a diameter smaller than the diameter of the substrate, and an outer side of the first region.
  • the supply amount per unit area of the mixed gas from the annular second region is larger in the first region than in the second region.
  • the substrate is exposed to an atmosphere of a mixed gas of hydrogen fluoride gas and alcohol gas in the processing chamber, and the total pressure of the mixed gas or the partial pressure of the alcohol gas is set to the first total pressure.
  • a first period in which the partial pressure of the alcohol gas is used, and a second total pressure lower than the first total pressure or the partial pressure of the alcohol gas by evacuating the processing chamber and setting the total pressure of the mixed gas or the partial pressure of the alcohol gas to the partial pressure of the alcohol gas.
  • a gas processing apparatus that performs a cycle processing step of repeating a plurality of cycles of a second period of pressure or partial pressure of alcohol gas, and removes deposits deposited on the surface of a pattern formed by etching on the substrate And supplying the mixed gas to the substrate from a region facing the substrate, and including a central portion of the substrate and having a diameter smaller than the diameter of the substrate. Supplying the mixed gas per unit area from the region and the annular second region outside the first region so that the first region has a larger supply amount than the second region.
  • deposits can be efficiently removed regardless of the length of time for which the etching process is left, and the damage to the silicon dioxide of the structures in the pattern can be suppressed and processed uniformly. It is possible to provide a deposit removal method and a gas treatment apparatus that can perform the above process.
  • the figure which shows the principal part structure of the gas processing apparatus of FIG. The flowchart which shows the process of one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of a plasma processing apparatus 100 used in an oxygen plasma processing step in a deposit removing method according to an embodiment of the present invention.
  • the plasma processing apparatus 100 includes a processing chamber 101 that can be hermetically closed.
  • a stage 102 for mounting a semiconductor wafer (substrate) W is provided in the processing chamber 101.
  • the stage 102 includes a temperature control mechanism (not shown) so that the temperature of the semiconductor wafer W placed on the stage 102 can be maintained at a predetermined temperature.
  • the processing chamber 101 is made of, for example, quartz or the like, and a quartz window 103 is formed on the ceiling.
  • An RF coil 104 connected to a high frequency power source (not shown) is provided outside the window 103.
  • a gas introduction part 105 for introducing a predetermined processing gas containing oxygen gas (for example, O 2 gas single gas) into the processing chamber 101 is provided in the portion of the window 103.
  • the plasma P of the processing gas introduced from the gas introduction unit 105 is generated by the action of the high frequency supplied to the RF coil 104.
  • a gas diffusion plate 106 for shielding the plasma and dispersing the gas is provided below the window 103, and the semiconductor on the stage 102 is in a state where radicals in the plasma are dispersed through the gas diffusion plate 106.
  • the wafer W is supplied.
  • the substrate and the plasma may be brought into direct contact with each other.
  • the remote plasma processing that is, the substrate and the plasma are not brought into contact with each other.
  • the radicals extracted from the plasma generated at the separated sites may be allowed to act on the substrate.
  • an exhaust pipe 107 is provided at the bottom of the processing chamber 101.
  • the exhaust pipe 107 is connected to a vacuum pump (not shown) or the like, and can exhaust the processing chamber 101 to a predetermined pressure.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration example of the gas processing apparatus 200 used in the cycle processing step in the deposit removal method of the embodiment of the present invention.
  • the gas processing apparatus 200 includes a processing chamber 201 that can be hermetically closed.
  • a stage 202 for placing a semiconductor wafer (substrate) W is provided in the processing chamber 201.
  • the stage 202 includes a temperature control mechanism (not shown) so that the temperature of the semiconductor wafer W placed on the stage 202 can be maintained at a predetermined temperature.
  • a gas introducing unit 203 for introducing a predetermined processing gas (a mixed gas of HF gas and methanol gas in the present embodiment) into the processing chamber 201 is provided on the upper portion of the processing chamber 201.
  • a gas diffusion plate 206 in which a large number of through holes 205 are formed is opposed to the semiconductor wafer W placed on the stage 202 below the opening 204 where the gas introduction part 203 opens into the processing chamber 201. It is arranged like this.
  • the processing gas is supplied to the surface of the semiconductor wafer W from the through hole 205 of the gas diffusion plate 206, that is, from a region facing the semiconductor wafer W.
  • the gas diffusion plate 206 has through holes formed at a uniform pitch in a circular first region 206a having a diameter d1 of 250 mm with respect to a semiconductor wafer W having a diameter of 300 mm. 205, and the second region 206b that is outside the first region 206a has no through-hole 205 formed therein. Accordingly, the flow rate per unit area of the processing gas supplied from the first region 206a in the region facing the semiconductor wafer W is equal to the flow rate per unit area of the processing gas supplied from the second region 206b (this embodiment). In the form, it is more than 0).
  • FIG. 3A a virtual line indicating the boundary between the first region 206a and the second region 206b is shown by a one-dot chain line.
  • FIG. 3B shows a configuration of the gas diffusion plate 216 having the through holes 215 formed on the entire surface at a uniform pitch with substantially no distinction between the first region and the second region.
  • the number of through holes 205 in the gas diffusion plate 206 in FIG. 3 (a) is the same as the number of through holes 205 in the gas diffusion plate 216 shown in FIG. 3 (b).
  • 215 is formed at a pitch of 40 mm.
  • the diameter d2 of the region where the through holes 205 are arranged in the gas diffusion plate 216 is set to 345 mm, which is larger than the diameter of the semiconductor wafer W.
  • the diameter d1 of the first region 206a and the diameter d2 of the region where the through holes 205 are arranged are all the through holes 205 and the through holes in the region.
  • Reference numeral 215 denotes the diameter of the circle when the circle with the smallest diameter contained therein is drawn.
  • the number and pitch of the through holes 205 do not represent the actual number and pitch but are omitted.
  • the gas diffusion plate 206 and the gas diffusion plate 216 are used, for example, when the flow rate of the processing gas is about 2800 sccm, the back pressure of the gas diffusion plate 206 and the gas diffusion plate 216 is about 13.3 KPa (100 Torr). Become. On the other hand, the pressure in the processing chamber 201 in which the semiconductor wafer W is disposed is about 665 Pa (5 Torr).
  • the through-hole 205 and the through-hole 215 arranged in the central part and the through-hole 205 and the through-hole 215 arranged in the peripheral part are substantially omitted from each through-hole 205 and the through-hole 215. Processing gas is discharged at a uniform flow rate.
  • an exhaust pipe 207 is provided at the bottom of the processing chamber 201.
  • This exhaust pipe 207 is connected to a vacuum pump or the like (not shown) so that the inside of the processing chamber 201 can be exhausted to a predetermined pressure.
  • the deposit removal process is performed as follows using the plasma processing apparatus 100 and the gas processing apparatus 200 having the above-described configuration.
  • an etching process is performed in the previous process (step 301), and a reaction product accompanying the etching process is deposited on the side wall portion of the pattern on the semiconductor wafer on which a predetermined pattern is formed.
  • a reaction product accompanying the etching process is deposited on the side wall portion of the pattern on the semiconductor wafer on which a predetermined pattern is formed.
  • a deposit of silicon oxide for example, SiO 2 or SiOBr
  • the deposit deposited on the side wall portion of the pattern is removed by the deposit removing process in the present embodiment.
  • the etching process (step 301) is performed, for example, as a two-step etching process shown below.
  • an oxygen plasma process in the deposit removal process is performed (step 302).
  • This oxygen plasma processing can be performed by the plasma processing apparatus 100 shown in FIG.
  • This deposit removal process may be performed immediately after the etching process, or may be performed after a certain amount of standing time (for example, several hours to several days).
