(57)【要約】【課題】パターン底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を除去する際にＣＤロスを抑制する。【解決手段】所定パターンが形成された絶縁膜を有し、パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法は、パターンの底部に形成されたシリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、異方性プラズマエッチング後のシリコン含有酸化膜の残部を、ケミカルエッチングにより除去する工程と、ケミカルエッチング後に残存する残渣を除去する工程とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、
前記異方性プラズマエッチング後の前記シリコン含有酸化膜の残部を、ケミカルエッチングにより除去する工程と、
前記ケミカルエッチング後に残存する残渣を除去する工程と
を有することを特徴とする酸化膜除去方法。
【請求項２】
前記パターンの底部の前記シリコン含有酸化膜は、前記パターンの底部の前記シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載の酸化膜除去方法。
【請求項３】
前記被処理基板は、フィンＦＥＴを形成するためのものであり、シリコンフィンと、該シリコンフィンの先端部分に形成されたＳｉまたはＳｉＧｅからなるエピタキシャル成長部を有しており、前記エピタキシャル成長部が前記シリコン部分を構成することを特徴とする請求項２に記載の酸化膜除去方法。
【請求項４】
前記残渣を除去する工程は、Ｈ２含有ガスのプラズマによるＨ２含有プラズマ処理により行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項５】
前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程をさらに有し、前記残渣を除去する工程は、前記ケミカルエッチングにより生じた反応生成物を除去することを特徴とする請求項１から請求項４に記載の酸化膜除去方法。
【請求項６】
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｈ２含有ガスのプラズマによるＨ２含有プラズマ処理を含むことを特徴とする請求項５に記載の酸化膜除去方法。
【請求項７】
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、前記被処理基板にＯ２含有ガスを供給した後、前記Ｈ２含有プラズマ処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の酸化膜除去方法。
【請求項８】
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｈ２ガスおよびＮ２ガスのプラズマによるＨ２／Ｎ２プラズマ処理により行うことを特徴とする請求項６に記載の酸化膜除去方法。
【請求項９】
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｈ２ガスおよびＮＨ３ガスのプラズマによるＨ２／ＮＨ３プラズマ処理により行うことを特徴とする請求項６に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１０】
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｏ２ガスプラズマ処理により行うことを特徴とする請求項５に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１１】
前記異方性エッチングは、フッ化炭素系ガスまたはフッ素化炭化水素系ガスのプラズマにより行うことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１２】
前記異方性エッチングは、圧力を０．１Ｔｏｒｒ以下にして行われることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１３】
前記ケミカルエッチングは、ＮＨ３ガスおよびＨＦガスを用いたガス処理により行うことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１４】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２膜を含むことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１５】
前記各工程を、１０〜１５０℃の範囲内の同一温度で行うことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１６】
前記各工程を、２０〜６０℃の範囲内の同一温度で行うことを特徴とする請求項１５に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１７】
前記各工程を、一つの処理容器内で連続して行うことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項１８】
所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、
前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程と
を有し、
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、前記被処理基板にＯ２含有ガスを供給した後、Ｈ２含有ガスのプラズマによるＨ２含有プラズマ処理を行うことを特徴とする酸化膜除去方法。
【請求項１９】
前記Ｏ２含有ガスの供給は、流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、時間を０．１〜１２０ｓｅｃにして行うことを特徴とする請求項１８に記載の酸化膜除去方法。
【請求項２０】
前記Ｏ２含有ガスの供給は、流量を１００〜１０００ｓｃｃｍ、時間を１〜１０ｓｅｃにして行うことを特徴とする請求項１９に記載の酸化膜除去方法。
【請求項２１】
前記Ｈ２含有プラズマ処理は、圧力を０．０２〜０．５Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１０〜１０００Ｗ、時間を１〜１２０ｓｅｃにして行うことを特徴とする請求項１８から請求項２０のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項２２】
前記Ｈ２含有プラズマ処理は、圧力を０．０５〜０．３Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１００〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１００〜５００Ｗ、時間を５〜９０ｓｅｃにして行うことを特徴とする請求項２１に記載の酸化膜除去方法。
【請求項２３】
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、前記被処理基板へのＯ２含有ガスの供給と、前記Ｈ２含有ガスのプラズマによるＨ２含有プラズマ処理とを複数回行うことを特徴とする請求項１８から請求項２２のいずれか１項に記載の酸化膜除去方法。
【請求項２４】
所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、
前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程と
を有し、
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｈ２ガスおよびＮ２ガスのプラズマによるＨ２／Ｎ２プラズマ処理により行うことを特徴とする酸化膜除去方法。
【請求項２５】
前記Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理は、圧力を０．０２〜０．５Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量を５〜５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１０〜１０００Ｗ、時間を１〜１２０ｓｅｃにして行うことを特徴とする請求項２４に記載の酸化膜除去方法。
【請求項２６】
前記Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理は、圧力を０．０５〜０．３Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１００〜１０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量を１０〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１００〜５００Ｗ、時間を１０〜９０ｓｅｃにして行うことを特徴とする請求項２５に記載の酸化膜除去方法。
【請求項２７】
所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、
前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、
前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程と
を有し、
前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｈ２ガスおよびＮＨ３ガスのプラズマによるＨ２／ＮＨ３プラズマ処理により行うことを特徴とする酸化膜除去方法。
【請求項２８】
前記Ｈ２／ＮＨ３プラズマ処理は、圧力を０．１〜１．０Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量を１〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１０〜１０００Ｗ、時間を１〜１５０ｓｅｃにして行うことを特徴とする請求項２７に記載の酸化膜除去方法。
【請求項２９】
前記Ｈ２／ＮＨ３プラズマ処理は、圧力を０．３〜０．７Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１００〜７００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量を５〜５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを５０〜５００Ｗ、時間を１０〜１２０ｓｅｃにして行うことを特徴とする請求項２８に記載の酸化膜除去方法。
【請求項３０】
前記Ｈ２／ＮＨ３プラズマ処理のＨ２ガス＋ＮＨ３ガスに対するＮＨ３ガスの流量比は、０．１〜２５％の範囲であることを特徴とする請求項２７から請求項２９に記載の酸化膜除去方法。
【請求項３１】
所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去装置であって、
前記被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理容器内を排気する排気機構と、
前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記処理ガス供給機構、前記排気機構、および前記プラズマ生成機構を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、請求項１から請求項３０のいずれかの酸化膜除去方法が行われるように、前記処理ガス供給機構、前記排気機構、および前記プラズマ生成機構を制御することを特徴とする酸化膜除去装置。
【請求項３２】
所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、請求項１から請求項３０のいずれかの方法により前記シリコン含有酸化膜を除去する工程と、
前記シリコン含有酸化膜を除去後に金属膜を成膜する工程と、
前記シリコン部分と前記金属膜とを反応させて、前記パターンの底部にコンタクトを形成する工程と
を有することを特徴とするコンタクト形成方法。
【請求項３３】
前記金属膜を形成する工程は、ＣＶＤまたはＡＬＤにより行うことを特徴とする請求項３２に記載のコンタクト形成方法。
【請求項３４】
所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去し、前記シリコン部分にコンタクトを形成するコンタクト形成システムであって、
前記被処理基板の前記シリコン含有酸化膜を除去する請求項３１に記載の酸化膜除去装置と、
前記シリコン含有酸化膜を除去後に金属膜を成膜する金属膜成膜装置と、
前記酸化膜除去装置と前記金属膜成膜装置とが接続される真空搬送室と、
前記真空搬送室内に設けられた搬送機構と
を有することを特徴とするコンタクト形成システム。
【請求項３５】
前記金属膜成膜装置は、ＣＶＤまたはＡＬＤにより金属膜を成膜することを特徴とする請求項３４に記載のコンタクト形成システム。
【請求項３６】
コンピュータ上で動作し、酸化膜除去装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項３０のいずれかの酸化膜除去方法が行われるように、コンピュータに前記酸化膜除去装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
【請求項３７】
