JPS6276632A

JPS6276632A - 表面処理装置

Info

Publication number: JPS6276632A
Application number: JP21653585A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sekine; 誠関根; Haruo Okano; 晴雄岡野; Yasuhiro Horiike; 靖浩堀池
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1987-04-08

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、半導体装置の表面処理を行う表面処理装置に
係わり、特、に光励起を利用した表面処理装置に関する
。

（発明の技術的背景とその問題点〕近年、半導体集積回路の急速な発展に伴い、該回路を形
成していく前に半導体基板表面から有機不純物や重金属
類を除去する技術が重要となっている。つまり、現在多
くの半導体集積回路は、半導体表面の特性を利用し、そ
こへ特定の不純物を拡散或いは誘電体膜や導電性の薄膜
を局所的に形成していくことでトランジスタ、キャパシ
タを形成して電気回路を構成する。このため、該表面に
有機物或いは重金属の不純物が存在するまま回路を構成
すると、該回路の電気的特性は著しく不安定或いはバラ
ツキの大きいものとなり、数１００５個の素子のついて
等しい特性を持たせることを必要とする集積回路の製造
は不可能となる。例えば、重金腐は電気容量として働＜
５ｉ０２中に不純物単位を形成し、トランジスタのしき
い値或いはキャパシタの電荷の保持時間に大きな影響を
及ぼす。

現在、このような表面処理には、硫酸、塩酸。

過酸化水素の混合液或いは弗酸溶液等の危険な強酸が多
く用いられている。また、処理後の洗浄には大量の超純
水（微小な粒子、不純物、バクテリア等を除去した水）
が必要であり、さらに処理槽には高価な高純度石英が必
要である。また、廃液の処理にも大規模な装置を必要と
する。そのため、この前処理を真空或いは特定のガス雰
囲気中で行う試みが最近多く報告されている。しかし、
例えば高周波電力によるプラズマを用いる方法等は、荷
電粒子により半導体基板に結晶欠陥等のダメージを与え
ることもあり、有効な手段は未だ開発されていない。

一方、無ダメージの表面処理方法として最近、光励起反
応を利用したエツチング、薄膜形成技術等が提案されて
いる。しかし、これらの表面での化学反応を利用したエ
ツチング、堆積技術等は、被処理基体の表面状態に著し
く影響される。例えば、紫外光で励起した塩素原子を用
いてＳｉをエツチングする方法では、表面に自然酸化膜
（大気中にＳｉを放置した際に生じる数１０人の酸化、
１！！　）が存在するだけでエツチングが進まなくなる
。また、Ｗ　Ｆ　ｓガスを熱解離し選択的に８１表面に
Ｗ膜を形成する技術においても、自然酸化膜が存在する
と、選択堆積を行うことはできない。従って、現在の被
処理基体を処理した後に一度大気中に放置し、次の表面
処理を行う装置では、上述のような光励起プロセスに対
応することは不可能である。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところ（１、ガス雰囲気中で表面処理を行い、そ
の後被処理基体を大気に晒すことなく、連続して光励起
による表面処理を行うことができ、半導体集積回路の高
性能化を実現し得る表面処理装置を提供することにある
。

（発明のｉ要〕本発明の骨子は、荷電粒子の衝撃を伴わない反応により
被処理基体の表面の自然酸化膜や不純物等を除去する前
処理を行った後、この基体を大気に晒すことなく真空中
で他の反応容器に搬送し、特定の処理ガスを解離或いは
イオン化する光ビームを該ガス中に配置した被処理基体
或いはその表面付近に照射することで該ガスの活性種を
生成し、この活性種との反応によって該被処理基体に表
面処理を施すことにある。

即ち本発明は、被処理基体の表面処理を行う表面処理装
置において、荷電粒子の衝撃を伴わない手段により被処
理基体の表面に前処理を施す第１の容器と、この容器に
ゲートバルブを介して真空的に連結され、所定のガス雰
囲気中で光励起により上記被処理基体に表面処理を施す
第２の容器と、前記第１及び第２の容器間で前記被処理
基体を搬送する搬送機構とを設けるようにしたものであ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、強酸等の溶液を用いずに、ガス雰囲気
中で半導体基板表面の清浄化を行うことができる。従っ
て、将来のＶＬＳＩの非常に微細な溝の中等、溶液では
処理できない場合も十分対応できる。また、励起ビーム
のエネルギーをガスに合わせ適宜選択し、比較的低エネ
ルギーのガス励起エネルギー程度とすることで、プラズ
マ等を用いた場合に比べ、被処理基体への照射損傷を低
減することができる。