  • the oxygen plasma processing step in the plasma processing apparatus 100 is performed as follows, for example. That is, in the oxygen plasma processing step, the semiconductor wafer W is placed on the stage 102 set in advance at a predetermined temperature and is adsorbed by an electrostatic chuck or the like (not shown) so that the semiconductor wafer W is heated to the predetermined temperature. It becomes. In this state, a predetermined processing gas containing oxygen gas is introduced from the gas introduction unit 105, and exhaust is performed from the exhaust pipe 107, so that the processing chamber 101 has a processing gas atmosphere at a predetermined pressure. Then, when RF power is applied to the RF coil 104, inductively coupled plasma of oxygen gas is generated. The ions in the plasma are shielded by the gas diffusion plate 106 and supplied to the semiconductor wafer W on the stage 102 in a state where oxygen radicals having no charge are dispersed, and oxygen plasma treatment is performed by the action of oxygen radicals.
  • This oxygen plasma treatment is performed in order to make the pattern and the moisture absorption state of the deposit constant (dehydrate) irrespective of the length of the standing time after the etching treatment.
  • silicon oxide for example, SiO 2 Ng SiOBr
  • SiO 2 layer such as the gate oxide film which is the pattern structure from being damaged due to excessive reaction.
  • a gas containing oxygen as a processing gas for example, a single gas of oxygen gas or a mixed gas of oxygen gas and nitrogen gas is used, and the heating temperature (stage temperature) of the semiconductor wafer W is, for example, 200 ° C. to 300 ° C. It is set to about °C.
  • the pressure is, for example, about 66.5 Pa (0.5 Torr) to 266 Pa (2 Torr).
  • a cycle treatment in the deposit removal treatment is performed (steps 303 to 305). This cycle process can be performed by the gas processing apparatus 200 shown in FIG.
  • the cycle process in the gas processing apparatus 200 is performed as follows.
  • the semiconductor wafer W is maintained at the predetermined temperature by placing the semiconductor wafer W on the stage 202 set at a predetermined temperature in advance.
  • a predetermined processing gas HF gas + methanol gas in the present embodiment
  • exhaust is performed from the exhaust pipe 207, so that the processing chamber 201 has a processing gas atmosphere at a predetermined pressure. Is done.
  • a first period in which the partial pressure of methanol gas is the first partial pressure, and the processing chamber is evacuated to set the partial pressure of methanol gas to the first partial pressure.
  • the second period in which the second partial pressure is lower than the partial pressure of 1 is repeated a plurality of cycles (step 305).
  • the following method can be used.
  • the processing chamber is maintained at a predetermined pressure by an automatic pressure controller (APC) while supplying a mixed gas at a predetermined flow rate
  • the set pressure of the automatic pressure controller is reduced or For example, a method in which the pressure is lowered by fully drawing with a vacuum pump as fully open.
  • the first period and the second period are set using the latter method.
  • the temperature of the semiconductor wafer W is preferably a low temperature of, for example, several tens of degrees (for example, 30 ° C.) or less.
  • the pressure in the first period is preferably about 665 Pa (5 Torr) to 1330 Pa (10 Torr), for example, and the processing gas is a mixed gas of HF gas + alcohol gas (CH 3 OH gas in this embodiment).
  • the first period is set to the pressure of the mixed gas or the partial pressure of the alcohol gas from which deposits can be removed by the action of the mixed gas. Further, in the second period, the pressure of the mixed gas or the partial pressure of the alcohol gas is decreased, and the substance (H generated by the reaction between the deposit and the mixed gas during the first period without removing the deposit is removed. 2 O) is exhausted and discharged out of the processing chamber 201.
  • the first period and the second period are about 5 to 20 seconds, and this cycle is repeated a plurality of times.
  • step 306 the deposit removal process ends (step 306).
  • the moisture absorption state of the pattern and the deposit is made constant by the oxygen plasma treatment regardless of the standing time after the etching treatment.
  • H 2 O acting as a reaction accelerator is removed by the oxygen plasma treatment in the treatment with the HF single gas, so that the treatment result is stabilized, but the selection of the SiO 2 film in the structure is performed. It becomes difficult to remove the deposit while ensuring the ratio. For this reason, in the cycle processing in the present embodiment, a mixed gas of HF gas + alcohol gas (methanol gas in the present embodiment) is used. Further, in this case, the amount of H 2 O generated by the reaction may be excessive in the chamber, and the gate oxide film or the like that is the pattern structure may be damaged or may be deposited again by the reverse reaction. For this reason, the H 2 in the chamber is repeatedly obtained by repeating the first period in which the deposit is removed by the cycle process and the second period in which the deposit is not removed and the reaction product is exhausted. Prevent the amount of O from becoming excessive.
  • silicon oxide for example, SiO 2 or SiOBr
  • SiO 2 or SiOBr silicon oxide deposited on the side wall of the pattern
  • the reaction proceeds excessively due to the catalytic action of H 2 O. It is possible to prevent the SiO 2 layer such as the gate oxide film from being damaged.
  • the gas diffusion plate 206 of the gas processing apparatus 200 is uniform in a circular first region 206a having a diameter of 250 mm with respect to the semiconductor wafer W having a diameter of 300 mm, as shown in FIG.
  • the through hole 205 is formed at a small pitch, and the through hole 205 is not formed in the annular second region 206b outside the first region 206a.
  • the flow rate per unit area of the processing gas supplied from the first region 206a is larger than the flow rate per unit area of the processing gas supplied from the second region 206b. Thereby, the deposit removal process can be performed more uniformly in the surface of the semiconductor wafer W.
  • a gas diffusion plate 216 having through holes 215 formed on the entire surface with a uniform pitch without substantially distinguishing between the first region and the second region is used.
  • the deposit removal processing speed increases at the center of the semiconductor wafer W, and the processing speed in the surface of the semiconductor wafer W becomes non-uniform so as to decrease at the peripheral edge.
  • Such a phenomenon occurs when a pattern is formed on the semiconductor wafer W.
  • etching is performed with a so-called solid film on which no pattern is formed on the semiconductor wafer W, the phenomenon starts from the center of the semiconductor wafer W.
  • a phenomenon occurs in which the etching rate at the peripheral edge increases.
  • the reverse phenomenon occurs when the pattern is formed on the semiconductor wafer W and when the pattern is not formed, particularly in the central portion of the semiconductor wafer W because of the gas flow rate over the semiconductor wafer W. It is considered that the reaction proceeds more slowly due to the catalytic action of H 2 O as a result of the fact that the exhaust from the back part of the pattern of H 2 O generated by the reaction is not efficiently performed and the residence in the pattern increases as compared with the end part. It is done. Therefore, by increasing the supply amount per unit area of the processing gas to the central portion of the semiconductor wafer W than the supply amount per unit area of the processing gas to the peripheral portion, the speed of the semiconductor wafer W over the central portion is increased. By promoting the discharge of H 2 O from the central pattern, the in-plane uniformity of processing can be improved.
  • the through hole 205 is not provided in the second region 206b outside the first region 206a, but the second region 206b is smaller than the first region 206a. It is good also as a structure which arrange
  • the diameter d1 of the first region 206a needs to be smaller than the diameter of the semiconductor wafer W, and is preferably 90% or less and 70% or more, and 85% or less and 75% or more of the diameter of the semiconductor wafer W. Is more preferable.
  • the outer diameter of the second region 206b may be larger than the diameter of the semiconductor wafer W.
  • Example 1 a deposit removal process was performed on a semiconductor wafer that was left for one month after a pattern was formed by etching.