コンピュータ上で動作し、コンタクト形成システムを制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項３２または請求項３３のコンタクト形成方法が行われるように、コンピュータに前記コンタクト形成システムを制御させることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化膜除去方法および除去装置、ならびにコンタクト形成方法およびコンタクト形成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンタクトホールやトレンチ等のパターンの底のシリコンの表面にシリサイドからなるコンタクトを形成する場合、シリコン表面に形成された自然酸化膜を除去する必要があるが、パターン底部の自然酸化膜を除去する技術としてイオン性エッチングによる異方性エッチングが知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
一方、例えば、三次元デバイスであるフィン型チャネル電界効果トランジスタ（フィンＦＥＴ）においては、絶縁膜（ＳｉＯ２膜およびＳｉＮ膜）に形成された微細トレンチの底部に、複数のＳｉフィンを有するフィン型チャネルが形成され、そのソースおよびドレイン部分にコンタクトメタルとして例えばＴｉ膜が成膜され、コンタクトが形成される。フィン型チャネルのソースおよびドレイン部分はＳｉフィンにＳｉまたはＳｉＧｅをエピタキシャル成長させることにより形成されており、コンタクト性能を良好にする観点から、コンタクトメタルを成膜する前に、ソースおよびドレイン部分の表面に形成された自然酸化膜（ＳｉＯ２膜）を除去する工程が行われる。
【０００４】
このようなフィンＦＥＴのソースおよびドレインの自然酸化膜を除去する技術としても、上述のイオン性エッチングによる異方性エッチングが用いられている。
【０００５】
また、フィンＦＥＴのソースおよびドレイン部分は構造が複雑であるため、イオンが届きにくい部分の自然酸化膜も除去可能な処理として、ＣＯＲ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ）処理が検討されている。ＣＯＲ処理は、ＨＦガスおよびＮＨ３ガスを用いてプラズマレスのドライエッチングにより酸化膜を除去する処理であり、例えば特許文献２等に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２４１０８号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０４９５１０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＣＯＲ処理は等方的な処理であるため、トレンチ底部の自然酸化膜の除去にＣＯＲ処理を用いると、トレンチ側壁の絶縁膜もエッチングされてしまい、ＣＤロスが生じる。近時、デバイスの微細化が進み、トレンチとトレンチとの間の絶縁膜の幅が１０ｎｍよりも小さいことが要求されつつあり、トレンチ側壁の絶縁膜がエッチングされてＣＤロスが生じると、リークの問題が生じる可能性がある。このため、ＣＤロスを極力抑制する必要がある。また、デバイスの微細化がさらに進むと、イオン性エッチングによる異方性エッチングを用いた場合でさえもＣＤロスの影響が無視できなくなる。
【０００８】
したがって、本発明は、トレンチのようなパターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を除去する際に、ＣＤロスを抑制することができる技術、およびそのような技術を用いて酸化膜を除去したパターンの底部にコンタクトを形成する技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、前記異方性プラズマエッチング後の前記シリコン含有酸化膜の残部を、ケミカルエッチングにより除去する工程と、前記ケミカルエッチング後に残存する残渣を除去する工程とを有することを特徴とする酸化膜除去方法を提供する。
【００１０】
上記第１の観点の酸化膜除去方法において、前記パターンの底部の前記シリコン含有酸化膜は、前記パターンの底部の前記シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜であってよい。
【００１１】
また、前記被処理基板は、フィンＦＥＴを形成するためのものであり、シリコンフィンと、該シリコンフィンの先端部分に形成されたＳｉまたはＳｉＧｅからなるエピタキシャル成長部を有しており、前記エピタキシャル成長部が前記シリコン部分を構成するものであってよい。
【００１２】
前記残渣を除去する工程は、Ｈ２含有ガスのプラズマによるＨ２含有プラズマ処理により行うことができる。
【００１３】
前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程をさらに有し、前記残渣を除去する工程は、前記ケミカルエッチングにより生じた反応生成物を除去するものとすることができる。
【００１４】
この場合に、前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｈ２含有ガスのプラズマによるＨ２含有プラズマ処理を含むものとすることができる。この場合に、前記カーボン系保護膜を除去する工程は、前記被処理基板にＯ２含有ガスを供給した後、前記Ｈ２含有プラズマ処理を行うもの、または、Ｈ２ガスおよびＮ２ガスのプラズマによるＨ２／Ｎ２プラズマ処理により行うもの、Ｈ２ガスおよびＮＨ３ガスのプラズマによるＨ２／ＮＨ３プラズマ処理により行うものとすることができる。また、前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｏ２ガスプラズマ処理により行うものとすることができる。
【００１５】
前記異方性エッチングは、フッ化炭素系ガスまたはフッ素化炭化水素系ガスのプラズマにより行うことが好ましい。前記異方性エッチングは、圧力を０．１Ｔｏｒｒ以下にして行われることが好ましい。前記ケミカルエッチングは、ＮＨ３ガスおよびＨＦガスを用いたガス処理により行うことが好ましい。
【００１６】
前記絶縁膜は、ＳｉＯ２膜を含むものであってよい。また、前記各工程を、１０〜１５０℃の範囲内の同一温度で行うことが好ましく、２０〜６０℃の範囲内の同一温度で行うことがより好ましい。また、前記各工程を、一つの処理容器内で連続して行うことが好ましい。
【００１７】
本発明の第２の観点は、所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程とを有し、前記カーボン系保護膜を除去する工程は、前記被処理基板にＯ２含有ガスを供給した後、Ｈ２含有ガスのプラズマによるＨ２含有プラズマ処理を行うことを特徴とする酸化膜除去方法を提供する。
【００１８】
上記第２の観点の酸化膜除去方法において、前記Ｏ２含有ガスの供給は、流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、時間を０．１〜６０ｓｅｃにして行うものとすることができる。より好ましくは、流量１００〜１０００ｓｃｃｍ、時間１〜１０ｓｅｃである。また、前記Ｈ２含有プラズマ処理は、圧力を０．０２〜０．５Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１０〜１０００Ｗ、時間を１〜１２０ｓｅｃにして行うことができる。より好ましくは、圧力：０．０５〜０．３Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１００〜５００Ｗ、時間：５〜９０ｓｅｃである。また、Ｏ２含有ガスフロー＋Ｈ２含有プラズマ処理は、１度の処理で行うこともできるが、合計の処理時間が同じ場合においても、例えば３サイクルで処理するなど、小刻みに分割して複数回実施することが望ましい。
【００１９】
本発明の第３の観点は、所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程とを有し、前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｈ２ガスおよびＮ２ガスのプラズマによるＨ２／Ｎ２プラズマ処理により行うことを特徴とする酸化膜除去方法を提供する。
【００２０】
上記第３の観点の酸化膜除去方法において、前記Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理は、圧力を０．０２〜０．５Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量を５〜５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１０〜１０００Ｗ、時間を１〜１２０ｓｅｃにして行うことができる。より好ましくは、圧力：０．０５〜０．３Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量：１０〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１００〜５００Ｗ、時間：１０〜９０ｓｅｃである。
【００２１】
本発明の第４の観点は、所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去方法であって、前記パターンの底部に形成された前記シリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去する工程と、前記異方性プラズマエッチング後に、前記パターンの側壁に残存するカーボン系保護膜を除去する工程とを有し、前記カーボン系保護膜を除去する工程は、Ｈ２ガスおよびＮＨ３ガスのプラズマによるＨ２／ＮＨ３プラズマ処理により行うことを特徴とする酸化膜除去方法を提供する。
【００２２】
上記第４の観点において、前記Ｈ２／ＮＨ３プラズマ処理は、圧力を０．１〜１．０Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量を１〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーを１０〜１０００Ｗ、時間を１〜１５０ｓｅｃにして行うことができる。より好ましくは、圧力：０．３〜０．７Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量：１００〜７００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量：５〜５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：５０〜５００Ｗ、時間：１０〜１２０ｓｅｃである。前記Ｈ２／ＮＨ３プラズマ処理のＨ２ガス＋ＮＨ３ガスに対するＮＨ３ガスの流量比は、０．１〜２５％の範囲であることが好ましい。
【００２３】
本発明の第５の観点は、所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去する酸化膜除去装置であって、前記被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に所定の処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理容器内を排気する排気機構と、前記処理容器内にプラズマを生成するプラズマ生成機構と、前記処理ガス供給機構、前記排気機構、および前記プラズマ生成機構を制御する制御部とを有し、前記制御部は、上記第１の観点から第４の観点のいずれかの酸化膜除去方法が行われるように、前記処理ガス供給機構、前記排気機構、および前記プラズマ生成機構を制御することを特徴とする酸化膜除去装置を提供する。
【００２４】
本発明の第６の観点は、所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、上記第１から第４の観点のいずれかの方法により前記シリコン含有酸化膜を除去する工程と、前記シリコン含有酸化膜を除去後に金属膜を成膜する工程と、前記シリコン部分と前記金属膜とを反応させて、前記パターンの底部にコンタクトを形成する工程とを有することを特徴とするコンタクト形成方法を提供する。
【００２５】
前記金属膜を形成する工程は、ＣＶＤまたはＡＬＤにより行うことができる。
【００２６】
本発明の第７の観点は、所定パターンが形成された絶縁膜を有し、前記パターンの底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を有する被処理基板において、前記シリコン含有酸化膜を除去し、前記シリコン部分にコンタクトを形成するコンタクト形成システムであって、前記被処理基板の前記シリコン含有酸化膜を除去する上記第４の観点の酸化膜除去装置と、前記シリコン含有酸化膜を除去後に金属膜を成膜する金属膜成膜装置と、前記酸化膜除去装置と前記金属膜成膜装置とが接続される真空搬送室と、前記真空搬送室内に設けられた搬送機構とを有することを特徴とするコンタクト形成システムを提供する。
【００２７】
前記金属膜成膜装置として、ＣＶＤまたはＡＬＤにより金属膜を成膜するものを用いることができる。
【００２８】
本発明の第８の観点は、コンピュータ上で動作し、酸化膜除去装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１から第４の観点のいずれかの酸化膜除去方法が行われるように、コンピュータに前記酸化膜除去装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【００２９】
本発明の第９の観点は、コンピュータ上で動作し、コンタクト形成システムを制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第６の観点のコンタクト形成方法が行われるように、コンピュータに前記コンタクト形成システムを制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、パターン底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を、カーボン系ガスのプラズマによるイオン性の異方性プラズマエッチングにより除去した後、シリコン含有酸化膜の残部を、ケミカルエッチングにより除去し、次いで、ケミカルエッチング後に残存する残渣を除去するので、パターン底部のシリコン部分に形成されたシリコン含有酸化膜を除去する際にＣＤロスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態に係る酸化膜除去方法のフローチャートである。