また、表面の不純物除去等の処理を施した後、真空中を
搬送し、連続して次の表面処理を行うため、始めの処理
後に被処理基体の汚染、自然酸化膜の形成を防ぐことが
できる。従って、次の処理において再現性のある高精度
、清浄な処理を行うことができ、半導体装置デバイスの
性能が向上される。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる表面処理装置を
示す概略構成図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ方向矢
視図である。図中１は前処理を行うための第１の反応容
器であり、この容器１内には被処理基体２を載置するサ
セプタ３が配置されている。サセプタ３は、図示しない
温度制御機構により、一定温度に保たれる。また、容器
１には、ガスを導入するためのガス導入口４及び容器１
内を排気するためのガス排気口５が設けられている。

ここで、容器１内に導入するガスとしては、Ｈ２等の還
元性のガス、０２等の酸化性のガス、さらにハロゲン元
素を含む反応性のガスを適宜選択すればよい。

容器１の右側には、スリット１３を通して真空的に連結
された真空容器６が配置されている。この容器６には、
電子銃９が収容されている。また、容器６内は専用の排
気装置に連結された排気ロアにより高真空に保たれるか
、或いはガス導入口８より不活性ガスが導入され、これ
により長時間安定した電子ビーム１０を生成できるよう
にした。

また、図中１１は電子ビームの電流を測定する吸収用金
焉板、１２はガス流量計、６７は直流或いは交流電源で
ある。

第１の反応容器１の左側には、表面処理を行うための第
２の反応容器１６がゲートバルブ１５を介して連結され
ている。第２の反応容器１６の上部には、光導入窓２０
が設けられており、例えばｘｅｃｘｘキシマレーザ（波
長３０８ｎｍ）２２からの光２３が被処理基体１９に照
射される。第２の反応容器１６は排気口１７を通して高
真空に排気された後、流量コントローラ２１を通してガ
スが導入される。サセプタ１８には、図示はしないが加
熱或いは冷却手段が設けられており、適宜基板の温度を
制御するものとなっている゛。また、図中２４はウェハ
の搬送機構であり、真空シール２５によってチャンバの
外側より駆動している。

第１の反応容器１の右側には、大気中から被処理基体２
７を導入する真空容器２６が配置されている。この真空
容器２６の上部壁３０は被処理基体２７を導入するため
に取り外しが可能な構造となっている。また、３１はウ
ェハ搬送機構であり、排気口２９より真空排気した後、
ゲート１＜）レブ３３を開けて第１の反応容器１へ導入
する。また、図示していない被処理基体を大気中に出す
ための真空容器が第２の反応容器１６の側面に配置され
ている。その構成は、ウェハ導入用の真空容器２６と全
く同様である。

次に、上記装置を用いた光励起エツチングの例について
説明する。

まず、ウェハを本装置に導入し、第１の反応容器１内に
配置した後、第１の反応容器１内にＣＦ４ガスを導入し
、排気口５のバルブを調面し、容器１内を０．１　［ｔ
ｏｒｒ］に保つ。その後、ウェハの上方に平行に電子ビ
ーム１０を通過させ、ＣＦ４ガスを解離し、ウェハ表面
の自然酸化膜を除去する。

第３図にウェハ表面付近の様子を示した。第３図（ａ）
に示す如くＳｉウェハ３７表面にはエツチングマスクと
なる厚さ３０００　［大コの５ｉ０２膜３６と自然酸化
膜３８が形成されている。３５は導入されたＣＦ４ガス
、３４は電子ビームである。ここで、電子ビームの加速
エネルギーはＣＦ４の解離エネルギー以上に設定すれば
よいが、ウェハ上方をウェハ全面に亙って進行させるた
めには数［ＫｅＶ］の加速が必要である。また、この時
、基板３７に第２図に示した電源６７で、例えば直流電
圧を印加することにより、気相中で生成されたＣＦ、３
＋イオン等を基板側へ引込み、処理の高速化が行なえる
。

上記の処理の後、反応容器１は再び真空排気され、ウェ
ハは搬送！ｆｉｌ１２４によりゲートバルブ１５を通し
て第２の反応容器１６に導入される。

ここでは、例えばエツチングガスとしてＣＱ２が導入さ
れ、圧力は１００［ｔｏｒｒ］に保たれる。光源のＸｅ
（ｌエキシマレーザからの光は波長３０８　［ｎｍコで
あり、ＣＱ２を効率良く光解離する。さらに、照射光が
エツチングを促進し、第３図（ｂ）に示す如＜Ｓｉの溝
４１が形成される。