  • oxygen plasma treatment was performed under the following treatment conditions. Pressure: 133 Pa (1 Torr)
  • Etching gas: O 2 1980 sccm
  • the pressure setting in the above-described cycle processing is maintained for 10 seconds while the APC pressure is set to 931 Pa (7 Torr), and in the second period, the processing gas is supplied.
  • the state where the APC is fully opened is maintained for 10 seconds, and the actual pressure fluctuation in the processing chamber 201 is as shown in the graph of FIG. That is, even if the APC pressure is set to 931 Pa (7 Torr) after the APC is fully open, it takes about 4 to 5 seconds until the actual pressure reaches 931 Pa (7 Torr).
  • the APC pressure setting is fully opened from 931 Pa (7 Torr), the pressure becomes constant at about 173 Pa (1.3 Torr) in a relatively short time.
  • the pressure at which deposit removal (deposition separation) is possible is about 665 Pa (5 Torr). Accordingly, it is preferable that the time of a half cycle in the cycle processing in this case is about 5 to 20 seconds. Note that the first period and the second period are not necessarily the same, and may be different.
  • Example 1 Electron micrographs of Example 1 are shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c).
  • Comparative Example 1 after the oxygen plasma treatment in Example 1, the same gas treatment as in Example 1 was performed with a single HF gas, and deposits were hardly removed.
  • the electron micrographs of Comparative Example 1 are shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c). Comparing the electron micrograph of the example of FIG. 6 with the electron micrograph of the comparative example of FIG. 7, in Example 1 of FIG. 6, the deposit on the pattern sidewall is removed and the gate oxide film portion is clearly shown as a white line. As can be seen, in Comparative Example 1 of FIG. 7, the deposit on the pattern side wall is not removed, so the portion of the gate oxide film is not seen as a white line.
  • FIGS. 8A to 8C show an electron micrograph of the pattern (left side in the figure) and an oxygen map (right side in the figure) by EELS (Electron Energy-Loss Spectroscopy).
  • FIG. 8B shows a pattern after the removal of the deposit in Example 1 described above. As shown in these electron micrographs, in Example 1, the deposit on the side wall portion of the pattern was removed without almost completely remaining, and the gate oxide film that was the structure of the pattern was shaved. The occurrence of damage is suppressed.
  • FIG. 8 (c) shows a case where deposits are removed by changing the conditions by treatment with HF single gas. In this case, it can be seen that the gate oxide film, which is the structure of the pattern, is cut and damaged.
  • the pressure was adjusted to 665 Pa (5 Torr), 1330 Pa (10 Torr), and 1995 Pa (15 Torr), and the sample deposit was removed. As a result, it was confirmed that the peel strength of the deposit increased by increasing the pressure.
  • the gas treatment was continuously performed without performing the cycle treatment, so that the gate oxide film, which is the structure of the pattern, was shaved and damage occurred.
  • the sample deposit was removed at temperatures of 10 ° C., 30 ° C., and 50 ° C. As a result, it was confirmed that the peel strength of the deposits was increased by lowering the temperature.
  • the gas treatment was continuously performed without performing the cycle treatment, so that the gate oxide film, which is the structure of the pattern, was shaved and damage occurred.
  • the semiconductor wafer W in which the line-and-space pattern is formed and the deposit is deposited in the space between the lines has the gas diffusion plate 206 shown in FIG.
  • the measurement was performed using the gas processing apparatus 200, and the depth of the space between the lines was measured. The depth was measured at the central portion, the intermediate portion, the position 30 mm from the edge, and the position 4 mm from the edge of the semiconductor wafer W.
  • Comparative Example 2 the deposit removal process described above was performed on the semiconductor wafer W in which a line-and-space pattern was formed and deposits were deposited in the spaces between the lines, and the gas diffusion plate shown in FIG. This was performed using a gas processing apparatus 200 having 216, and the depth of the space between the lines was measured.