【図２】第１の実施形態に係る酸化膜除去方法の工程断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る酸化膜除去方法が適用される、フィンＦＥＴを形成するための構造体を示す、トレンチに直交する方向に沿った断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る酸化膜除去方法が適用される、フィンＦＥＴを形成するための構造体を示す、トレンチの方向に沿った断面図である。
【図５】第１の実施形態の他の例に係る酸化膜除去方法のフローチャートである。
【図６】図５の工程の一部を示す工程断面図である。
【図７】第１の実施形態の酸化膜除去方法を含むコンタクト形成方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】第１の実施形態の酸化膜除去方法を含むコンタクト形成方法の一例を示す工程断面図である。
【図９】酸化膜除去装置の一例を示す断面図である。
【図１０】酸化膜除去装置を備えたコンタクト形成システムを概略的に示す水平断面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態に係る酸化膜除去方法を示す工程断面図である。
【図１３】第２の実施形態に係る酸化膜除去方法のメカニズムを説明するための図である。
【図１４】第２の実施形態の実験例における、Ｓｉ基板に対してＣ４Ｆ８ガスによるエッチングを行った場合（サンプル１）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｏ２アッシングを行った場合（サンプル２）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２アッシングを行った場合（サンプル３）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、第２の実施形態に従ってＯ２フロー＋Ｈ２プラズマ処理を行った場合（サンプル４）について、残留カーボン濃度を測定した結果を示す図である。
【図１５】図１４のサンプル１〜４について、残留酸素濃度を測定した結果を示す図である。
【図１６】第２の実施形態の実験例における、サンプル４と、Ｈ２アッシング２００ＷおよびＨ２アッシング５００Ｗの場合について、プラズマ時間に対する残留カーボン濃度の変化を示す図である。
【図１７】第２の実施形態の実験例における、Ｓｉ基板の自然酸化膜を除去し、その後、プラズマＣＶＤによりＴｉを成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した際のコンタクトの比抵抗を示す図であり、自然酸化膜除去を、ＮＨ３ガスおよびＨＦガスによるＣＯＲ処理のみのリファレンス、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、サンプル４と同様の条件で第２の実施形態に従ってＯ２フロー＋Ｈ２プラズマ処理を行い、その後ＣＯＲ処理を行ったもの（サンプル５）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２アッシングを行い、その後ＣＯＲ処理を行ったもの（サンプル６）の３種類とした場合の図である。
【図１８】図１７のリファレンス、サンプル５、サンプル６の断面のＳＥＭ（ＴＥＭ）写真である。
【図１９】図１７のリファレンス、サンプル５、サンプル６のＴｉ膜とＳｉ基板の界面付近の酸素濃度を、ＳＩＭＳ測定を実施して測定した結果を示す図である。
【図２０】第２の実施形態の実験例における、Ｓｉ基板上の絶縁膜に形成されたトレンチの底の自然酸化膜除去前のイニシャル状態と、Ｓｉ基板上の絶縁膜に形成されたトレンチの底の自然酸化膜をＣＯＲにより除去した後、Ｔｉ膜を成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した場合（サンプル７）と、第２の実施形態に従って、Ｃ４Ｆ８エッチング−Ｏ２フロー−Ｈ２プラズマ処理を行った後、Ｔｉ膜を成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した場合（サンプル８）の断面のＴＥＭ写真である。
【図２１】第３の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャートである。
【図２２】第３の実施形態に係る酸化膜除去方法を示す工程断面図である。
【図２３】第３の実施形態の実験例における、比較としてのＳｉ基板に対してＣ４Ｆ８ガスによるエッチングを行った場合（第２の実施形態のサンプル１）、および、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｏ２フロー＋Ｈ２プラズマ処理を行った場合（第２の実施形態のサンプル４）と、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理を行った場合（サンプル１１）について、残留カーボン濃度を測定した結果を示す図である。
【図２４】図２３のサンプル１、４、１１について、残留酸素濃度を測定した結果を示す図である。
【図２５】第３の実施形態の実験例における、サンプル１１と、Ｈ２アッシング２００ＷおよびＨ２アッシング５００Ｗの場合について、プラズマ時間に対する残留カーボン濃度の変化を示す図である。
【図２６】第３の実施形態の実験例における、Ｓｉ基板の自然酸化膜を除去し、その後、プラズマＣＶＤによりＴｉを成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した際のコンタクトの比抵抗を示す図であり、自然酸化膜除去を、ＮＨ３ガスおよびＨＦガスによるＣＯＲ処理のみのリファレンス、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、サンプル１１と同様の条件で本実施形態に従ってＨ２／Ｎ２プラズマ処理を行い、その後ＣＯＲ処理を行ったもの（サンプル１２）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２アッシングを行い、その後ＣＯＲ処理を行ったもの（第２の実施形態のサンプル６）の３種類とした場合の図である。
【図２７】図２６のリファレンス、サンプル１２、サンプル６の断面のＳＥＭ写真である。
【図２８】図２６のリファレンス、サンプル１２、サンプル６のＴｉ膜とＳｉ基板の界面付近の酸素濃度を、ＳＩＭＳ測定を実施して測定した結果を示す図である。
【図２９】第３の実施形態の実験例における、Ｓｉ基板上の絶縁膜に形成されたトレンチの底の自然酸化膜除去前のイニシャル状態と、Ｓｉ基板上の絶縁膜に形成されたトレンチの底の自然酸化膜をＣＯＲにより除去した後、Ｔｉ膜を成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した場合（第２の実施形態のサンプル７）と、第３の実施形態に従って、Ｃ４Ｆ８エッチング−Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理を行った後、Ｔｉ膜を成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した場合（サンプル１３）の断面のＴＥＭ写真である。
【図３０】カーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングを行った際にカーボン含有層が形成された状態を示す模式図である。
【図３１】Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理の処理時間とカーボン量との関係を示す図である。
【図３２】第４の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャートである
【図３３】第４の実施形態に係る酸化膜除去方法を示す工程断面図である。
【図３４】第４の実施形態の実験例における、ＣＯＲ処理のみを行った場合（サンプル２１）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理を行った場合（サンプル２２）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｏ２アッシングを行った場合（サンプル２３）について、残留カーボン濃度を測定した結果を示す図である。
【図３５】第４の実施形態の実験例における、Ｏ２プラズマ処理の処理時間と酸化膜膜厚との関係を示す図である。
【図３６】第５の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャートである。
【図３７】第５の実施形態に係る酸化膜除去方法を示す工程断面図である。
【図３８】第５の実施形態の実験例における、サンプル３１（第３の実施形態）、サンプル３２（ＮＨ３流量比「大」）、サンプル３３（ＮＨ３流量比「中」、サンプル３４（ＮＨ３流量比「小」）について、アッシング時間とＸＰＳにより測定した残留カーボン濃度との関係を示す図である。
【図３９】第５の実施形態の実験例における、サンプル３１（第３の実施形態）、サンプル３２（ＮＨ３流量比「大」）、サンプル３３（ＮＨ３流量比「中」、サンプル３４（ＮＨ３流量比「小」）について、アッシング時間とＸＰＳにより測定した残留フッ素濃度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
［酸化膜除去方法］
最初に、第１の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
図１は第１の実施形態に係る酸化膜除去方法のフローチャート、図２はその工程断面図である。
【００３４】
本実施形態では、所定パターンとしてトレンチが形成された被処理体において、トレンチ底部のシリコン部分にコンタクトメタルを成膜してコンタクトを形成する前に、シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜を除去する場合について説明する。
【００３５】
最初に、シリコン基体１に絶縁膜２が形成され、絶縁膜２に所定パターンとしてトレンチ３が形成された被処理基板（シリコンウエハ）を準備する（ステップ１；図２（ａ））。トレンチ３の底部のシリコン部分には自然酸化膜（シリコン含有酸化膜）４が形成されている。絶縁膜２は、主にＳｉＯ２膜で構成されている。一部がＳｉＮ膜であってもよい。
【００３６】
このような被処理基板（シリコンウエハ）としては、例えばフィンＦＥＴを形成するためのものを挙げることができる。図３および図４はフィンＦＥＴを形成するための被処理基板の一例を示す断面図である。なお、図３はトレンチ３に直交する方向に沿った断面図であり、図４はトレンチ３の方向に沿った断面図である。本例では、トレンチ３の底部に、シリコン部分として、Ｓｉフィン７の先端部分に形成されたＳｉまたはＳｉＧｅからなる多角形のエピタキシャル成長部８を有しており、このエピタキシャル成長部８がソースおよびドレインを構成する。そして、このエピタキシャル成長部８の表面に自然酸化膜４が形成されている。本例では、絶縁膜２は、主要部であるＳｉＯ２膜９と、底部を構成するＳｉＮ膜１０からなる。なお、図４ではエピタキシャル成長部８を五角形で示しているが、四角形であってもよい。
【００３７】
フィンＦＥＴのトレンチは、例えば、ＴｏｐＣＤが８〜１０ｎｍ、深さが１００〜１２０ｎｍであり、アスペクト比は１２〜１５である。
【００３８】
酸化膜除去処理に先立って、被処理体（シリコンウエハ）に対し、プリクリーン処理等の清浄化処理を行ってもよい。
【００３９】
次に、カーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングでトレンチ底部の自然酸化膜４を除去する（第１の酸化膜除去ステップ）（ステップ２；図２（ｂ））。
【００４０】
この工程は、イオンの直進性を利用した異方性エッチングであり、カーボンを含むガスとしては、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフッ化炭素系（ＣｘＦｙ系）ガスを好適に用いることができる。また、ＣＨ２Ｆ２等のフッ素化炭化水素系（ＣｘＨｙＦｚ系）ガスも用いることができる。また、これらに加えてＡｒガス等の希ガス、およびＮ２ガスのような不活性ガス、さらには微量のＯ２ガスを含んでいてもよい。
【００４１】
これらのガスを用いることにより、異方性エッチングの際に、トレンチ３の側壁にはカーボン系の保護膜が成膜されるため、側壁のエッチング進行を抑制しつつ自然酸化膜をエッチングすることができる。これにより、ＣＤロスを抑制しつつトレンチ底部の自然酸化膜４の大部分を除去することができる。
【００４２】
ステップ２の異方性エッチングを行う際には、圧力は、イオンの直線性を確保するために、極力低圧のほうが好ましく、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以下程度に設定される。また、プラズマ処理であるから、低温でよく、また厳密な温度制御は不要であるが、次のステップ３の温度と同じ温度であることが好ましい。
【００４３】
なお、ステップ２の際に側壁に形成されるカーボン系の保護膜はステップ２の後に除去しても除去しなくてもよい。
【００４４】
ステップ２の第１の酸化膜除去ステップにより自然酸化膜４の大部分は除去されるが、図４に示すフィンＦＥＴのトレンチ底部の複雑な形状を有するエピタキシャル成長部８表面の自然酸化膜は、異方性エッチングだけでは除去できない。