ここで、溝４１の側壁が傾斜しているのは、３ｉ（１０
０）基板３７を光でエツチングした場合に、エツチング
され難い（１１１）面が現れるためでぁる。このエツチ
ングにおいては、３ｉと８１０２のエツチング速度の比
は略無限大であり、ＳｉＯ２をエツチングすることはで
きない。従ッて、僅かな自然酸化膜でも除去しておかな
いと、エツチングは進行しない。

このように本実施例によれば、前処理を溶液を用いずに
行うことができ、さらに前処理後に再び自然酸化膜の生
じることがないので、再現性の良いエツチングが可能と
なった。エツチング終了後のウェハはウェハ取出し用の
真空容器を通って大気中に出される。この手順を１ウエ
ハづづ繰返しエツチングを進めていくこととなる。

また、第３図（Ｃ）は同図（ａ）の処理後にＷの選択堆
積を行った例であり、基板を昇温し、Ｗ　Ｆ　５ガスを
導入した場合である。Ｓｌの露出した部分５９に選択的
にｗ　６０が成長し、５ｉＯｚ３６上にはＷは成長しな
い。この例においても、僅かな自然酸化膜はＷ成長の障
壁となり、本実施例によって常に再現性のあるプロセス
が可能となる。さらに、ＳｌとＷとの接合部における接
触抵抗も安定する。

なお、この実施例は種々の変形が可能である。

例えば、第１の反応容器１にＨ２を導入しても同様にＳ
ｉＯ２を除去することができる。また、ｏ２或いは酸化
性のＣＯ等を導入することによって表面に付着した有橢
物或いは重金属類を、酸化物或いは金属カルボニルとす
ることで除去することができる。このような不純物の場
合、半導体基板の表面層まで入り込んでいる場合が多く
、上述のガスの他に半導体基板をエツチングするガス〈
例えばＦ２　、ＣＦ４　）等を共に導入するようにして
もよい。また、第２の反応容器１６では、導入するガス
に合わせてそのガスを解離するように照射光の波長が選
−択される。また、エツチングに限らず、ＳｉＨ＋を導
入し光ＣＶＤ法によってａ−８ｉ膜の堆積或いはＳｌの
エピタキシャル成長。

酸化の前処理等に用いφことも容易である。いずれの場
合も、事前に第１の反応容器１内で用途に合わせた前処
理を行い、大気中に晒すことなくすぐさま上述のプロセ
スを開始することで、得られた膜等の質は大幅に向上す
る・第４図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図である
。この実施例は、第１の真空容器内１で電子ビームと光
とを同時に用いた例である。電子ビーム１０はシート状
にして被処理基体３の上方を通過させ、一方例えば紫外
光４３を被処理基体３の全面に垂直に照射して反応を促
進する。

第５図は本発明の第３の実施例の要部構成を示す概略構
成図である。この実施例は、第１の真空容器１の上部に
電子光学系４４を設け、所望の回路パターンに沿って電
子ビーム４８を照射しながらその部分のみ自然酸化膜の
除去を行うものである。この場合には、光導入！２０を
通して紫外光４７を導入し、或いはシート状の電子ビー
ムを用いて気相中でのガス励起を補うとよい。ここで、
４５はウェハ走査別構を示している。

第６図は本発明の第４の実施例の要部構成を示す概略構
成図である。この実施例は、第２の反応容器を石英製に
して比較的高温の処理を可能とした例である。ここで、
図中４９は石英チューブ、５０は加熱用のヒータ、５１
はウェハ、５２は石英製のサセプタである。ガスは導入
口５３より導入され、排気口５４から排気される。５５
はゲートバルブ、５６は第１の搬送機構である。他の真
空容器がＳＵＳ製のため、５Ｂで石英とＳＵＳのシール
を行っている。この装置では、熱ＣＶＤ法や不純物拡散
等、高温を用いるため金属性の真空容器では汚染が心配
される場合にも利用できる。