  • the deposit removal process was performed under the same conditions as in Example 2 except that the gas diffusion plate 216 was used. The depth was measured at a central portion, an intermediate portion, a position 30 mm from the edge, and a position 4 mm from the edge of the semiconductor wafer W.
  • Example 2 the in-plane uniformity of the deposit removing process was increased as compared with Comparative Example 2.
  • the present invention can be used in the field of manufacturing semiconductor devices. Therefore, it has industrial applicability.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

　基板を加熱し酸素プラズマに晒す工程と、基板をフッ化水素ガスとアルコールガスの混合ガスの雰囲気に晒しかつ混合ガスの全圧又はアルコールガスの分圧を第１の全圧又はアルコールガスの分圧とする第１の期間と、混合ガスの全圧又はアルコールガスの分圧を第１の全圧又はアルコールガスの分圧より低い第２の全圧又はアルコールガスの分圧とする第２の期間とを繰り返すサイクル処理工程を有し、サイクル処理工程では、基板に対向する領域から混合ガスを基板に供給し、かつ基板の中央部を含む第１領域と、第１領域の外側の第２領域とからの混合ガスの単位面積当たりの供給量を、第２領域より第１領域の方を多くする。

Description

堆積物除去方法及びガス処理装置
　本発明は、堆積物除去方法及びガス処理装置に関する。
　従来から、半導体装置の製造分野においては、半導体ウエハ等の基板に、成膜処理やエッチング処理を行って、所望のパターンを形成することが行われている。このような半導体装置の製造工程において、ＳＴＩ（シャロー・トレンチ・アイソレーション）プロセスを実施すると、パターンの側壁部分にシリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２ゃＳｉＯＢｒ）の堆積物が堆積する。従来、このような堆積物の除去は、例えば、ＨＦ単ガスを用いた処理によって行われていた。
　しかしながら、堆積物の組成や結合の状態がパターン中の構造物の二酸化シリコン（例えば、ゲート酸化膜）と近い場合、これらとの選択比が取れないという問題がある。なお、堆積物とＨＦとの反応（ＳｉＯ２＋４ＨＦ→ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ）によって生成される副産物の水が反応を加速して連鎖反応を引き起こし、堆積物のみではなくパターン中の構造物の二酸化シリコンが削られてしまう場合がある。
　また、エッチング処理後の放置時間が長くなると、堆積物の吸湿状態に依存して水分の影響が出てしまうため、更に選択比が悪くなる場合があるという問題がある。なお、シリコン基板表面に形成された自然酸化膜を除去する技術としては、ＨＦ蒸気およびＨ２Ｏまたはアルコール蒸気を使用する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この技術は自然酸化膜を除去する技術であり、パターンの側壁部分に堆積した堆積物を除去する技術ではない。
特開平７－２６３４１６号公報
　上述したとおり、従来においては、パターンに堆積した堆積物を除去する際に、堆積物とパターン中の構造物の二酸化シリコンとの選択比が低く、パターン中の構造物の二酸化シリコンがダメージを受けるという問題があった。さらに、エッチング処理後の放置時間が長くなると、堆積物の吸湿状態に依存して水分の影響が出てしまうため、更に選択比が悪くなるという問題があった。
　また、堆積物を除去する速度に、基板の中央部と周縁部に差が生じ易く、基板の面内における処理の均一性を向上させることが難しいという問題があった。
　本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、エッチング処理後の放置時間の長短に係わらず、効率的に堆積物を除去することができ、かつ、パターン中の構造物の二酸化シリコンに対するダメージを抑制するとともに均一に処理することのできる堆積物の除去方法及びガス処理装置を提供しようとするものである。
　本発明の堆積物除去方法の一態様は、基板上にエッチングによって形成されたパターンの表面に堆積した堆積物を除去する堆積物除去方法であって、前記基板を加熱しながら酸素プラズマに晒す酸素プラズマ処理工程と、前記酸素プラズマ処理工程の後、前記基板を、処理チャンバー内でフッ化水素ガスとアルコールガスの混合ガスの雰囲気に晒し、かつ、前記混合ガスの全圧またはアルコールガスの分圧を第１の全圧またはアルコールガスの分圧とする第１の期間と、処理チャンバー内を排気し前記混合ガスの全圧またはアルコールガスの分圧を第１の全圧またはアルコールガスの分圧より低い第２の全圧またはアルコールガスの分圧とする第２の期間とを、複数サイクル繰り返すサイクル処理工程と、を具備し、前記サイクル処理工程では、前記基板に対向する領域から前記混合ガスを前記基板に供給し、かつ、前記基板の中央部を含み前記基板の直径より小さな直径を有する円形の第１領域と、前記第１領域の外側の環状の第２領域とからの前記混合ガスの単位面積当たりの供給量を、前記第２領域より前記第１領域の方を多くすることを特徴とする。
　本発明のガス処理装置は、基板を、処理チャンバー内でフッ化水素ガスとアルコールガスの混合ガスの雰囲気に晒し、かつ、前記混合ガスの全圧またはアルコールガスの分圧を第１の全圧またはアルコールガスの分圧とする第１の期間と、処理チャンバー内を排気し前記混合ガスの全圧またはアルコールガスの分圧を第１の全圧またはアルコールガスの分圧より低い第２の全圧またはアルコールガスの分圧とする第２の期間とを、複数サイクル繰り返すサイクル処理工程を実施し、前記基板上にエッチングによって形成されたパターンの表面に堆積した堆積物を除去するガス処理装置であって、前記基板に対向する領域から前記混合ガスを前記基板に供給し、かつ、前記基板の中央部を含み前記基板の直径より小さな直径を有する円形の第１領域と、前記第１領域の外側の環状の第２領域とからの前記混合ガスの単位面積当たりの供給量が、前記第２領域より前記第１領域の方が多くなるように供給することを特徴とする。
　本発明によれば、エッチング処理後の放置時間の長短に係わらず、効率的に堆積物を除去することができ、かつ、パターン中の構造物の二酸化シリコンに対するダメージを抑制するとともに均一に処理することのできる堆積物の除去方法及びガス処理装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に用いるプラズマ処理装置の断面概略構成を示す図。 本発明の一実施形態に用いるガス処理装置の断面概略構成を示す図。 図２のガス処理装置の要部構成を示す図。 本発明の一実施形態の工程を示すフローチャート。 本発明の一実施形態における圧力の変化の状態を示すグラフ。 実施例におけるパターンの状態を示す電子顕微鏡写真。 比較例におけるパターンの状態を示す電子顕微鏡写真。 堆積物除去前と実施例及び比較例の堆積物除去後の状態を示す電子顕微鏡写真。 堆積物除去可能な圧力、メタノールガス流量、温度の関係を示すグラフ。
　以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態の堆積物除去方法における酸素プラズマ処理工程に使用するプラズマ処理装置１００の構成例を模式的に示す縦断面図である。同図に示すようにこのプラズマ処理装置１００は、内部を気密に閉塞可能とされた処理チャンバー１０１を具備している。この処理チャンバー１０１内には、半導体ウエハ（基板）Ｗを載置するためのステージ１０２が設けられている。ステージ１０２は、図示しない温度制御機構を具備しており、ステージ１０２上に載置された半導体ウエハＷの温度を所定温度に維持できるようになっている。
　処理チャンバー１０１は、例えばクォーツ等から構成されており、その天井部には、クォーツ製の窓１０３が形成されている。そして、この窓１０３の外側には、図示しない高周波電源に接続されたＲＦコイル１０４が設けられている。窓１０３の部分には、酸素ガスを含む所定の処理ガス（例えば、Ｏ２ガス単ガス）を処理チャンバー１０１内に導入するためのガス導入部１０５が設けられている。そして、ＲＦコイル１０４に供給された高周波の作用によって、ガス導入部１０５から導入された処理ガスのプラズマＰを発生させるようになっている。
　窓１０３の下方には、プラズマの遮蔽とガスの分散を行うためのガス拡散板１０６が設けられており、このガス拡散板１０６を介してプラズマ中のラジカルが分散した状態でステージ１０２上の半導体ウエハＷに供給されるようになっている。なお、基板にプラズマを作用させる場合、直接基板とプラズマとを接触させてもよく、また本実施形態のように、リモートプラズマによる処理、すなわち、直接基板とプラズマとを接触させるのではなく、基板とは離間した部位で発生させたプラズマ中から引き出されたラジカルを基板に作用させてもよい。