【００４５】
このため、ステップ２の第１の酸化膜除去ステップの後、トレンチ３の底部に存在する自然酸化膜４の残部をケミカルエッチングにより除去する（第２の酸化膜除去ステップ）（ステップ３；図２（ｃ））。
【００４６】
ケミカルエッチングはプラズマレスで反応性ガスによるドライエッチングであり、等方的なエッチングであるため、複雑な形状を有するエピタキシャル成長部８表面の自然酸化膜４を除去可能である。ケミカルエッチングとしては、ＮＨ３ガスとＨＦガスを用いたＣＯＲ処理が好適である。
【００４７】
ＣＯＲ処理に際しては、ＮＨ３ガスとＨＦガスの他に、希釈ガスとしてＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを加えてもよい。
【００４８】
ＣＯＲ処理のようなケミカルエッチングは、等方性エッチングであるため、トレンチ側壁もエッチングされてＣＤロスが生じる懸念があるが、ステップ３ではトレンチ底部にわずかに残った自然酸化膜を除去するだけであるから短時間の処理でよく、実際にはほとんどＣＤロスは生じない。また、トレンチ側壁のカーボン系保護膜を除去しない場合には、カーボン系保護膜はＮＨ３ガスおよびＨＦガスに対して無反応であるため、トレンチ側壁のエッチングをより抑制することができる。
【００４９】
ステップ３を行う際には、処理圧力は０．０１〜５Ｔｏｒｒ（１．３３〜６６７Ｐａ）程度が好ましい。また、温度は１０〜１５０℃程度の範囲とすることができ、この中でもより低い温度である２０〜６０℃が好ましい。このように低温で処理することにより、エッチング面の平滑性を高めることができる。
【００５０】
ＣＯＲ処理後、カーボン保護膜が除去されている場合には、絶縁膜２の上面およびトレンチ３の底部にＮＨ３ガスおよびＨＦガスとの反応により主にフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ）からなる反応生成物が形成される。このとき、側壁にも多少の反応生成物が形成される。また、カーボン系保護膜を予め除去していない場合は、反応生成物は、絶縁膜２の上面およびトレンチ３の底部にのみ生成され、側壁にはカーボン系保護膜が残存し、反応生成物は生じない。
【００５１】
このように、絶縁膜２の上面およびトレンチ３の底部およびトレンチ側壁には、反応生成物のみ、または反応生成物とカーボン系保護膜からなる残渣６が残存するので、次に、トレンチ３の側壁および底部に残存する残渣６を除去する（ステップ４；図２（ｄ））。
【００５２】
なお、ステップ３の温度がある程度高い場合には、ステップ３の処理中に反応生成物であるＡＦＳの一部は気化して除去される。
【００５３】
ステップ４の残渣除去処理は、例えばＨ２含有ガスのプラズマであるＨ２プラズマで行うことが好ましい。これにより、側壁や底部の再酸化を抑制しつつ残渣６を除去することができる。
【００５４】
ステップ４としてＨ２プラズマを用いる場合には、プラズマによる除去処理であるため、処理圧力がある程度低いほうが好ましいが、側壁の残渣も除去する必要があるため、ステップ２よりも直進性が弱いことが好ましい。このため、ステップ４の処理圧力はステップ２よりも高く、０．５Ｔｏｒｒ（６６．７Ｐａ）以下程度が好ましい。また、プラズマ処理であるため、低温で行うことができ、ステップ３の温度と同じ温度であることが好ましい。
【００５５】
ただし、トレンチ側壁のカーボン系保護膜とケミカルエッチング後の反応生成物を同時に除去する場合には、処理時間が長時間となり、また、十分に除去できないおそれもある。
【００５６】
このため、図５に示すように、ステップ２の第１の酸化膜除去ステップの直後に、カーボン系保護膜の除去処理（ステップ５）を行って、ステップ４では反応生成物であるＡＦＳのみを除去することが好ましい。
【００５７】
具体的には、図６（ａ）に示すように、ステップ２を行った後には、トレンチ３の上面や側壁にカーボン系保護膜５が残存しているため、図６（ｂ）に示すように、ステップ５で、例えば、ステップ４と同様、Ｈ２プラズマによりカーボン系保護膜５を除去することができる。この際の条件はステップ４と同程度とすることができる。
【００５８】
以上のように、最初に第１の酸化膜除去ステップにおいて、カーボン系ガスを用いた異方性エッチングによりトレンチ３底部の自然酸化膜（ＳｉＯ２膜）４を除去するので、トレンチの側壁にカーボン系保護膜を形成しながらエッチングすることができる。このため、カーボン膜形成等の付加的な工程を加えることなく、エッチングの際に形成されたカーボン系保護膜により、側壁のエッチングによるＣＤロスを防止しつつトレンチ３底部の自然酸化膜４の大部分を除去することができる。また、異方性エッチングで除去できない自然酸化膜４は、第２の酸化膜除去ステップにおいて、等方的なケミカルエッチングで除去するが、残存している自然酸化膜４はわずかであるから、処理時間は短時間でよく、ＣＤロスはわずかである。このため、複雑な工程を経ることなく、ＣＤロスを抑制しつつトレンチ３の底部の自然酸化膜を除去することができる。
【００５９】
したがって、フィンＦＥＴを形成するための構造体のように、トレンチ３底部の半導体部分であるソースおよびドレインが複雑な形状を有している場合に、ＣＤロスを抑制した状態で自然酸化膜を除去することができる。
【００６０】
また、ステップ２〜４またはステップ２、５、３〜４をほぼ同じ温度で行うことができるので、自然酸化膜の除去処理を短時間で行うことができ、スループットを高く維持することができる。また、これらの工程は、全てガス処理であり、しかも同じ温度で行えることから同一チャンバー内での処理が可能であり、これにより自然酸化膜の除去処理を一層短時間で行うことができる。
【００６１】
［コンタクト形成方法］
次に、上記酸化膜除去処理の後のコンタクト形成方法の一例について図７のフローチャートおよび図８の工程断面図を参照して説明する。
ここでは、上記ステップ１〜４により、またはこれらステップ１〜４にカーボン系保護膜除去工程であるステップ５を加えた処理により、図８（ａ）に示すように、トレンチ３底部の自然酸化膜の除去（ステップ１１）を行った後、図８（ｂ）に示すように、コンタクトメタルである金属膜１１をＣＶＤまたはＡＬＤにより成膜する（ステップ１２）。金属膜としては、Ｔｉ膜やＴａ膜等を用いることができる。
【００６２】
そして、図８（ｃ）に示すように、金属膜１１はトレンチ３の底部においてシリコンと反応し、自己整合的に金属シリケート（例えばＴｉＳｉ）からなるコンタクト１２が形成される（ステップ１３）。
【００６３】
［酸化膜除去装置］
次に、上記第１の実施形態の酸化膜除去方法の実施に用いられる酸化膜除去装置の一例について説明する。図９は、酸化膜除去装置の一例を示す断面図である。
【００６４】
酸化膜除去装置１００は、略円筒状のチャンバー（処理容器）１０１を有している。チャンバー１０１は、例えば表面処理を施していないアルミニウム、または、内壁面がＯＧＦ（Ｏｕｔ  Ｇａｓｓ  Ｆｒｅｅ）陽極酸化処理が施されたアルミニウムで構成されている。
【００６５】
チャンバー１０１の内部には、図２（ａ）に示す構造が全面に形成された構造体であるシリコンウエハ（被処理基板）Ｗを水平に支持するためのサセプタ１０２が、中央下部に設けられた円筒状の支持部材１０３により支持された状態で配置されている。図示していないが、サセプタ１０２は、支持部材１０３やチャンバー１０１とは絶縁されている。チャンバー１０１の底部の中央には開口部が形成されており、開口部の下部に円筒状の突出部１０１ｂが接続されていて、支持部材１０３は突出部１０１ｂの底部に支持されている。
【００６６】
サセプタ１０２は、例えば、本体部がアルミニウムからなり、その外周に絶縁リング（図示せず）が形成されている。サセプタ１０２の内部には、その上のシリコンウエハＷの温調を行うための温調機構１０４が設けられている。温調機構１０４は、例えばサセプタ１０２に形成された流路に温度制御された温調媒体を通流させることにより、シリコンウエハＷを処理に必要な、例えば１０〜１５０℃範囲の適宜の温度に温調するようになっている。
【００６７】
サセプタ１０２には、シリコンウエハＷを搬送するための３本の昇降ピン（図示せず）が、サセプタ１０２の表面に対して突没可能に設けられている。サセプタ１０２の上面には、シリコンウエハＷを静電吸着するための静電チャック１１３が設けられている。静電チャック１１３は、アルミナ等の誘電体の内部に電極１１３ａが設けられた構造を有しており、高圧直流電源１１４から電極１１３ａに高電圧が印加されることにより、その上面にシリコンウエハＷがクーロン力等の静電吸着力により吸着される。静電チャック１１３によりシリコンウエハＷを吸着することにより、温調機構１０４によるシリコンウエハＷの温調を高精度で行うことが可能となる。
【００６８】
チャンバー１０１の上部にはシャワーヘッド１０５が設けられている。シャワーヘッド１０５は、チャンバー１０１の天壁１０１ａの直下に設けられた、円板状をなし、多数のガス吐出孔１０７が形成されたシャワープレート１０６を有している。シャワープレート１０６としては、例えば、アルミニウムからなる本体の表面にイットリアからなる溶射皮膜が形成されたものが用いられる。シャワープレート１０６とチャンバー１０１とはリング状の絶縁部材１０６ａにより絶縁されている。絶縁部材１０６ａを導電材に置き換えて、シャワーヘッド１０５の外枠、チャンバー１０１、シャワープレート１０６、部材１０６ａの全てを導通させてもよい。
【００６９】
チャンバー１０１の天壁１０１ａの中央にはガス導入口１０８が設けられ、天壁１０１ａとシャワープレート１０６との間はガス拡散空間１０９となっている。
【００７０】
ガス導入口１０８には、ガス供給機構１１０のガス配管１１０ａが接続されている。そして、後述するガス供給機構１１０から供給されたガスが、ガス導入口１０８から導入され、ガス拡散空間１０９内に拡散されてシャワープレート１０６のガス吐出孔１０７からチャンバー１０１内に吐出される。
【００７１】
ガス供給機構１１０は、ＨＦガス、ＮＨ３ガス、ＣｘＦｙガス（カーボン含有ガス）、Ａｒガス、Ｎ２ガス、Ｈ２ガスを個別的に供給する複数のガス供給源と、これら複数のガス供給源から各ガスを供給するための複数のガス供給配管とを有している（いずれも図示せず）。各ガス供給配管には、開閉バルブと、マスフローコントローラのような流量制御器とが設けられており（いずれも図示せず）、これらにより、上記ガスを適宜切り替えること、および各ガスの流量制御を行うことができるようになっている。これらのガス供給配管からのガスは、上述のガス配管１１０ａを経てシャワーヘッド１０５に供給される。
【００７２】
一方、サセプタ１０２には、整合器１１６を介して高周波電源１１５が接続されており、高周波電源１１５からサセプタ１０２に高周波電力が印加される。サセプタ１０２は下部電極として機能し、シャワープレート１０６は上部電極として機能して、一対の平行平板電極を構成し、サセプタ１０２に高周波電力が印加されることにより、チャンバー１０１内に容量結合プラズマが生成される。また、高周波電源１１５からサセプタ１０２に高周波電力が印加されることにより、プラズマ中のイオンがシリコンウエハＷに引き込まれる。高周波電源１１５から出力される高周波電力の周波数は、０．１〜５００ＭＨｚに設定されることが好ましく、例えば１３．５６ＭＨｚが用いられる。
【００７３】
チャンバー１０１の底部には、排気機構１２０が設けられている。排気機構１２０は、チャンバー１０１の底部に形成された排気口１２１および１２２に設けられた第１排気配管１２３および第２排気配管１２４と、第１排気配管１２３に設けられた第１圧力制御バルブ１２５およびドライポンプ１２６と、第２排気配管１２４に設けられた第２圧力制御バルブ１２７およびターボポンプ１２８とを有している。そして、チャンバー１０１内が高圧に設定される成膜処理の際にはドライポンプ１２６のみで排気され、チャンバー１０１内が低圧に設定されるプラズマ処理の際にはドライポンプ１２６とターボポンプ１２８とが併用される。チャンバー１０１内の圧力制御は、チャンバー１０１に設けられた圧力センサー（図示せず）の検出値に基づいて圧力制御バルブ１２５および１２７の開度を制御することによりなされる。
【００７４】
チャンバー１０１の側壁には、チャンバー１０１が接続される図示しない真空搬送室との間でシリコンウエハＷの搬入出を行うための搬入出口１３０と、この搬入出口１３０を開閉するゲートバルブＧとが設けられている。シリコンウエハＷの搬送は、真空搬送室に設けられた搬送機構（図示せず）により行われる。
【００７５】
酸化膜除去装置１００は制御部１４０を有している。制御部１４０は、酸化膜除去装置１００の各構成部、例えばガス供給機構のバルブやマスフローコントローラ、高周波電源１１５、排気機構１２０、温調機構１０４、搬送機構、ゲートバルブＧ等を制御するＣＰＵ（コンピュータ）を有する主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。制御部１４０の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、酸化膜除去装置１００に、所定の動作を実行させる。
【００７６】
次に、以上のように構成される酸化膜除去装置の処理動作について説明する。以下の処理動作は制御部１４０における記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて実行される。
【００７７】
最初に、ゲートバルブＧを開け、搬送機構（図示せず）により、真空搬送室（図示せず）から搬入出口１３０を介して、図２（ａ）に示す構造が全面に形成された構造体であるシリコンウエハＷをチャンバー１０１内に搬入し、サセプタ１０２上に載置させる。この状態で、搬送機構をチャンバー１０１から退避させ、ゲートバルブＧを閉じる。
【００７８】