第７図は本発明の第５の実施例の要部構成を示す模式図
である。この実施例は、第１図の第２の反応容器１６に
おいて、中に配置したウェハ上にパターンを投影し表面
処理を選択的に行うようにした例である。水銀ランプ６
１の光は、反射鏡６２からレンズ６３を通り、石英板６
４上に形成されたパターン６５に照射される。光の通過
部分を通過した光はレンズ６６、窓６７を通してウェハ
２上に照射される。この方式により光照射部分のみ選択
的にエツチング、堆積等を行っていくことができる。例
えば、ガスとしてトリメチルアルミニウムを導入するこ
とにより、ＡＱのパターンを形成できる。また、エツチ
ングガスを導入すれば、光照射部分のみ選択堆積が可能
となる。この方式においても、この第２の反応容器１６
へ試料を導入する前に第１の反応容器１において次のプ
ロセスに対応させた前処理（酸化膜除去１表面の有機物
除去）を行うことで、再現性良く良好に達成されるわけ
である。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。前記基板材料は、Ｓｌに限らずゲルマニウムやＩ
ｎＰ、ＧａＡＳ等の複合材料、窒化膜、酸化膜等の誘電
体膜、チタン、タングステン、アルミニウム、モリブデ
ン等の金属膜、それらのシリサイド膜等、半導体デバイ
スに用いられるあらゆる材料を用いることができ、され
らの表面清浄化とその後の処理に応用することができる
。

また、電子ビームのエネルギーを下げること或いはウェ
ハには直接に照射せずに平行に上方を通過させることで
、プラズマを用いた方法に比べ、照射損傷を低減でき、
下層にデバイスが既に作成されているウェハの上層の処
理にも利用することができる。

また、本発明では、処理債の被処理基体は大気に晒され
ることなく、次の工程の反応容器に移されるため、清浄
なドライプロセスであり、将来のさらに微細化、薄膜化
の進む半導体デバイスの製造に適するのは勿論のこと、
年々進む製造工程の自動化にも容易に対応できる方法で
あり、自動化の一つのネックである液体を用いた前処理
技術に代わるものである。また、本発明は、さらに第３
゜第４と反応容器を接続してゆき、ＬＳＩの全ての工程
を次々とウェハ１枚づづ進めていくことを可能とするも
のであり、大きな発展性を与えるものである。

上述の実施例で、は励起ビームとして電子ビーム。

光ビームを用いた例を示したが、本発明においてはこれ
らを適宜イオンビーム、中性の原子或いは分子ビーム等
に置換え工使用することが可能である。例えば、前記第
５図に示した電子光学系と略同様な構成のイオンビーム
光学系を用いて被処理基体表面に選択的にイオンビーム
照射することで、部分的に表面層の改質或いは除去を行
い、選択エツチング堆積を特徴とする特に、イオンビー
ムを用いた場合は、物理的なスパッタ作用を利用でき、
励起種との化学反応では除去し難い物質等には極めて有
効である。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はそれぞれ本発明の第１の実施例を説
明するためのもので第１図は全体構成を示す概略構成図
、第２図は第１図のＡ−Ａ方向矢視図、第３図は作用を
説明するための工程断面図、第４図は本発明の第２の実
施例の要部構成を示す模式図、第５図は本発明の第３の
実施例の要部構成を示す概略構成図、第６図は本発明の
第４の実施例の要部構成を示す概略構成図、第７図は本
発明の第５の実施例の要部構成を示す模式図である。１・・・第１の反応容器、１６・・・第２の反応容器、
２．１９，２７．５１・・・被処理基体くウェハ）、１
０．３４．４８・・・電子ビーム、３．１８．２８゜５
２・・・サセプタ、１５．３３．５５・・・ゲートバル
ブ、２３．３９．４３．４７・・・光、２４．３１゜４
５．５６・・・ウェハ搬送機構、３７・・・３ｉウエハ
、３６・・・５ｉＯｚマスク、４１・・・エツチング溝
。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ↓ 第５図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）荷電粒子の衝撃を伴わない手段により被処理基体
の表面に前処理を施す第１の容器と、この容器に真空的
に連通可能に連結され、所定のガス雰囲気中で光励起に
より上記被処理基体に表面処理を施す第２の容器と、前
記第１及び第２の容器間で前記被処理基体を搬送する搬
送機構とを具備してなることを特徴とする表面処理装置
。
（２）前記第２の容器には、前記被処理基体の表面に対
して垂直或いは平行に光を照射する機構が設けられてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面処
理装置。
（３）前記光は、前記被処理基体上で走査或いは被処理
基体全面に照射されるものであることを特徴とする特許
請求の範囲第２項の表面処理装置。
（４）前記第１の容器は前記被処理基体表面の自然酸化
膜を除去するものであり、前記第２の容器は前記被処理
基体表面上をエッチング若しくは該表面上に薄膜を形成
するものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の表面処理装置。