　また、処理チャンバー１０１の底部には、排気管１０７が設けられている。この排気管１０７は、図示しない真空ポンプ等に接続されており、処理チャンバー１０１内を所定の圧力に排気できるようになっている。
　図２は、本発明の一実施形態の堆積物除去方法におけるサイクル処理工程に使用するガス処理装置２００の構成例を模式的に示す縦断面図である。同図に示すようにこのガス処理装置２００は、内部を気密に閉塞可能とされた処理チャンバー２０１を具備している。この処理チャンバー２０１内には、半導体ウエハ（基板）Ｗを載置するためのステージ２０２が設けられている。ステージ２０２は、図示しない温度制御機構を具備しており、ステージ２０２上に載置された半導体ウエハＷの温度を所定温度に維持できるようになっている。
　処理チャンバー２０１の上部には、処理チャンバー２０１内に所定の処理ガス（本実施形態ではＨＦガスとメタノールガスとの混合ガス）を導入するためのガス導入部２０３が設けられている。また、ガス導入部２０３が処理チャンバー２０１内に開口する開口部２０４の下方には、多数の透孔２０５が形成されたガス拡散板２０６が、ステージ２０２に載置された半導体ウエハＷと対向するように配設されている。そして、このガス拡散板２０６の透孔２０５から、すなわち、半導体ウエハＷと対向する領域から、処理ガスを半導体ウエハＷの表面に供給するように構成されている。
　このガス拡散板２０６は、図３（ａ）にも示すように、直径３００ｍｍの半導体ウエハＷに対して、直径ｄ１が２５０ｍｍの円形の第１領域２０６ａ内に均一なピッチで形成された透孔２０５を有しており、第１領域２０６ａより外側の環状の第２領域２０６ｂには、透孔２０５が形成されていない構成となっている。これによって、半導体ウエハＷと対向する領域のうち、第１領域２０６ａから供給される処理ガスの単位面積当たりの流量が、第２領域２０６ｂから供給される処理ガスの単位面積当たりの流量（本実施形態では０）より多くなるようになっている。
　なお、図３（ａ）には、第１領域２０６ａと第２領域２０６ｂとの境界を示す仮想線を一点鎖線で図示してある。また、図３（ｂ）に、実質的に第１領域と第２領域の区別が無く、全面に均一なピッチで形成された透孔２１５を有するガス拡散板２１６の構成を示す。図３（ａ）のガス拡散板２０６における透孔２０５の数と、図３（ｂ）に示すガス拡散板２１６における透孔２０５の数は同数であり、透孔２０５は例えば２８ｍｍピッチ、透孔２１５は例えば４０ｍｍピッチで形成されている。また、ガス拡散板２１６における透孔２０５の配置されている領域の直径ｄ２は、半導体ウエハＷの直径より大きい３４５ｍｍとされている。
　なお、図３（ａ）、図３（ｂ）において、第１領域２０６ａの直径ｄ１及び透孔２０５の配置されている領域の直径ｄ２とは、その領域内の全ての透孔２０５及び透孔２１５が内部に含まれる最小径の円を描いた時のその円の直径を示している。また、なお、図３（ａ）、図３（ｂ）において、透孔２０５の数及びピッチは、実際の数及びピッチを表したものではなく、省略して記載されている。
　なお、上記のガス拡散板２０６、ガス拡散板２１６を用いた場合、例えば、処理ガス流量を２８００ｓｃｃｍ程度とすると、ガス拡散板２０６、ガス拡散板２１６の背圧は１３．３ＫＰａ（１００Ｔｏｒｒ）程度となる。一方、半導体ウエハＷが配置された処理チャンバー２０１内の圧力は、６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）程度とされる。このように、ガス拡散板２０６及びガス拡散板２１６の背圧と、処理チャンバー２０１内の圧力との間に大きな差があるので、ガス拡散板２０６及びガス拡散板２１６の面内において、例えば、中央部に配設された透孔２０５及び透孔２１５であっても、周縁部に配設された透孔２０５及び透孔２１５であっても、各透孔２０５及び透孔２１５からは、略均一な流量で処理ガスが吐出される。
　図１に示すように、処理チャンバー２０１の底部には、排気管２０７が設けられている。この排気管２０７は、図示しない真空ポンプ等に接続されており、処理チャンバー２０１内を所定の圧力に排気できるようになっている。
　上記構成のプラズマ処理装置１００及びガス処理装置２００を用いて本実施形態では、次のようにして堆積物除去処理を行う。
　図４のフローチャートに示すように、前工程においてエッチング処理が行われ（ステップ３０１）、所定のパターンが形成された半導体ウエハには、パターンの側壁部分にエッチング処理に伴う反応生成物が堆積する。例えば、ＳＩＴ（シャロー・トレンチ・アイソレーション）プロセスを実施すると、パターンの側壁部分にシリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２ゃＳｉＯＢｒ）の堆積物が堆積する。そこで、本実施形態における堆積物除去処理によって、パターンの側壁部分に堆積した堆積物を除去する。
　上記のエッチング処理（ステップ３０１）は、例えば、以下に示す２ステップのエッチング処理として実施される。
（ステップ１）
　圧力：６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
　高周波電力（周波数の高い高周波）／（周波数の低い高周波）：４００／１５００Ｗ
　エッチングガス：ＨＢｒ／ＮＦ３／Ｏ２＝４００／７５／５ｓｃｃｍ
　ステージ温度：　１１０℃
　時間：５秒
（ステップ２）
　圧力：６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
　高周波電力（周波数の高い高周波）／（周波数の低い高周波）：４００／１４００Ｗ
　エッチングガス：ＨＢｒ／ＮＦ３／Ｏ２＝３５０／３２／１９ｓｃｃｍ
　ステージ温度：　１１０℃
　時間：２０秒
　上記のエッチング処理の後、堆積物除去処理における酸素プラズマ処理を行う（ステップ３０２）。この酸素プラズマ処理は、図１に示したプラズマ処理装置１００等によって実施することができる。この堆積物除去処理は、上記エッチング処理の後、直ちに行ってもよく、ある程度の放置時間（例えば、数時間から数日）の後に行ってもよい。
　このプラズマ処理装置１００における酸素プラズマ処理工程は、例えば以下のように実施する。すなわち、酸素プラズマ処理工程では、予め所定温度に設定されたステージ１０２上に半導体ウエハＷが載置され、図示しない静電チャック等によって吸着されることによって半導体ウエハＷが所定温度に加熱された状態となる。この状態でガス導入部１０５から酸素ガスを含む所定の処理ガスが導入されるとともに、排気管１０７から排気が行われ、処理チャンバー１０１内が所定圧力の処理ガス雰囲気とされる。そして、ＲＦコイル１０４に高周波電力が印加されることによって、酸素ガスの誘導結合プラズマが生起される。このプラズマ中のイオンは、ガス拡散板１０６によって遮蔽され、電荷を有しない酸素ラジカルが分散した状態でステージ１０２上の半導体ウエハＷに供給され、酸素ラジカルの作用による酸素プラズマ処理が行われる。
　この酸素プラズマ処理は、エッチング処理後の放置時間の長短に係わらず、パターン及び堆積物の吸湿状態を一定にする（脱水する）ために行うものである。これにより、後に行うサイクル処理工程において、吸湿状態の差異による影響を排除することによってパターンの側壁に堆積した堆積物であるシリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２ゃＳｉＯＢｒ）を除去することができ、かつ、反応が過剰になってパターン構造物であるゲート酸化膜等のＳｉＯ２層がダメージを受けること等を抑制することができる。
　この酸素プラズマ処理では、処理ガスとして酸素を含むガス例えば、酸素ガスの単ガス若しくは酸素ガスと窒素ガスの混合ガス等を使用し、半導体ウエハＷの加熱温度（ステージ温度）は例えば２００℃～３００℃程度に設定される。また、圧力は、例えば６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）～２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）程度とされる。
　上記の酸素プラズマ処理の後、堆積物除去処理におけるサイクル処理を実施する（ステップ３０３～３０５）。このサイクル処理は、図２に示したガス処理装置２００等によって実施することができる。
　ガス処理装置２００におけるサイクル処理工程は、以下のように実施される。すなわち、サイクル処理工程では、予め所定温度に設定されたステージ２０２上に半導体ウエハＷが載置されることによって半導体ウエハＷが所定温度に維持された状態となる。この状態でガス導入部２０３から所定の処理ガス（本実施形態ではＨＦガス＋メタノールガス）が導入されるとともに、排気管２０７から排気が行われ、処理チャンバー２０１内が所定圧力の処理ガス雰囲気とされる。
　図４のフローチャートに示すように、サイクル処理工程では、メタノールガスの分圧を第１の分圧とする第１の期間（ステップ３０３）と、処理チャンバー内を排気しメタノールガスの分圧を第１の分圧より低い第２の分圧とする第２の期間（ステップ３０４）とを、複数サイクル繰り返す（ステップ３０５）。このようにメタノールガスの分圧を変動させる方法としては、例えば、以下のような方法を用いることができる。
　すなわち、ガスの供給を変化させ、例えば、第１の期間では所定流量の混合ガスを供給し、第２の期間では混合ガスの供給を停止し所定流量の窒素ガス等を供給する方法、また、第１の期間では所定流量の混合ガスを供給しつつ自動圧力制御装置（ＡＰＣ）で処理チャンバー内を所定圧力に維持し、第２の期間では自動圧力制御装置（ＡＰＣ）の設定圧力を低く又は全開として真空ポンプで全引きし、圧力を低くする方法、等である。本実施形態では、図５のグラフに示すように、後者の方法を用いて第１の期間と第２の期間とを設定する。