次いで、排気機構１２０により、チャンバー１０１内の圧力を０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以下の低圧に調整する。このとき、ＣｘＦｙガスに加えてＡｒガスやＮ２ガスを添加してもよい。チャンバー１０１内の圧力を低圧にするため、チャンバー１０１内の排気はドライポンプ１２６に加えてターボポンプ１２８も用いて行う。シリコンウエハＷの温度は、温調機構１０４により１０〜１５０℃、好ましくは２０〜６０℃に保持される。なお、このときの温度は、後で行われる厳密な温度制御が必要なケミカルエッチングによる第２の酸化膜除去ステップの際の温度に設定される。また、高電圧直流電源１１４をオンにして、静電チャック１１３によりシリコンウエハＷを静電吸着する。
【００７９】
この状態で、ガス供給機構１１０から炭素含有ガスであるＣｘＦｙガス、例えばＣ４Ｆ８ガスを所定流量でシャワーヘッド１０５を介してチャンバー１０１内に供給しつつ、高周波電源１１５をオンにしてプラズマを生成し、ＣｘＦｙイオンによる異方性エッチングにより第１の酸化膜除去ステップを行って、トレンチ底部の自然酸化膜の大部分を除去する。このとき、ＣｘＦｙ系ガスによりトレンチの側壁にカーボン系保護膜が形成されるため、ＣＤロスを抑制しつつ、トレンチ底部の自然酸化膜を除去することができる。
【００８０】
第１の酸化膜除去ステップの後、チャンバー１０１内を排気機構１２０により排気しつつＡｒガスまたはＮ２ガスでパージする。
【００８１】
パージ終了後、好ましくは、カーボン系保護膜の除去を行う。カーボン系保護膜の除去は、シリコンウエハＷを同じ温度に維持したまま、排気機構１２０によりチャンバー１０１内の圧力を第１の酸化膜除去ステップより高く、０．５Ｔｏｒｒ（６６．７Ｐａ）以下の所定の圧力に調整し、ガス供給機構１１０から例えばＨ２ガス、またはＨ２ガスおよびＮ２ガスを所定流量でシャワーヘッド１０５を介してチャンバー１０１内に供給しつつ、高周波電源１１５をオンにする。このときのチャンバー１０１内の排気も、ドライポンプ１２６に加えてターボポンプ１２８も用いて行う。これにより、例えばＨ２プラズマおよびＨ２／Ｎ２プラズマによりトレンチ側壁のカーボン系保護膜が除去される。
【００８２】
カーボン系保護膜除去処理の後、チャンバー１０１内を排気機構１２０により排気しつつＡｒガスまたはＮ２ガスでパージする。
【００８３】
パージ終了後、シリコンウエハＷを同じ温度に維持したまま、排気機構１２０によりチャンバー１０１内の圧力を０．０１〜５Ｔｏｒｒ（１．３３〜６６７Ｐａ）の範囲の所定圧力に調整し、ガス供給機構１１０からＮＨ３ガスおよびＨＦガスを所定流量でシャワーヘッド１０５を介してチャンバー１０１内に供給し、これらの反応による第２の酸化膜除去処理を行って自然酸化膜の残部を除去する。ＮＨ３ガスおよびＨＦガスとともに、希釈ガスとしてＮ２ガスおよびＡｒガスの少なくとも一方を供給してもよい。このとき、チャンバー１０１内の圧力は比較的低圧から比較的高圧までを用いることができるため、ターボポンプ１２８とドライポンプ１２６の組み合わせ、あるいはドライポンプ１２６のみで排気することが可能である。
【００８４】
このときのエッチングは、プラズマを用いないガス処理であるため、等方的であり、第１の酸化膜除去ステップでは除去できなかった複雑形状のシリコン領域に残存した自然酸化膜を除去することが可能である。この時のエッチングは等方的であるが、わずかに残存した自然酸化膜を除去すればよいので、ＣＤロスはほとんど生じない。
【００８５】
このような自然酸化膜のエッチング処理の後、チャンバー１０１内を排気機構１２０により排気しつつＮ２ガスまたはＡｒガスでパージする。
【００８６】
パージ終了後、シリコンウエハＷを同じ温度に維持したまま、排気機構１２０のドライポンプ１２６およびターボポンプ１２８によりチャンバー１０１内の圧力を０．５Ｔｏｒｒ（６６７Ｐａ）以下に調整し、ガス供給機構１１０からＨ２ガス、またはＨ２ガスおよびＮ２ガスを所定流量でシャワーヘッド１０５を介してチャンバー１０１内に供給しつつ、高周波電源１１５をオンにし、Ｈ２プラズマまたはＨ２／Ｎ２プラズマ処理を行い、残渣を除去する。このときの残渣は、カーボン系保護膜をあらかじめ除去している場合は、第２の酸化膜除去ステップの際に生成された反応生成物であるＡＦＳであり、カーボン系保護膜を除去していない場合は、カーボン系保護膜およびＡＦＳである。
【００８７】
このような残渣除去処理の後、チャンバー１０１内をＡｒガスまたはＮ２ガスでパージし、ゲートバルブＧを開けて搬送機構によりサセプタ１０２上のシリコンウエハＷを搬出する。
【００８８】
以上の一連の処理によりＣＤロスを抑制しつつトレンチ底部の自然酸化膜を確実に除去することができる。
【００８９】
また、上記一連の処理をチャンバー１０１内で連続的に行うことができるので、高効率で処理を行うことができる。さらに、上記一連の処理を同じ温度で行うので処理時間が短縮され、極めて高いスループットを得ることができる。
【００９０】
［コンタクト形成システム］
次に、上記酸化膜除去装置１００を備えたコンタクト形成システムについて説明する。
【００９１】
図１０は、コンタクト形成システムを概略的に示す水平断面図である。
コンタクト形成システム３００は、上述した酸化膜除去処理を行い、その後、コンタクトメタルとして例えばＴｉ膜を形成し、コンタクトを形成するためのものである。
【００９２】
図１０に示すように、コンタクト形成システム３００は、２つの酸化膜除去装置１００と２つの金属膜成膜装置２００とを有する。これらは、平面形状が七角形をなす真空搬送室３０１の４つの壁部にそれぞれゲートバルブＧを介して接続されている。真空搬送室３０１内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。すなわち、コンタクト形成システム３００は、マルチチャンバータイプの真空処理システムであり、上述したコンタクト形成を、真空を破ることなく連続して行えるものである。
【００９３】
酸化膜除去装置１００の構成は上述した通りである。金属膜成膜装置は、例えば、真空雰囲気のチャンバー内でＣＶＤまたはＡＬＤによりシリコンウエハＷに金属膜、例えばＴｉ膜、Ｔａ膜、Ｃｏ膜、Ｎｉ膜を成膜する装置である。
【００９４】
また、真空搬送室３０１の他の３つの壁部には３つのロードロック室３０２がゲートバルブＧ１を介して接続されている。ロードロック室３０２を挟んで真空搬送室３０１の反対側には大気搬送室３０３が設けられている。３つのロードロック室３０２は、ゲートバルブＧ２を介して大気搬送室３０３に接続されている。ロードロック室３０２は、大気搬送室３０３と真空搬送室３０１との間でシリコンウエハＷを搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力制御するものである。
【００９５】
大気搬送室３０３のロードロック室３０２取り付け壁部とは反対側の壁部にはウエハＷを収容するキャリア（ＦＯＵＰ等）Ｃを取り付ける３つのキャリア取り付けポート３０５を有している。また、大気搬送室３０３の側壁には、シリコンウエハＷのアライメントを行うアライメントチャンバ３０４が設けられている。大気搬送室３０３内には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。
【００９６】
真空搬送室３０１内には、搬送機構３０６が設けられている。搬送機構３０６は、酸化膜除去装置１００、金属膜成膜装置２００、ロードロック室３０２に対してシリコンウエハＷを搬送する。搬送機構３０６は、独立に移動可能な２つの搬送アーム３０７ａ，３０７ｂを有している。
【００９７】
大気搬送室３０３内には、搬送機構３０８が設けられている。搬送機構３０８は、キャリアＣ、ロードロック室３０２、アライメントチャンバ３０４に対してシリコンウエハＷを搬送するようになっている。
【００９８】
コンタクト形成システム３００は全体制御部３１０を有している。全体制御部３１０は、酸化膜除去装置１００および金属膜成膜装置２００の各構成部、真空搬送室３０１の排気機構、ガス供給機構や搬送機構３０６、ロードロック室３０２の排気機構やガス供給機構、大気搬送室３０３の搬送機構３０８、ゲートバルブＧ、Ｇ１、Ｇ２の駆動系等を制御するＣＰＵ（コンピュータ）を有する主制御部と、入力装置（キーボード、マウス等）、出力装置（プリンタ等）、表示装置（ディスプレイ等）、記憶装置（記憶媒体）を有している。全体制御部３１０の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、コンタクト形成システム３００に、所定の動作を実行させる。なお、全体制御部３１０は、上記制御部１４０のような各ユニットの制御部の上位の制御部であってもよい。
【００９９】
次に、以上のように構成されるコンタクト形成システムの動作について説明する。以下の処理動作は全体制御部３１０における記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて実行される。
【０１００】
まず、搬送機構３０８により大気搬送室３０３に接続されたキャリアＣからシリコンウエハＷを取り出し、アライメントチャンバ３０４を経由した後に、いずれかのロードロック室３０２のゲートバルブＧ２を開けてそのシリコンウエハＷをそのロードロック室３０２内に搬入する。ゲートバルブＧ２を閉じた後、ロードロック室３０２内を真空排気する。
【０１０１】
そのロードロック室３０２が、所定の真空度になった時点でゲートバルブＧ１を開けて、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかによりロードロック室３０２からシリコンウエハＷを取り出す。
【０１０２】
そして、いずれかの酸化膜除去装置１００のゲートバルブＧを開けて、搬送機構３０６のいずれかの搬送アームが保持するシリコンウエハＷをその酸化膜除去装置１００に搬入し、空の搬送アームを真空搬送室３０１に戻すとともに、ゲートバルブＧを閉じ、その酸化膜除去装置１００により酸化膜除去処理を行う。
【０１０３】
酸化膜除去処理が終了後、その酸化膜除去装置１００のゲートバルブＧを開け、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、その中のシリコンウエハＷを搬出する。そして、いずれかの金属膜成膜装置２００のゲートバルブＧを開けて、搬送アームに保持されたシリコンウエハＷをその金属膜成膜装置２００に搬入し、空の搬送アームを真空搬送室３０１に戻すとともに、ゲートバルブＧを閉じ、その金属膜成膜装置２００により、ＣＶＤまたはＡＬＤによってコンタクトメタルとなる金属膜、例えばＴｉ膜、Ｔａ膜、Ｃｏ膜、Ｎｉ膜等の成膜を行う。この際に、金属膜はトレンチ底部のシリコンと反応し、金属シリケート（例えばＴｉＳｉ）からなるコンタクトが形成される。
【０１０４】
このように金属膜成膜およびコンタクト形成がなされた後、その金属膜成膜装置２００のゲートバルブＧを開け、搬送機構３０６の搬送アーム３０７ａ，３０７ｂのいずれかにより、その中のシリコンウエハＷを搬出する。そして、いずれかのロードロック室３０２のゲートバルブＧ１を開け、搬送アーム上のシリコンウエハＷをそのロードロック室３０２内に搬入する。そして、そのロードロック室３０２内を大気に戻し、ゲートバルブＧ２を開けて、搬送機構３０８にてロードロック室３０２内のシリコンウエハＷをキャリアＣに戻す。
【０１０５】
以上のような処理を、複数のシリコンウエハＷについて同時並行的に行って、所定枚数のシリコンウエハＷのコンタクト形成処理が完了する。
【０１０６】
上述のように、酸化膜除去装置１００は、一連の酸化膜除去処理を１つのチャンバーで高効率に行うことができるので、このような酸化膜除去装置１００および金属膜成膜装置２００を２つずつ搭載してコンタクト形成システム３００を構成することにより、酸化膜除去および金属膜成膜によるコンタクト形成を高スループットで実現することができる。また、これらの一連の処理を、真空を破ることなく行えるので、処理の過程での酸化を抑制することができる。
【０１０７】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
図１１は第２の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャート、図１２はその工程断面図である。
【０１０８】
本実施形態においても、所定パターンとしてトレンチが形成された被処理体において、トレンチ底部のシリコン部分にコンタクトメタルを成膜してコンタクトを形成する前に、シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜を除去する場合について説明する。
【０１０９】
最初に、シリコン基体１に絶縁膜２が形成され、絶縁膜２に所定パターンとしてトレンチ３が形成された被処理基板（シリコンウエハ）を準備する（ステップ２１；図１２（ａ））。トレンチ３の底部のシリコン部分には自然酸化膜（シリコン含有酸化膜）４が形成されている。絶縁膜２は、主にＳｉＯ２膜で構成されている。一部がＳｉＮ膜であってもよい。
【０１１０】
酸化膜除去処理に先立って、被処理体（シリコンウエハ）に対し、プリクリーン処理等の清浄化処理を行ってもよい。
【０１１１】
次に、カーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングでトレンチ底部の自然酸化膜４を除去する（ステップ２２；図１２（ｂ））。
【０１１２】
カーボンを含むガスとしては、第１の実施形態のステップ２と同様、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフッ化炭素系（ＣｘＦｙ系）ガスを好適に用いることができる。また、ＣＨ２Ｆ２等のフッ素化炭化水素系（ＣｘＨｙＦｚ系）ガスも用いることができる。また、これらに加えてＡｒガス等の希ガス、およびＮ２ガスのような不活性ガス、さらには微量のＯ２ガスを含んでいてもよい。
【０１１３】
これらのガスを用いることにより、異方性エッチングの際に、トレンチ３の側壁にはカーボン系の保護膜が形成されるため、側壁のエッチング進行を抑制しつつ自然酸化膜をエッチングすることができる。
【０１１４】
ステップ２２の異方性エッチングの際の圧力は、第１の実施形態のステップ２と同様、イオンの直線性を確保するために、極力低圧のほうが好ましく、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以下程度に設定される。
【０１１５】
次に、トレンチ側壁のカーボン系保護膜を除去する（ステップ２３）。
【０１１６】
本実施形態のようなカーボン系ガスは、プラズマエッチングに用いられており、カーボン系ガスによりトレンチやコンタクトホール等のパターンを形成する際に側壁にカーボン系保護膜が形成されることは知られている。また、このようなカーボン系保護膜を除去する技術も知られている。
【０１１７】
例えば、特開２００３−５９９１１号公報には、パターンの側壁等にポリマー層（カーボン系保護膜）が形成されること、およびこのようなポリマー層を酸素ガスまたは酸素を主成分とするガスを用いたアッシングにより除去することが記載されている。
【０１１８】
しかし、この手法を本実施形態のように自然酸化膜４を除去した後に適用すると、下地のシリコンが再酸化してしまうおそれがある。
【０１１９】
このため、第１の実施形態においては、カーボン系保護膜の除去にＨ２含有ガスのプラズマによるＨ２プラズマを用いたＨ２アッシングで、ポリマー層を除去すると同時に、シリコンの再酸化を抑制している。
【０１２０】
しかし、Ｈ２プラズマを用いた場合は、下地にダメージを与えないパワーで除去処理を行うと長時間を要してしまう。また、短時間で除去するためにパワーを上げると下地にダメージを与えてしまう。このため、下地を酸化させず、かつ低パワーで下地にダメージを与えずに短時間でカーボン系保護膜を除去することが望まれる。
【０１２１】
そこで、本実施形態では、カーボン系保護膜を除去するステップ２３を、Ｏ２含有ガス供給（Ｏ２フロー）ステップ（ステップ２３−１；図１２（ｃ））と、Ｈ２含有ガスのプラズマによるＨ２プラズマ処理ステップ（ステップ２３−２；図１２（ｄ））の２段階で行う。これにより、下地にダメージを与えずに短時間でカーボン系保護膜を除去することができる。
【０１２２】
この際のメカニズムについて、図１３を参照して説明する。
図１３（ａ）のようにカーボン膜上にＯ２含有ガスを供給すると、図１３（ｂ）に示すように、以下の（１）式によりカーボン膜表面にＯ２含有ガスが吸着し、Ｃ−Ｏ、Ｃ−Ｏ−Ｏ結合が形成される。この状態で図１３（ｃ）に示すようにＨ２プラズマを生成することにより、図１３（ｄ）に示すように、以下の（２）式により表面の酸素吸着層あるいは酸化層が迅速に除去される。また、残ったカーボン膜も同様の反応式により除去される。このため、下地にダメージを与えずに短時間でカーボン膜を除去することができ、酸素含有プラズマを用いないため、下地の再酸化も生じ難い。
Ｃ＋Ｏ２  →  ＣＯ，ＣＯ２  ・・・（１）
ＣＯ，ＣＯ２＋Ｈ２  →  ＣＨ４，Ｈ２Ｏ  ・・・（２）
【０１２３】
ステップ２３−１のＯ２含有ガス供給ステップの際の条件としては、圧力：０．０２〜０．５Ｔｏｒｒ（２．６７〜６６．７Ｐａ）、Ｏ２ガス流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ、時間：０．１〜６０ｓｅｃを挙げることができる。より好ましくは、圧力：０．０５〜０．３Ｔｏｒｒ（６．６７〜４０．０Ｐａ）、Ｏ２ガス流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、時間：１〜１０ｓｅｃである。また、ステップ２３−２のＨ２含有プラズマ処理ステップの際の条件としては、圧力：０．０２〜０．５Ｔｏｒｒ（２．６７〜６６．７Ｐａ）、Ｈ２ガス流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１０〜１０００Ｗ、時間：１〜１２０ｓｅｃを挙げることができる。より好ましくは、圧力：０．０５〜０．３Ｔｏｒｒ（６．６７〜４０．０Ｐａ）、Ｈ２ガス流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１００〜５００Ｗ、時間：５〜９０ｓｅｃである。
【０１２４】
ステップ２２の自然酸化膜除去ステップのみで自然酸化膜が除去される場合は、ステップ２３までで処理を終了する。また、上述したフィンＦＥＴを形成するための被処理基板のような、トレンチ３の底部が複雑な形状を有する場合は、ステップ２３終了後、第１の実施形態と同様、ケミカルエッチングによる等方的なエッチング（第１の実施形態のステップ３）、および残渣除去、例えば反応生成物であるＡＦＳ除去（第１の実施形態のステップ４）を行う。
【０１２５】
そして、以上のように自然酸化膜を除去した後、図７、８で示したステップ１２〜１３により、シリケートからなるコンタクトを形成することができる。
【０１２６】
また、本実施形態の場合も、図９の装置にＯ２ガスラインを付加した酸化膜除去装置を用いることにより、同一チャンバー内で一連の処理を行うことができる。さらに、そのような酸化膜除去装置を図１０に示すマルチチャンバータイプのコンタクト形成システムに搭載することにより、シリケートからなるコンタクトを、酸化を抑制しつつ高スループットで形成することができる。
【０１２７】
［第２の実施形態における実験結果］
次に、第２の実施形態における実験結果について説明する。
最初に、Ｓｉ基板（ベアシリコンウエハ）に対してＣ４Ｆ８ガスによるエッチングを行った場合（サンプル１）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｏ２プラズマによる処理（Ｏ２アッシング）を行った場合（サンプル２）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２プラズマによる処理（Ｈ２アッシング）を行った場合（サンプル３）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、本実施形態に従ってＯ２フロー＋Ｈ２プラズマ処理を行った場合（サンプル４）について、ＸＰＳにより残留カーボン濃度および残留酸素濃度を測定した。
【０１２８】
サンプル４の条件は、以下のＯ２フローステップとＨ２プラズマステップを３回繰り返した。
・Ｏ２フローステップ
圧力：０．１Ｔｏｒｒ
Ｏ２ガス流量：５００ｓｃｃｍ
時間：５ｓｅｃ（調圧ステップ：１０ｓｅｃ）
・Ｈ２プラズマ処理
圧力：０．１Ｔｏｒｒ
Ｈ２ガス流量：４８５ｓｃｃｍ
ＲＦパワー：２００Ｗ
時間：１０ｓｅｃ
【０１２９】
なお、サンプル３のＨ２アッシングは、サンプル４のＨ２プラズマ処理と同様とした。また、サンプル２のＯ２アッシングは、別の装置で、０．１Ｔｏｒｒ、Ｏ２ガス流量：５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１００ＭＨｚ／１３．５６ＭＨｚ＝５００／１００Ｗの条件で行った。
【０１３０】
図１４にこれらの残留カーボン濃度を示し、図１５にこれらの残留酸素濃度を示す。なお、リファレンス（ｒｅｆ．）は、シリコン基板（ベアシリコン）の値である。
【０１３１】
これらの図に示すように、Ｏ２アッシングを行ったサンプル２の場合は、残留カーボン濃度は低いが、残留酸素濃度が高く、Ｈ２アッシングを行ったサンプル３の場合は、残留酸素濃度は低いが、残留カーボン濃度が高くなった。これに対し、本実施形態に従ってＯ２フロー＋Ｈ２プラズマ処理を行ったサンプル４は、残留酸素濃度をサンプル２より低く、残留カーボン濃度も低くなることが確認された。
【０１３２】
なお、Ｈ２アッシングの時間を１８０ｓｅｃまで延長することにより、サンプル４と同程度の残留カーボン濃度を得ることができたが、この場合は、表面ラフネスの値（平均値）が、イニシャルで０．０４７８ｐｐｍであったのに対し、２４．２ｐｐｍと著しく上昇し、下地ダメージが生じた。また、Ｈ２アッシングの際のパワーを５００Ｗに上昇することにより、より短時間で残留カーボン濃度を低下させることができるが、この場合も同様に表面ラフネスが悪化した。これに対し、本実施形態のサンプル４では、イニシャルの表面ラフネス０．０５３５ｐｐｍに対し、０．０５２２ｐｐｍであり、表面ラフネスがイニシャルと同程度であった。
【０１３３】
また、サンプル４と、Ｈ２アッシング２００ＷおよびＨ２アッシング５００Ｗの場合について、プラズマ時間に対する残留カーボン濃度の変化を把握した。その結果を図１６に示す。この図に示すように、Ｈ２アッシングの場合は、ＲＦパワーが本実施形態のサンプル４の場合と同様の２００Ｗではカーボン残留量が許容値であるベースライン以下になるまで１８０ｓｅｃかかり、５００Ｗでも９０ｓｅｃ必要であるが、本実施形態のサンプル４ではプラズマ時間が３０ｓｅｃでベースライン以下となった。
【０１３４】
次に、Ｓｉ基板（ベアシリコンウエハ）の自然酸化膜を除去し、その後、プラズマＣＶＤによりＴｉを成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した。Ｔｉ成膜は膜厚５ｎｍとした。自然酸化膜除去は、ＮＨ３ガスおよびＨＦガスによるＣＯＲ処理のみ（３１．５℃、エッチング量：４．５ｎｍ）のリファレンス（Ｒｅｆ．）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング（エッチング量：４．５ｎｍ）後、サンプル４と同様の条件で本実施形態に従ってＯ２フロー＋Ｈ２プラズマ処理を行い、その後ＣＯＲ処理（３１．５℃、エッチング量：１．５ｎｍ）を行ったもの（サンプル５）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング（エッチング量：４．５ｎｍ）後、Ｈ２アッシング（０．１Ｔｏｒｒ、５００Ｗ×９０ｓｅｃ）を行い、その後ＣＯＲ処理（３１．５℃、エッチング量：１．５ｎｍ）を行ったもの（サンプル６）の３種類とした。これらのコンタクトの比抵抗を測定した。その結果を図１７に示す。また、この際の断面ＳＥＭ写真を図１８に示す。これらの図に示すように、本実施形態のサンプル５は、リファレンス（Ｒｅｆ．）よりも比抵抗が低くなった。また、表面ラフネスも良好であった。一方、Ｈ２アッシングを行ったサンプル６は、表面ラフネスが悪く、リファレンス（Ｒｅｆ．）よりも比抵抗が高かった。
【０１３５】
次に、これらについて、Ｔｉ膜とＳｉ基板の界面付近の酸素濃度を、ＳＩＭＳ測定を実施して測定した。その結果を図１９に示す。この図に示すように、本実施形態のサンプル５は、リファレンス（Ｒｅｆ．）よりも酸素濃度が低かった。一方、Ｈ２アッシングを行ったサンプル６は、逆に酸素濃度の上昇が見られた。
【０１３６】
次に、Ｓｉ基板上の絶縁膜に形成されたトレンチの底の自然酸化膜をＣＯＲ処理のみで除去した後、Ｔｉ膜を成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した場合（サンプル７）と、本実施形態に従って、Ｃ４Ｆ８エッチング＋Ｏ２フロー＋Ｈ２プラズマ処理を行い、さらにＣＯＲ処理を行ってＴｉ膜を成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した場合（サンプル８）とを比較した。図２０は、処理前（イニシャル）、サンプル７、サンプル８の断面のＴＥＭ写真である。図２０に示すように、サンプル８はＴｉＳｉが良好に形成され、ＣＤロスも少ないことが確認された。
【０１３７】
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
図２１は第３の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャート、図２２はその工程断面図である。
【０１３８】
本実施形態においても、所定パターンとしてトレンチが形成された被処理体において、トレンチ底部のシリコン部分にコンタクトメタルを成膜してコンタクトを形成する前に、シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜を除去する場合について説明する。
【０１３９】
最初に、シリコン基体１に絶縁膜２が形成され、絶縁膜２に所定パターンとしてトレンチ３が形成された被処理基板（シリコンウエハ）を準備する（ステップ３１；図２２（ａ））。トレンチ３の底部のシリコン部分には自然酸化膜（シリコン含有酸化膜）４が形成されている。絶縁膜２は、主にＳｉＯ２膜で構成されている。一部がＳｉＮ膜であってもよい。
【０１４０】
酸化膜除去処理に先立って、被処理体（シリコンウエハ）に対し、プリクリーン処理等の清浄化処理を行ってもよい。
【０１４１】
次に、カーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングでトレンチ底部の自然酸化膜４を除去する（ステップ３２；図２２（ｂ））。
【０１４２】
カーボンを含むガスとしては、第１の実施形態のステップ２と同様、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフッ化炭素系（ＣｘＦｙ系）ガスを好適に用いることができる。また、ＣＨ２Ｆ２等のフッ素化炭化水素系（ＣｘＨｙＦｚ系）ガスも用いることができる。また、これらに加えてＡｒガスのような希ガス、Ｎ２ガスのような不活性ガス、さらには微量のＯ２ガスを含んでいてもよい。これにより、トレンチ３の側壁にカーボン系の保護膜が形成され、側壁のエッチング進行を抑制しつつ自然酸化膜をエッチングすることができる。ステップ３２の異方性エッチングを行う際の圧力は、第１の実施形態のステップ２と同様、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以下程度に設定される。
【０１４３】
次に、トレンチ側壁のカーボン系保護膜を除去する（ステップ３３）。上述したように、特開２００３−５９９１１号公報に示すように、カーボン系保護膜の除去に酸素ガスまたは酸素を主成分とするガスによるアッシングを用いると、下地のシリコンの再酸化の可能性があり、また、Ｈ２アッシングを用いると下地にダメージを与えないパワーで除去処理を行うと長時間を要してしまう。また、短時間で除去するためにパワーを挙げると下地にダメージを与えてしまう。
【０１４４】
そこで、本実施形態では、カーボン系保護膜を除去するステップ３３としてＨ２／Ｎ２プラズマ処理を用いる（図２２（ｃ））。これにより、下地にダメージを与えずに短時間でカーボン系保護膜を除去することができる。
【０１４５】
Ｈ２／Ｎ２プラズマは、Ｈ２ガスにＮ２ガスを加えたガスをプラズマ化したものであるが、Ｎ２ガスを加えることにより、カーボン除去作用を増大することができるので、下地を酸化させず、低パワーで下地にダメージを与えずに短時間でカーボン系保護膜を除去することができる。
【０１４６】
ステップ３３のＨ２／Ｎ２プラズマ処理ステップの際の条件としては、圧力：０．０２〜０．５Ｔｏｒｒ（２．６７〜６６．７Ｐａ）、Ｈ２ガス流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量：５〜５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１０〜１０００Ｗ、時間：１〜１２０ｓｅｃを挙げることができる。より好ましくは、圧力：０．０５〜０．５Ｔｏｒｒ（６．６７〜６６．７Ｐａ）、Ｈ２ガス流量：１００〜１０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量：１０〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１００〜５００Ｗ、時間：１０〜９０ｓｅｃである。
【０１４７】
ステップ３３までで自然酸化膜が除去されている場合は、ステップ３３までで処理を終了する。また、上述したフィンＦＥＴを形成するための被処理基板のような、トレンチ３の底部が複雑な形状を有する場合は、ステップ３３終了後、第１の実施形態と同様、ケミカルエッチングによる等方的なエッチング（第１の実施形態のステップ３）、および残渣除去、例えば反応生成物であるＡＦＳ除去（第１の実施形態のステップ４）を行う。
【０１４８】
そして、以上のように自然酸化膜を除去した後、図７、８で示したステップ１２〜１３により、シリケートからなるコンタクトを形成することができる。
【０１４９】
また、本実施形態の場合も、図９に示す酸化膜除去装置を用いることにより、同一チャンバー内で一連の処理を行うことができる。さらに、そのような酸化膜除去装置を図１０に示すマルチチャンバータイプのコンタクト形成システムに搭載することにより、シリケートからなるコンタクトを、酸化を抑制しつつ高スループットで形成することができる。
【０１５０】
［第３の実施形態における実験結果］
次に、第３の実施形態における実験結果について説明する。
最初に、Ｓｉ基板（ベアシリコンウエハ）に対してＣ４Ｆ８ガスによるエッチングを行った場合（第２の実施形態のサンプル１）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｏ２フロー＋Ｈ２プラズマ処理を行った場合（第２の実施形態のサンプル４）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理を行った場合（サンプル１１）について、ＸＰＳにより残留カーボン濃度および残留酸素濃度を測定した。
【０１５１】
サンプル１１の条件は以下のとおりである。
圧力：０．１Ｔｏｒｒ
Ｈ２ガス流量：４８５ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス流量：５０ｓｃｃｍ
ＲＦパワー：１００Ｗ
時間：６０ｓｅｃ
【０１５２】
図２３にこれらの残留カーボン濃度を示し、図２４にこれらの残留酸素濃度を示す。なお、リファレンス（ｒｅｆ．）は、シリコン基板（ベアシリコン）の値である。
【０１５３】
これらの図に示すように、本実施形態に従ってＨ２／Ｎ２プラズマ処理を行ったサンプル１１は、第２の実施形態のサンプル４と同程度の残留酸素濃度であり、残留カーボン濃度も低くなることが確認された。また、サンプル１１は表面ラフネスがイニシャルと同程度であった。
【０１５４】
また、サンプル１１と、Ｈ２アッシング２００ＷおよびＨ２アッシング５００Ｗの場合について、プラズマ時間に対する残留カーボン濃度の変化を把握した。その結果を図２５に示す。この図に示すように、Ｈ２アッシングの場合は、ＲＦパワーが２００Ｗではカーボン残留量が許容値であるベースライン以下になるまで１８０ｓｅｃかかり、５００Ｗでも９０ｓｅｃ必要であるが、本実施形態のサンプル１１ではＲＦパワーが１００Ｗにもかかわらずプラズマ時間が６０ｓｅｃでベースライン以下となった。
【０１５５】
次に、Ｓｉ基板（ベアシリコンウエハ）の自然酸化膜を除去し、その後、プラズマＣＶＤによりＴｉを成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した。Ｔｉ成膜は膜厚５ｎｍとした。自然酸化膜除去は、ＮＨ３ガスおよびＨＦガスによるＣＯＲ処理のみ（３１．５℃、エッチング量：４．５ｎｍ）のリファレンス（Ｒｅｆ．）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング（エッチング量：４．５ｎｍ）後、サンプル１１と同様の条件で本実施形態に従ってＨ２／Ｎ２プラズマ処理を行った後ＣＯＲ処理（３１．５℃、エッチング量：１．５ｎｍ）を行ったもの（サンプル１２）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング（エッチング量：４．５ｎｍ）後、Ｈ２アッシング（０．１Ｔｏｒｒ、５００Ｗ×９０ｓｅｃ）を行った後ＣＯＲ処理（３１．５℃、エッチング量：１．５ｎｍ）を行ったもの（第２の実施形態のサンプル６）の３種類とした。これらのコンタクトの比抵抗を測定した。その結果を図２６に示す。また、この際の断面ＳＥＭ写真を図２７に示す。これらの図に示すように、本実施形態のサンプル１２は、リファレンス（Ｒｅｆ．）よりも比抵抗が低くなった。また、表面ラフネスも良好であった。一方、上述したようにＨ２アッシングを行ったサンプル６は、表面ラフネスが悪く、リファレンス（Ｒｅｆ．）よりも比抵抗が高かった。
【０１５６】
次に、これらについて、Ｔｉ膜とＳｉ基板の界面付近の酸素濃度を、ＳＩＭＳ測定を実施して測定した。その結果を図２８に示す。この図に示すように、本実施形態のサンプル１２は、リファレンス（Ｒｅｆ．）よりも酸素濃度が低かった。一方、Ｈ２アッシングを行ったサンプル６は、逆に酸素濃度の上昇が見られた。
【０１５７】
次に、Ｓｉ基板上の絶縁膜に形成されたトレンチの底の自然酸化膜をＣＯＲ処理のみで除去した後、Ｔｉ膜を成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した場合（第２の実施形態のサンプル７）と、本実施形態に従って、Ｃ４Ｆ８エッチング−Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理を行った後、さらにＣＯＲを行い、その後Ｔｉ膜を成膜してＴｉＳｉコンタクトを形成した場合（サンプル１３）とを比較した。図２９は、処理前（イニシャル）、サンプル７、サンプル１３の断面のＴＥＭ写真である。図２９に示すように、サンプル１３はＴｉＳｉが良好に形成され、ＣＤロスも少ないことが確認された。
【０１５８】
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
本実施形態においても、所定パターンとしてトレンチが形成された被処理体において、トレンチ底部のシリコン部分にコンタクトメタルを成膜してコンタクトを形成する前に、シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜を除去する場合について説明する。
上記第２の実施形態および第３の実施形態では、ＣｘＦｙ等のカーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングでトレンチ底部の自然酸化膜を除去し、その後、Ｏ２フロー＋Ｈ２プラズマ（第２の実施形態）、またはＨ２／Ｎ２プラズマ（第３の実施形態）により、下地のシリコンの再酸化や下地のダメージを抑制しつつトレンチの側壁に存在するカーボン系保護膜を除去する例を示した。
【０１５９】
しかしながら、ＣｘＦｙ等のカーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングを行った際には、図３０に示すように、下地のシリコン基体１の表面にカーボンやフッ素等が打ち込まて、これらの不純物をわずかに含む極薄いカーボン含有層２１が形成され、これがコンタクト抵抗を上昇させる等の問題を生じさせる場合がある。Ｏ２フロー＋Ｈ２プラズマやＨ２／Ｎ２プラズマでは、カーボン系保護膜は除去されるものの、下地のシリコン基体１表面のカーボン含有層２１までは除去できない。図３１はこのことを示すものであり、Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理の処理時間とカーボン量との関係を示すものである。この図に示すように、初期にはカーボン量の低下がみられるが、一定時間経過後はほとんどカーボン量が減少せず、シリコン基体１表面に打ち込まれたカーボンまでは除去できないことがわかる。
【０１６０】
また、その後ＣＯＲ処理を行ってトレンチ底部の自然酸化膜の残部を除去する場合でも、ＣＯＲ処理は酸化膜を除去する処理であるから、カーボン含有層２１を除去することは困難である。
【０１６１】
このような不純物除去には、シリコンウエハを大気開放して犠牲酸化し、ウエット洗浄により、酸化膜および汚染を除去する技術が従来から用いられているが、コンタクトメタル工程では大気開放時の汚染が懸念され、現実的ではない。
【０１６２】
そこで、本実施形態では、このような下地のシリコン基体１表面のカーボン含有層２１をも除去可能な酸化膜除去方法について示す。
図３２は第４の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャート、図３３はその工程断面図である。
【０１６３】
最初に、シリコン基体１に絶縁膜２が形成され、絶縁膜２に所定パターンとしてトレンチ３が形成された被処理基板（シリコンウエハ）を準備する（ステップ４１；図３３（ａ））。トレンチ３の底部のシリコン部分には自然酸化膜（シリコン含有酸化膜）４が形成されている。絶縁膜２は、主にＳｉＯ２膜で構成されている。一部がＳｉＮ膜であってもよい。
【０１６４】
酸化膜除去処理に先立って、被処理体（シリコンウエハ）に対し、プリクリーン処理等の清浄化処理を行ってもよい。
【０１６５】
次に、カーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングでトレンチ底部の自然酸化膜４を除去する（ステップ４２；図３３（ｂ））。
【０１６６】
この際のイオン性の異方性エッチングは、上述の第１〜第３の実施形態と同様に行われる。これにより、トレンチ３の側壁にカーボン系の保護膜５が形成され、側壁のエッチング進行を抑制しつつ自然酸化膜をエッチングすることができる。一方、このとき、シリコン基体１の表面には、ＣｘＦｙ等が打ち込まれて上述したようなカーボン含有層２１が形成される。
【０１６７】
次に、Ｏ２プラズマ処理を行う（ステップ４３；図３３（ｃ））。このＯ２プラズマ処理により、トレンチ側壁のカーボン系保護膜を除去するとともに、シリコン基体１の表面のカーボン含有層２１に対応する部分を極薄く酸化させ、カーボン含有層２１に含まれていたカーボン等を取り込んだ状態でかつ自然酸化膜４の残部と一体となった極薄い酸化膜２２が形成される。
【０１６８】
ステップ４３のＯ２プラズマ処理の際の条件としては、Ｏ２ガス流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ、圧力：０．１〜２．０Ｔｏｒｒ（１３．３〜２６６．６Ｐａ）、ＲＦパワー：１００〜５００Ｗ、処理時間：１０〜１２０ｓｅｃを挙げることができる。
【０１６９】
次に、ケミカルエッチングを行う（ステップ４４；図３３（ｄ））。これにより、ケミカルガスとトレンチ３の底部に存在する酸化膜２２とを反応させ、これらを除去する。このとき、トレンチ３の底部には、ステップ４３で生成された酸化膜２２とケミカルガスとの反応によりカーボン等を含んだ反応生成物２３が生成される。ケミカルエッチングは等方的なエッチングであるから、トレンチ底部の複雑形状部分の酸化物も除去することができる。なお、絶縁膜２の上面およびトレンチ３の側壁にも反応生成物２３が生成される。
【０１７０】
ケミカルエッチングとしては、第１の実施形態と同様、ＮＨ３ガスとＨＦガスを用いたＣＯＲ処理を好適に用いることができる。希釈ガスとしてＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを加えてもよい。このときの条件は、第１の実施形態と同様である。反応生成物２３は、主にフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ）からなる。
【０１７１】
次に、トレンチ３の側壁および底部に残存する反応生成物２３を除去する（ステップ４５；図３３（ｅ））。
【０１７２】
ステップ４５の反応生成物除去処理は、例えばＨ２含有ガスのプラズマであるＨ２プラズマで行うことができる。これにより、側壁や底部の再酸化を抑制しつつ反応生成物２３を除去することができる。このときの条件は、第１の実施形態のステップ４と同様とすることができる。
【０１７３】
このように本実施形態では、Ｏ２プラズマにより、シリコン基体１の表面に形成されたカーボン含有層２１を酸化させて酸化層２２を形成し、その後のＣＯＲ処理等のケミカルエッチング（および反応生成物除去）により、カーボン等の不純物を酸化層２２とともに除去するので、トレンチ底部においてＴｉと基体Ｓｉとの反応性が良好となり、コンタクト抵抗を低減することができる。また、Ｏ２プラズマはカーボン除去能力も高いため、第２の実施形態および第３の実施形態よりもカーボン含有保護膜除去処理の処理時間を短縮することができる。さらに、チャンバー内壁に成膜されるＣＦ系膜の除去能力も高いため、ＣＦ系膜はがれ起因のパーティクルを低減させることもできる。