　この時、半導体ウエハＷの温度は、例えば数十度（例えば３０℃）以下の低温とすることが好ましい。また、第１の期間における圧力は、例えば６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）～１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）程度が好ましく、処理ガスは、ＨＦガス＋アルコールガス（本実施形態ではＣＨ３ＯＨガス）の混合ガスを使用する。
　このようなサイクル処理において、第１の期間は、混合ガスの作用によって堆積物が除去され得る混合ガスの圧力またはアルコールガスの分圧に設定する。また、第２の期間は、混合ガスの圧力またはアルコールガスの分圧を低下させ、堆積物が除去されずに第１の期間中に堆積物と混合ガスとの反応によって生成された物質（Ｈ２Ｏ等）を排気して処理チャンバー２０１外に排出する期間とする。このような第１の期間及び第２の期間は、夫々５秒から２０秒程度とし、このサイクルを複数回繰り返して行う。
　そして、上記のサイクル処理を所定回数繰り返した後、堆積物除去処理が終了する（ステップ３０６）。
　以上のように、本実施形態の堆積物除去方法では、まず、酸素プラズマ処理によってパターン及び堆積物の吸湿状態をエッチング処理後の放置時間の長短に係わらず一定にする。
　上記の酸素プラズマ処理を行うと、ＨＦ単ガスによる処理では反応促進剤として作用するＨ２Ｏが酸素プラズマ処理により除去されるため、処理結果が安定する反面、構造中のＳｉＯ２膜との選択比を確保しながら堆積物の除去を行うことが困難になる。このため、本実施形態におけるサイクル処理では、ＨＦガス＋アルコールガス（本実施形態ではメタノールガス）の混合ガスを用いる。さらにこの場合、反応によって生じたＨ２Ｏ量がチャンバ内で過剰になり、パターン構造物であるゲート酸化膜等がダメージを受けたり、逆反応によって再び堆積が生じる場合がある。このため、サイクル処理により、堆積物の除去が行われる第１の期間と、堆積物の除去が行われず反応生成物が排気される第２の期間とを繰り返して行うことによってチャンバ内のＨ２Ｏ量が過剰になることを防止する。
　これによって、パターンの側壁に堆積した堆積物であるシリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２ゃＳｉＯＢｒ）を除去することができ、かつ、Ｈ２Ｏによる触媒作用によって反応が過剰に進行し、パターン構造物であるゲート酸化膜等のＳｉＯ２層がダメージを受けることを抑制することができる。
　また、本実施形態では、ガス処理装置２００のガス拡散板２０６は、図３（ａ）に示すように、直径３００ｍｍの半導体ウエハＷに対して、直径２５０ｍｍの円形の第１領域２０６ａ内に均一なピッチで形成された透孔２０５を有し、第１領域２０６ａより外側の環状の第２領域２０６ｂには透孔２０５が形成されていない構成となっており、半導体ウエハＷと対向する領域のうち、第１領域２０６ａから供給される処理ガスの単位面積当たりの流量が、第２領域２０６ｂから供給される処理ガスの単位面積当たりの流量より多くなる構成となっている。これによって、上記堆積物除去処理を半導体ウエハＷの面内においてより均一に行うことができる。
　すなわち、例えば、図３（ｂ）に示したように、実質的に第１領域と第２領域の区別が無く、全面に均一なピッチで形成された透孔２１５を有するガス拡散板２１６を用いた場合、半導体ウエハＷの中央部で堆積物除去処理の速度が速くなり、周縁部で遅くなるように半導体ウエハＷの面内における処理速度が不均一になるという現象が起きる。なお、このような現象は、半導体ウエハＷにパターンが形成されている場合に生じ、半導体ウエハＷにパターンが形成されていない所謂ベタ膜でエッチングを行った場合は、半導体ウエハＷの中央部より周縁部におけるエッチング速度が高くなるという現象が生じる。
　上記のように、半導体ウエハＷにパターンが形成されている場合と、形成されていない場合とで逆の現象が起きるのは、特に半導体ウエハＷの中央部においては半導体ウエハＷ上空のガス流速が端部に比べて遅く、反応によって生じたＨ２Ｏのパターン奥部からの排気が効率的に行われなくなりパターン内滞留が多くなる結果、Ｈ２Ｏによる触媒作用によって反応が進行するためと考えられる。そこで、半導体ウエハＷの中央部に対する処理ガスの単位面積当たりの供給量を、周縁部に対する処理ガスの単位面積当たりの供給量より多くし、半導体ウエハＷの中央部上空における速度を速くすることによって中央部のパターン内からのＨ２Ｏの排出を促進することによって、処理の面内均一性を向上させることができる。
　なお、図３（ａ）に示した例では、第１領域２０６ａの外側の第２領域２０６ｂに透孔２０５を配設しない構成となっているが、第２領域２０６ｂに第１領域２０６ａより少ない配置密度（単位面積当たりの透孔の個数）で透孔２０５を配設した構成としてもよい。また、透孔２０５の配置密度は変えずに、第１領域２０６ａと第２領域２０６ｂにおける処理ガスの供給量を独立に変えることができる構成として、第１領域２０６ａからの処理ガスの単位面積当たりの供給量を、第２領域２０６ｂからの処理ガスの単位面積当たりの供給量より多くするようにしてもよい。さらに、第１領域２０６ａの直径ｄ１は、半導体ウエハＷの直径より小さくする必要があり、半導体ウエハＷの直径の９０％以下７０％以上とすることが好ましく、８５％以下７５％以上とすることがさらに好ましい。また、第２領域２０６ｂに透孔２０５を配設した構成とした場合、第２領域２０６ｂの外径は半導体ウエハＷの直径より大きくしてもよい。
　実施例１として、エッチングによりパターンを形成した後１カ月放置した半導体ウエハに、堆積物除去プロセスを実施した。まず、酸素プラズマ処理を以下の処理条件によって行った。
　圧力：１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
　高周波電力：１０００Ｗ
　エッチングガス：Ｏ２＝１９８０ｓｃｃｍ
　ステージ温度：　２５０℃
　時間：１２０秒
　次に、サイクル処理を以下の処理条件によって行った。
　圧力：（９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）１０秒⇔１７３Ｐａ（１．３Ｔｏｒｒ）１０秒）×６サイクル
　ＨＦ／ＣＨ３ＯＨ＝２８００／４４ｓｃｃｍ
　ステージ温度：１０℃
　なお、上記のサイクル処理における圧力の設定は、前述したとおり、第１の期間では、ＡＰＣの圧力設定を９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）とした時間を１０秒維持し、第２の期間では、処理ガスを流した状態でＡＰＣを全開とした状態を１０秒維持したものであり、実際の処理チャンバー２０１内の圧力の変動は、図５のグラフに示したようになる。すなわち、ＡＰＣが全開の状態からＡＰＣの圧力設定を９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）としても、実際の圧力が９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）に到達するまで４～５秒程度かかる。また、ＡＰＣの圧力設定を９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）から全開にすると比較的短時間で圧力が１７３Ｐａ（１．３Ｔｏｒｒ）程度で一定となる。
　ここで、上記のステージ温度及び処理ガスの流量の条件では、堆積物除去（デポ剥離）が可能となる圧力は、６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）程度となる。したがって、この場合のサイクル処理における１／２サイクルの時間は、５～２０秒程度とすることが好ましい。なお、第１の期間と第２の期間は、必ずしも同じにする必要はなく、異なるようにしてもよい。
　以上の堆積物除去工程を実施した後の半導体ウエハをＳＥＭで拡大して観察したところ、パターンの側壁部に堆積した堆積物が除去され、かつ、パターン構造物であるゲート酸化膜等のＳｉＯ２層がダメージを受けていなかった。この実施例１の電子顕微鏡写真を図６（ａ）～図６（ｃ）に示す。
　一方、比較例１として、実施例１における酸素プラズマ処理後、ＨＦ単ガスで実施例１と同様なガス処理を行ったところ、堆積物はほとんど除去できなかった。この比較例１の電子顕微鏡写真を図７（ａ）～図７（ｃ）に示す。図６の実施例の電子顕微鏡写真と図７の比較例の電子顕微鏡写真とを比較すると、図６の実施例１ではパターン側壁の堆積物が除去されてゲート酸化膜の部分が白い線としてはっきり見えるが、図７の比較例１ではパターン側壁の堆積物が除去されていないのでゲート酸化膜の部分が白い線として見えていない。
　図８（ａ）～（ｃ）は、パターンの電子顕微鏡写真（図中左側）とＥＥＬＳ（Electron Energy-Loss Spectroscopy）による酸素マップ（図中右側）を示したもので、図８（ａ）は、エッチング終了後（堆積物除去前）のパターン、図８（ｂ）は、上記実施例１における堆積物除去後のパターンである。これらの電子顕微鏡写真に示されるように、実施例１では、パターンの側壁部の堆積物が略完全に残すことなく除去されており、かつ、パターンの構造物であるゲート酸化膜が削られてダメージが発生することが抑制されている。なお、図８（ｃ）は、ＨＦ単ガスによる処理で条件を変えて堆積物を除去した場合を示している。この場合、パターンの構造物であるゲート酸化膜が削られてダメージが発生していることが分かる。
　次に、堆積物を除去可能となる処理の条件を調べた結果について説明する。まず、処理ガスにおけるメタノールガス添加量と堆積物の剥離力との関係を調べたところ、メタノールガスを添加しなかった場合に堆積物を除去できなかったサンプルに対して、メタノールガスを１００ｓｃｃｍ添加した場合は、堆積物を除去することができた。また、メタノールガスの添加量を２００ｓｃｃｍに増やすと、堆積物の剥離力が増大することを確認できた。但し、この実験は、サイクル処理を行うことなく、連続的にガス処理を行ったため、パターンの構造物であるゲート酸化膜が削られてダメージが発生した。
　また、処理ガスの圧力と堆積物の剥離力との関係を調べるため、圧力を６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）、１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）、１９９５Ｐａ（１５Ｔｏｒｒ）として、サンプルの堆積物の除去を行った。この結果、高圧化することによって、堆積物の剥離力が増大することを確認できた。但し、この実験は、サイクル処理を行うことなく、連続的にガス処理を行ったため、パターンの構造物であるゲート酸化膜が削られてダメージが発生した。
　さらに、温度と堆積物の剥離力との関係を調べるため、温度を１０℃、３０℃、５０℃として、サンプルの堆積物の除去を行った。この結果、低温化することによって、堆積物の剥離力が増大することを確認できた。但し、この実験は、サイクル処理を行うことなく、連続的にガス処理を行ったため、パターンの構造物であるゲート酸化膜が削られてダメージが発生した。
　上記の結果から、縦軸を圧力、横軸をメタノールガス流量とした図９のグラフに示すように、各処理温度毎に、堆積物の除去が進行する領域と堆積物の除去が進行しない領域とを仕切る境界線を求めることができる。そして、この境界線を跨ぐように処理条件（全圧又はメタノールガス流量又はこれら双方）を変更すれば、サイクル処理における堆積物の除去が行われる第１の期間と、堆積物の除去が行われない第２の期間とを設定することができる。
　次に、堆積物除去処理における処理の面内均一性を調べた結果について説明する。実施例２としてラインアンドスペースのパターンが形成され各ライン間のスペースに堆積物が堆積した半導体ウエハＷについて、上述した堆積物除去処理を、図３（ａ）に示したガス拡散板２０６を有するガス処理装置２００を用いて行い、ライン間のスペースの深さを測定した。深さを測定は、半導体ウエハＷの中央部、中間部、エッヂから３０ｍｍの位置、エッヂから４ｍｍの位置で行った。この結果、
中央部＝１０７．２ｎｍ
中間部＝７５．４ｎｍ
エッヂから３０ｍｍの位置＝７４．１ｎｍ
エッヂから４ｍｍの位置＝７５．４ｎｍ
となり、中央部とエッヂから４ｍｍの位置との深さの差は、３１．８ｎｍとなった。
　一方、比較例２として、ラインアンドスペースのパターンが形成され各ライン間のスペースに堆積物が堆積した半導体ウエハＷについて、上述した堆積物除去処理を、図３（ｂ）に示したガス拡散板２１６を有するガス処理装置２００を用いて行い、ライン間のスペースの深さを測定した。なお、ガス拡散板２１６を用いた点以外は、実施例２と同一の条件で堆積物除去処理を行った。深さを測定は、半導体ウエハＷの中央部、中間部、エッヂから３０ｍｍの位置、エッヂから４ｍｍの位置で行った。この結果、
中央部＝１１１．１ｎｍ
中間部＝７１．４ｎｍ
エッヂから３０ｍｍの位置＝６７．５ｎｍ
エッヂから４ｍｍの位置＝６６．２ｎｍ
となり、中央部とエッヂから４ｍｍの位置との深さの差は、４４．９ｎｍとなった。
　上記の結果から明らかなように、実施例２では、比較例２に比べて、堆積物除去処理の面内均一性が上昇していることが分かった。
　以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは勿論である。例えば、上記実施形態及び実施例では、アルコールガスとしてメタノールガスを使用した場合について説明したが、他のアルコールガス、例えばエタノールガスやイソプロピルアルコールガス等を使用してもよい。
　本発明は、半導体装置の製造分野等で使用することができる。したがって、産業上の利用可能性を有する。
　Ｗ……半導体ウエハ、１００……プラズマ処理装置、１０１……処理チャンバー、１０２……ステージ、１０３……窓、１０４……ＲＦコイル、１０５……ガス導入部、１０６……ガス拡散板、１０７……排気管、２００……ガス処理装置、２０１……処理チャンバー、２０２……ステージ、２０３……ガス導入部、２０４……開口部、２０５……透孔、２０６……ガス拡散板、２０７……排気管。

Claims (8)

  1. 　基板上にエッチングによって形成されたパターンの表面に堆積した堆積物を除去する堆積物除去方法であって、
    　前記基板を加熱しながら酸素プラズマに晒す酸素プラズマ処理工程と、
    　前記酸素プラズマ処理工程の後、前記基板を、処理チャンバー内でフッ化水素ガスとアルコールガスの混合ガスの雰囲気に晒し、かつ、前記混合ガスの全圧またはアルコールガスの分圧を第１の全圧またはアルコールガスの分圧とする第１の期間と、処理チャンバー内を排気し前記混合ガスの全圧またはアルコールガスの分圧を第１の全圧またはアルコールガスの分圧より低い第２の全圧またはアルコールガスの分圧とする第２の期間とを、複数サイクル繰り返すサイクル処理工程と、
    を具備し、
    　前記サイクル処理工程では、前記基板に対向する領域から前記混合ガスを前記基板に供給し、かつ、前記基板の中央部を含み前記基板の直径より小さな直径を有する円形の第１領域と、前記第１領域の外側の環状の第２領域とからの前記混合ガスの単位面積当たりの供給量を、前記第２領域より前記第１領域の方を多くする
    ことを特徴とする堆積物除去方法。
  2. 　請求項１記載の堆積物除去方法であって、
    　前記第１領域の直径が前記基板の直径の８５％以下である
    ことを特徴とする堆積物除去方法。
  3. 　請求項１又は２記載の堆積物除去方法であって、
    　前記第１の分圧が、前記混合ガスの作用によって前記堆積物を除去可能な分圧である
    　ことを特徴とする堆積物除去方法。
  4. 　請求項１～３いずれか１項記載の堆積物除去方法であって、
    　前記第１の期間及び前記第２の期間が、５秒乃至２０秒の期間である
    ことを特徴とする堆積物除去方法。
  5. 　請求項１～４いずれか１項記載の堆積物除去方法であって、
    　前記堆積物が、シリコン酸化物を含む
    　ことを特徴とする堆積物除去方法。
  6. 　請求項は１～５いずれか１項記載の堆積物除去方法であって、
    　前記パターンが、構造物として二酸化ケイ素を含む
    ことを特徴とする堆積物除去方法。
  7. 　請求項１～６いずれか１項記載の堆積物除去方法であって、
    　前記アルコールガスが、メタノールガスである
    ことを特徴とする堆積物除去方法。
  8. 　基板を、処理チャンバー内でフッ化水素ガスとアルコールガスの混合ガスの雰囲気に晒し、かつ、前記混合ガスの全圧またはアルコールガスの分圧を第１の全圧またはアルコールガスの分圧とする第１の期間と、処理チャンバー内を排気し前記混合ガスの全圧またはアルコールガスの分圧を第１の全圧またはアルコールガスの分圧より低い第２の全圧またはアルコールガスの分圧とする第２の期間とを、複数サイクル繰り返すサイクル処理工程を実施し、前記基板上にエッチングによって形成されたパターンの表面に堆積した堆積物を除去するガス処理装置であって、
    　前記基板に対向する領域から前記混合ガスを前記基板に供給し、かつ、前記基板の中央部を含み前記基板の直径より小さな直径を有する円形の第１領域と、前記第１領域の外側の環状の第２領域とからの前記混合ガスの単位面積当たりの供給量が、前記第２領域より前記第１領域の方が多くなるように供給することを特徴とするガス処理装置。
PCT/JP2013/002509 2012-04-18 2013-04-12 堆積物除去方法及びガス処理装置 WO2013157235A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020147034719A KR102108111B1 (ko) 2012-04-18 2013-04-12 퇴적물 제거 방법 및 가스 처리 장치
US14/488,575 US20150064925A1 (en) 2012-04-18 2014-09-17 Deposit removing method and gas processing apparatus

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012-094439 2012-04-18
JP2012094439A JP6017170B2 (ja) 2012-04-18 2012-04-18 堆積物除去方法及びガス処理装置
US201261637385P 2012-04-24 2012-04-24
US61/637,385 2012-04-24

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/488,575 Continuation US20150064925A1 (en) 2012-04-18 2014-09-17 Deposit removing method and gas processing apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013157235A1 true WO2013157235A1 (ja) 2013-10-24

Family

ID=49383207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2013/002509 WO2013157235A1 (ja) 2012-04-18 2013-04-12 堆積物除去方法及びガス処理装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150064925A1 (ja)
EP (1) EP2819150B1 (ja)
JP (1) JP6017170B2 (ja)
KR (1) KR102108111B1 (ja)
CN (1) CN104505333B (ja)