【０１７４】
また、真空中で、Ｏ２プラズマ処理およびＣＯＲ処理等のケミカル処理を行うことができるので、従来の犠牲酸化とは異なり、大気暴露することなく酸化層２２を除去するので、大気開放時の汚染の問題を解消することができる。
【０１７５】
なお、上記第２の実施形態および第３の実施形態では、残留カーボン濃度のみならず残留酸素濃度を低くすることを指向していたが、本実施形態では、その後にＣＯＲ処理等の酸化膜除去処理を行うため、残留酸素濃度は問題とならない。
【０１７６】
［第４の実施形態における実験結果］
次に、第４の実施形態における実験結果について説明する。
最初に、Ｓｉ基板（ベアシリコンウエハ）に対して、ＣＯＲ処理のみを行った場合（サンプル２１）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチングを行った後、Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理を行った場合（サンプル２２）、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｏ２プラズマ処理を行った（サンプル２３）について、ＸＰＳにより残留カーボン濃度を測定した。なお、サンプル２２の処理条件は時間が１８０ｓｅｃの他は上記第３の実施形態のサンプル１１と同様であり、サンプル２３の処理条件は、第２の実施形態のサンプル２と同様の条件で１２０ｓｅｃ行った。
【０１７７】
これらの結果を図３４に示す。この図に示すように、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｏ２プラズマ処理を行ったサンプル２３は、残留カーボン濃度が、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチングを行わないサンプル２１よりも高いものの、Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理を行ったサンプル２２よりも低減しているのがわかる。
【０１７８】
次に、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後のＯ２プラズマ処理における処理時間と酸化膜膜厚との関係について実験した。図３５は、その結果を示す図である。この図に示すように、酸化膜の成長速度は０．５ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、制御性が良好であることが確認された。
【０１７９】
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態に係る酸化膜除去方法について説明する。
図３６は第５の実施形態に係る酸化膜除去方法を示すフローチャート、図３７はその工程断面図である。
【０１８０】
本実施形態においても、所定パターンとしてトレンチが形成された被処理体において、トレンチ底部のシリコン部分にコンタクトメタルを成膜してコンタクトを形成する前に、シリコン部分の表面に形成された自然酸化膜を除去する場合について説明する。
【０１８１】
最初に、シリコン基体１に絶縁膜２が形成され、絶縁膜２に所定パターンとしてトレンチ３が形成された被処理基板（シリコンウエハ）を準備する（ステップ５１；図３７（ａ））。トレンチ３の底部のシリコン部分には自然酸化膜（シリコン含有酸化膜）４が形成されている。絶縁膜２は、主にＳｉＯ２膜で構成されている。一部がＳｉＮ膜であってもよい。
【０１８２】
酸化膜除去処理に先立って、被処理体（シリコンウエハ）に対し、プリクリーン処理等の清浄化処理を行ってもよい。
【０１８３】
次に、カーボンを含むガスのプラズマによるイオン性の異方性エッチングでトレンチ底部の自然酸化膜４を除去する（ステップ５２；図３７（ｂ））。
【０１８４】
カーボンを含むガスとしては、第１の実施形態のステップ２と同様、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフッ化炭素系（ＣｘＦｙ系）ガスを好適に用いることができる。また、ＣＨ２Ｆ２等のフッ素化炭化水素系（ＣｘＨｙＦｚ系）ガスも用いることができる。また、これらに加えてＡｒガス等の希ガス、およびＮ２ガスのような不活性ガス、さらには微量のＯ２ガスを含んでいてもよい。これにより、トレンチ３の側壁にカーボン系の保護膜が形成され、側壁のエッチング進行を抑制しつつ自然酸化膜をエッチングすることができる。ステップ３２の異方性エッチングを行う際の圧力は、第１の実施形態のステップ２と同様、０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）以下程度に設定される。
【０１８５】
次に、トレンチ側壁のカーボン系保護膜を除去する（ステップ５３）。上述したように、特開２００３−５９９１１号公報に示すように、カーボン系保護膜の除去に酸素ガスまたは酸素を主成分とするガスによるアッシングを用いると、下地のシリコンの再酸化の可能性があり、また、Ｈ２アッシングを用いると下地にダメージを与えないパワーで除去処理を行うと長時間を要してしまう。また、短時間で除去するためにパワーを挙げると下地にダメージを与えてしまう。
【０１８６】
このような問題を解消するために、第３の実施形態では、カーボン系保護膜を除去するステップとしてＨ２／Ｎ２プラズマを用いている。しかし、Ｈ２／Ｎ２プラズマよりもアッシング速度が速く、かつ残留カーボンおよび残留フッ素の濃度をさらに低減することが望まれている。
【０１８７】
そこで、本実施形態では、カーボン系保護膜を除去するステップ５３としてＨ２／ＮＨ３プラズマ処理を用いる（図３７（ｃ））。これにより、下地にダメージを与えずに短時間でカーボン系保護膜を除去することができ、カーボン系保護膜の除去後の残留カーボンおよび残留フッ素の濃度を低減することができる。
【０１８８】
Ｈ２／ＮＨ３プラズマは、Ｈ２ガスにＮＨ３ガスを加えたガスをプラズマ化したものであるが、ＮＨ３ガスを加えることにより、高濃度のＮ−Ｈ結合が期待でき、カーボン除去作用を増大しつつ、残留フッ素および残留カーボンの濃度を抑制することができる。このため、下地を酸化させず、低パワーで下地にダメージを与えずに、短時間でかつ残留フッ素および残留カーボンがより少ない状態でカーボン系保護膜を除去することができる。
【０１８９】
ステップ５３のＨ２／ＮＨ３プラズマ処理ステップの際の条件としては、圧力：０．１〜１．０Ｔｏｒｒ（１３．３〜１３３．３Ｐａ）、Ｈ２ガス流量：１０〜５０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量：１〜１０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：１０〜１０００Ｗ、時間：１〜１５０ｓｅｃを挙げることができる。より好ましくは、圧力：０．３〜０．７Ｔｏｒｒ（４０，０〜９３．３Ｐａ）、Ｈ２ガス流量：１００〜７００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量：５〜５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：５０〜５００Ｗ、時間：１０〜１２０ｓｅｃである。また、Ｈ２ガス＋ＮＨ３ガスに対するＮＨ３ガスの流量比は、５０％以下が好ましく、０．１〜２５％がより好ましい。
【０１９０】
ステップ５３までで自然酸化膜が除去されている場合は、ステップ５３までで処理を終了する。また、上述したフィンＦＥＴを形成するための被処理基板のような、トレンチ３の底部が複雑な形状を有する場合は、ステップ５３終了後、第１の実施形態と同様、ケミカルエッチングによる等方的なエッチング（第１の実施形態のステップ３）、および残渣除去、例えば反応生成物であるＡＦＳ除去（第１の実施形態のステップ４）を行う。
【０１９１】
そして、以上のように自然酸化膜を除去した後、図７、８で示したステップ１２〜１３により、シリケートからなるコンタクトを形成することができる。
【０１９２】
また、本実施形態の場合も、図９に示す酸化膜除去装置を用いることにより、同一チャンバー内で一連の処理を行うことができる。さらに、そのような酸化膜除去装置を図１０に示すマルチチャンバータイプのコンタクト形成システムに搭載することにより、シリケートからなるコンタクトを、酸化を抑制しつつ高スループットで形成することができる。
【０１９３】
［第５の実施形態における実験結果］
次に、第５の実施形態における実験結果について説明する。
ここでは、Ｓｉ基板（ベアシリコンウエハ）に対してＣ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２／Ｎ２プラズマ処理を行った場合（サンプル３１：第３の実施形態）と、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２／ＮＨ３プラズマ処理のＮＨ３ガスの流量比を大きくした場合（サンプル３２：ＮＨ３流量比「大」）と、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２／ＮＨ３プラズマ処理のＮＨ３ガスの流量比をサンプル３２より小さくした場合（サンプル３３：ＮＨ３流量比「中」）と、Ｃ４Ｆ８ガスによるエッチング後、Ｈ２／ＮＨ３プラズマ処理のＮＨ３ガスの流量比をさらに小さくした場合（サンプル３４：ＮＨ３流量比「小」）について、ＸＰＳにより残留カーボン濃度および残留フッ素濃度を測定し、比較した。
【０１９４】
本実験における条件は以下のとおりである。
・サンプル３１（第３の実施形態）
圧力：０．５Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量：４００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量：５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：２００Ｗ、時間：１８０ｓｅｃ
・サンプル３２（ＮＨ３流量比「大」）
圧力：０．５Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量：３５０ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量：１００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：２００Ｗ、時間：１８０ｓｅｃ
・サンプル３３（ＮＨ３流量比「中」）
圧力：０．５Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量：４００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量：５０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：２００Ｗ、時間：１８０ｓｅｃ
・サンプル３４（ＮＨ３流量比「小」）
圧力：０．５Ｔｏｒｒ、Ｈ２ガス流量：４３０ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量：２０ｓｃｃｍ、ＲＦパワー：２００Ｗ、時間：１８０ｓｅｃ
【０１９５】
図３８にこれらの残留カーボン濃度を示し、図３９にこれらの残留フッ素濃度を示す。
【０１９６】
これらの図に示すように、Ｈ２ガスに対して、ＮＨ３ガスを添加することで、残留カーボン濃度および残留フッ素濃度を低減することができ、ＮＨ３ガス流量が２０〜１００ｓｃｃｍの範囲（ＮＨ３ガス流量比が４．４〜２２．２％の範囲）で小流量になるほど残留カーボン濃度および残留カーボン濃度の低減効果が高いことが確認された。
【０１９７】
＜他の適用＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。
【０１９８】
例えば、上記実施形態では、フィンＦＥＴのトレンチ底部のコンタクト部分における自然酸化膜除去に本発明を用いた場合について説明したが、これに限らず、微細パターンの底部に形成された酸化膜の除去に適用することができる。また、パターンとしてトレンチの場合を例示したが、トレンチに限らず、ビアホール等、他の形状であってもよい。
【０１９９】
また、第１の実施形態では、ケミカルエッチング後の残渣除去、酸化膜除去後に残存したカーボン系保護膜の除去をＨ２プラズマを用いて行った例を示したが、これに限るものではない。
【０２００】
さらに、上記実施形態では被処理基板としてシリコンウエハを用いた場合について示したが、これに限らず、トレンチの底部にシリコン含有酸化膜が存在する場合であれば、化合物半導体、ガラス基板、セラミックス基板等、どのような基板であってもよい。
【符号の説明】
【０２０１】
１；シリコン基板
２；絶縁膜
３；トレンチ（パターン）
４；自然酸化膜（シリコン酸化膜）
５；カーボン系保護膜
６；残渣
１１；金属膜
１２；コンタクト
２１；カーボン含有層
２２；酸化膜
２３；反応生成物
１００；酸化膜除去装置
１０１；チャンバー
１０２；サセプタ
１０５；シャワーヘッド
１１０；ガス供給機構
１１３；静電チャック
１１５；高周波電源
１２０；排気機構
１４０；制御部
２００；金属膜成膜装置
３００；コンタクト形成システム
３０１；真空搬送室
３０２；ロードロック室
３０３；大気搬送室
３０６，３０８；搬送機構
Ｗ；シリコンウエハ（被処理基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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