WO (1) WO2013157235A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016025195A (ja) * 2014-07-18 2016-02-08 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP6499001B2 (ja) 2015-04-20 2019-04-10 東京エレクトロン株式会社 多孔質膜をエッチングする方法
DE102016100625A1 (de) 2016-01-15 2017-07-20 Aixtron Se Vorrichtung zum Bereitstellen eines Prozessgases in einer Beschichtungseinrichtung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07263416A (ja) 1994-03-18 1995-10-13 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法と製造装置
JPH10512100A (ja) * 1994-12-21 1998-11-17 エフエスアイ インターナショナル 表面を調整するための処理装置及びその方法
JP2000514606A (ja) * 1996-10-31 2000-10-31 エフエスアイ インターナショナル インコーポレイテッド 酸化膜ドライエッチングのためのｕｖ／ハロゲン処理
JP2002033313A (ja) * 2000-05-31 2002-01-31 Internatl Business Mach Corp <Ibm> ディープ・トレンチ・シリコン・エッチングの反応性イオン・エッチング・ラグを低減する方法
JP2008117867A (ja) * 2006-11-01 2008-05-22 Tokyo Electron Ltd 基板処理方法及び基板処理システム

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11279778A (ja) * 1998-03-30 1999-10-12 Seiko Epson Corp エッチング装置及び半導体装置の製造方法
JP2000357680A (ja) * 1999-06-15 2000-12-26 Nec Kyushu Ltd シリコン系プラズマエッチングに於ける酸素プラズマ照射によるアウトガス防止方法
JP2002353205A (ja) * 2000-08-28 2002-12-06 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法およびそれに用いられるウェハ処理装置並びに半導体装置
US6333272B1 (en) * 2000-10-06 2001-12-25 Lam Research Corporation Gas distribution apparatus for semiconductor processing
US6846746B2 (en) * 2002-05-01 2005-01-25 Applied Materials, Inc. Method of smoothing a trench sidewall after a deep trench silicon etch process
TW587139B (en) * 2002-10-18 2004-05-11 Winbond Electronics Corp Gas distribution system and method for the plasma gas in the chamber
US6936193B2 (en) * 2003-04-14 2005-08-30 Research Frontiers Incorporated Suspended particle device light valve film
KR100526928B1 (ko) * 2003-07-16 2005-11-09 삼성전자주식회사 식각장치
JP2006156122A (ja) * 2004-11-29 2006-06-15 Sekisui Chem Co Ltd プラズマ処理装置
WO2008088300A2 (en) * 2005-03-08 2008-07-24 Primaxx, Inc. Selective etching of oxides from substrates
GB0615343D0 (en) * 2006-08-02 2006-09-13 Point 35 Microstructures Ltd Improved etch process
JP4661753B2 (ja) * 2006-09-29 2011-03-30 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法、洗浄方法及び記憶媒体
CN100527361C (zh) * 2006-12-06 2009-08-12 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 气体分布装置
JP2008186865A (ja) * 2007-01-26 2008-08-14 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置
US7988813B2 (en) * 2007-03-12 2011-08-02 Tokyo Electron Limited Dynamic control of process chemistry for improved within-substrate process uniformity
US20100025370A1 (en) * 2008-08-04 2010-02-04 Applied Materials, Inc. Reactive gas distributor, reactive gas treatment system, and reactive gas treatment method
JP5823160B2 (ja) * 2011-05-11 2015-11-25 東京エレクトロン株式会社 堆積物除去方法
JP5859262B2 (ja) * 2011-09-29 2016-02-10 東京エレクトロン株式会社 堆積物除去方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07263416A (ja) 1994-03-18 1995-10-13 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法と製造装置
JPH10512100A (ja) * 1994-12-21 1998-11-17 エフエスアイ インターナショナル 表面を調整するための処理装置及びその方法
JP2000514606A (ja) * 1996-10-31 2000-10-31 エフエスアイ インターナショナル インコーポレイテッド 酸化膜ドライエッチングのためのｕｖ／ハロゲン処理
JP2002033313A (ja) * 2000-05-31 2002-01-31 Internatl Business Mach Corp <Ibm> ディープ・トレンチ・シリコン・エッチングの反応性イオン・エッチング・ラグを低減する方法
JP2008117867A (ja) * 2006-11-01 2008-05-22 Tokyo Electron Ltd 基板処理方法及び基板処理システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN104505333B (zh) 2017-05-10
JP2013222875A (ja) 2013-10-28
US20150064925A1 (en) 2015-03-05
EP2819150B1 (en) 2017-09-27
JP6017170B2 (ja) 2016-10-26
CN104505333A (zh) 2015-04-08
KR102108111B1 (ko) 2020-05-08
EP2819150A3 (en) 2015-03-18
KR20150010779A (ko) 2015-01-28
EP2819150A2 (en) 2014-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5823160B2 (ja) 堆積物除去方法
JP5859262B2 (ja) 堆積物除去方法
JP6373150B2 (ja) 基板処理システム及び基板処理方法
US11183393B2 (en) Atomic layer etching using acid halide
JP7208318B2 (ja) 処理装置
JP7401593B2 (ja) 空隙を形成するためのシステム及び方法
US9216609B2 (en) Radical etching apparatus and method
WO2011162136A1 (en) Film formation method, semiconductor-device fabrication method, insulating film and semiconductor device
JP6017170B2 (ja) 堆積物除去方法及びガス処理装置
US20040222190A1 (en) Plasma processing method
JPWO2012060423A1 (ja) ラジカルクリーニング装置及び方法
KR20230011032A (ko) 기판처리장치 클리닝방법 및 이를 포함하는 기판처리방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13778233

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE