(57)【要約】【課題】  ドライエッチング処理により半導体基板上の酸化膜を除去する界面清浄化処理において、半導体基板上に吸着させたエッチング生成物をほぼ確実に除去可能にする。【解決手段】  本発明の酸化膜エッチング方法は、ＮＦ３とＨ２、Ｎ２、ＨＦ、ＮＨ３の中の１ないし複数のガスを用いて、半導体基板１上の酸化膜との反応により珪弗化アンモニウム塩からなるエッチング生成物を形成するドライエッチング工程と、このエッチング工程を実行後、前記半導体基板を１００℃以上の温度で加熱して前記エッチング生成物を昇華させるアニール工程と、このアニール工程を実行後、水素ラジカルを導入して前記半導体基板上に残存するエッチング生成物を除去する水素ラジカル導入工程とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の酸化膜をエッチング除去する酸化膜エッチング方法において、
ＮＦ３とＨ２、Ｎ２、ＨＦ、ＮＨ３の中の１ないし複数のガスを用いて、前記酸化膜と前記ガスとの反応により珪弗化アンモニウム塩からなるエッチング生成物を形成するドライエッチング工程と、
前記エッチング工程を実行後、前記半導体基板を１００℃以上の温度で加熱して前記エッチング生成物を昇華させるアニール工程と、
前記アニール工程を実行後、水素プラズマまたは水素ラジカルを導入して前記半導体基板上に残存するエッチング生成物を除去する水素ラジカル導入工程とを備えたことを特徴とする酸化膜エッチング方法。
【請求項２】
半導体基板上にトランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記電極形成工程後、前記ゲート電極上および前記半導体基板上に形成された自然酸化膜をＮＦ３とＨ２、Ｎ２、ＨＦ、ＮＨ３の中の１ないし複数のガスを用いてドライエッチング処理し、珪弗化アンモニウム塩からなるエッチング生成物を前記ゲート電極上および前記半導体基板上に形成する工程と、
前記エッチング生成物形成工程後、前記半導体基板を１００℃以上の温度で加熱して前記エッチング生成物を昇華させる工程と、
前記昇華工程後、水素プラズマまたは水素ラジカルを導入して前記半導体基板上に残存するエッチング生成物を除去する工程とを備えたことを特徴とする酸化膜エッチング方法。
【請求項３】
半導体基板上に絶縁膜を形成後、前記半導体基板の表面に達するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール形成工程後、前記コンタクトホールの底の前記半導体基板表面上に形成された自然酸化膜をＮＦ３とＨ２、Ｎ２、ＨＦ、ＮＨ３の中の１ないし複数のガスを用いてドライエッチング処理し、珪弗化アンモニウム塩からなるエッチング生成物を前記半導体基板表面上に形成する工程と、
前記エッチング生成物形成工程後、前記半導体基板を１００℃以上の温度で加熱して前記エッチング生成物を昇華させる工程と、
前記昇華工程後、水素プラズマまたは水素ラジカルを導入して前記半導体基板表面上に残存するエッチング生成物を除去する工程とを備えたことを特徴とする酸化膜エッチング方法。
【請求項４】
前記半導体基板の加熱中または加熱後に、ガスパージ処理を導入するように構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の酸化膜エッチング方法。
【請求項５】
前記ドライエッチングの際に、水素ラジカルを導入するように構成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の酸化膜エッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング処理により半導体基板上の自然酸化膜を除去する酸化膜エッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体微細化が進む中で、ゲート配線の形成時やコンタクト配線形成時において、界面（表面）清浄化が必要になってきている。従来においては、ゲート配線やコンタクト配線の表面清浄化のためにウェットケミカル洗浄が導入されていた。しかし、ウェットケミカル処理を行なうと、例えばゲート配線間の絶縁膜にボイドが発生することがあり、ボイド抑制の制御が困難になりつつある。
【０００３】
これらの問題を解決するために、ドライエッチング処理を導入した界面清浄化の処理方法が考えられている。この処理方法により例えばゲート配線の界面清浄化を行う場合、まず、ＮＦ３／Ｈ２／Ｎ２／ＨＦ／ＮＨ３等の反応ガスを用いてエッチングチャンバーでウエハのドライエッチング処理を行い、ウエハ上の自然酸化膜との間でエッチング反応を起こさせて、エッチング生成物をウエハー上に吸着させる。この後、アニールチャンバーにて１００℃以上の温度でウエハを加熱してウエハー上に吸着させたエッチング生成物を揮発させて除去する。
【０００４】
しかし、上記したドライエッチング処理を導入した界面清浄化処理では、ウエハー上に吸着させたエッチング生成物を完全に除去しきれず、ウエハー上に残留することがあった。このような場合、例えばゲート配線やコンタクト配線等でリークやショートが発生したり、パーティクルが発生してウエハー上に残留したりする問題が生じた。また、例えば後工程のＣｏ、Ｎｉ等の金属形成後、アニールして金属シリサイドを形成するサリサイド反応において、上記除去しきれずに残留したエッチング生成物によりゲート配線のシリサイド均一反応等が阻害される等の問題が生じた。尚、ウエハー上のエッチング生成物を除去する技術の一例として、特許文献１に記載された方法が知られている。
【特許文献１】特開平５−１５２２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、ドライエッチング処理により半導体基板上の自然酸化膜を除去する界面清浄化処理において、半導体基板上に吸着させたエッチング生成物をほぼ確実に除去することができる酸化膜エッチング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の酸化膜エッチング方法は、ＮＦ３とＨ２、Ｎ２、ＨＦ、ＮＨ３の中の１ないし複数のガスを用いて、前記酸化膜と前記ガスとの反応により珪弗化アンモニウム塩からなるエッチング生成物を形成するドライエッチング工程と、前記エッチング工程を実行後、前記半導体基板を１００℃以上の温度で加熱して前記エッチング生成物を昇華させるアニール工程と、前記アニール工程を実行後、水素プラズマまたは水素ラジカルを導入して前記半導体基板上に残存するエッチング生成物を除去する水素ラジカル導入工程とを備えたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ドライエッチング処理により半導体基板上の自然酸化膜を除去する界面清浄化処理において、半導体基板上に吸着させたエッチング生成物をほぼ確実に除去することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を例えばＭＯＳトランジスタのゲート配線の表面の清浄化処理に適用した第１の実施例について、図１ないし図６を参照しながら説明する。尚、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
【０００９】
まず、図１はＭＯＳトランジスタの断面構造を概略的に示す断面図である。この図１に示すように、ＭＯＳトランジスタＴｒは、半導体基板としての例えばｐ型（またはｎ型）のシリコン基板１の上にゲート絶縁膜２を介してゲート電極３が形成されると共に、このゲート電極３の両脇に対してシリコン基板１の表層側にソース／ドレイン領域４が形成されることにより構成されている。
【００１０】
ゲート絶縁膜２は、例えばシリコン酸化膜により形成されており、例えばシリコン基板１が熱酸化されることにより構成されている。ゲート電極３は、例えば不純物がドープされたポリシリコン膜５と、ポリシリコン膜５上に積層された金属シリサイドとから構成されており、ゲート配線の一部を構成するものである。尚、図１は金属シリサイドが形成される前の状態（金属として例えばＣｏを堆積する前の状態）を示しており、ポリシリコン膜５上に絶縁膜６が積層されている。上記ゲート電極３の側壁には、ゲート側壁絶縁膜７が形成されている。ソース／ドレイン領域４は、シリコン基板２の表層部分に対するゲート電極３の両脇に対してｎ型（またはｐ型）の不純物が拡散された拡散領域である。
【００１１】
このゲート電極３を形成した際、絶縁膜６とソース／ドレイン領域４の表面には自然酸化膜８が形成される。この自然酸化膜８を除去するために（表面清浄化処理を行うために）、ドライエッチング処理を実行する（ドライエッチング工程）。この場合、ＮＦ３／Ｈ２／Ｎ２／ＨＦ／ＮＨ３等の反応ガスの中の１ないし複数のガスを用いてエッチングチャンバーでウエハ（シリコン基板１）のドライエッチング処理を行い、ウエハ上の自然酸化膜（絶縁膜６とソース／ドレイン領域４の表面の自然酸化膜）８との間でエッチング反応を起こさせる。そして、図２に示すように、上記エッチング反応により生成されたエッチング生成物（即ち、珪弗化アンモニウム塩）９を、ウエハ（絶縁膜６とソース／ドレイン領域４の表面）上に吸着させる。
【００１２】
この後、図３に示すように、アニールチャンバーにて例えば１００℃以上の温度でウエハを加熱して、ウエハ上に吸着されたエッチング生成物９を揮発させる（アニール工程）。この場合、ウエハを加熱しただけでは、ウエハ上に吸着されたエッチング生成物９を完全に除去しきれず、図４に示すように、ウエハ上に残留する、即ち、残留生成物１０が残ることがあった。
【００１３】
そこで、上記残留生成物１０を除去するために、図４の状態で水素ラジカルＨ＊を導入してウエハ上に残っている残留生成物（エッチング生成物）１０を除去する工程（水素ラジカル導入工程）を実行する。具体的には、ウエハを再度エッチングチャンバーに戻して、水素ラジカルＨ＊処理を実行する（図５参照）。尚、本実施例では、上記水素ラジカル導入工程は、例えば室温で実行している。また、ウエハの温度を室温よりも高くして、水素ラジカル導入工程を実行しても良い。
【００１４】
上記水素ラジカル導入工程を実行することにより、ＳｉＦｘ系の残留生成物（エッチング生成物）１０を下記の反応式により分解して除去することができる。
ａＳｉＦｘ＋ｎＨ＊→ａＳｉ＋ｎＨＦ
この結果、図６に示すように、ウエハの界面、即ち、絶縁膜６とソース／ドレイン領域４の表面を清浄化することができる。
【００１５】
このような構成の本実施例によれば、エッチング生成物９を除去するために、ウエハを加熱するアニール工程を実行後、水素ラジカルＨ＊を導入してウエハ（絶縁膜６とソース／ドレイン領域４の表面）上に残っている残留生成物（エッチング生成物）１０を除去するように構成したので、絶縁膜６とソース／ドレイン領域４の表面の自然酸化膜をほぼ確実に除去する、即ち、表面をほぼ確実に清浄化することができる。これにより、ゲート配線処理の均一形成が可能となる。
【００１６】
図７ないし図１２は、本発明の第２の実施例を示すものである。尚、第１の実施例と同一構成には、同一符号を付している。この第２の実施例は、コンタクト配線用のホールの内底部の表面の清浄化処理に本発明を適用した実施例である。
【００１７】
まず、図７に示すように、シリコン基板１上には、絶縁膜１１が形成されており、この絶縁膜１１にコンタクトホール１２が形成されている。このコンタクトホール１２の内底部の表面は自然に酸化しており、その表面には、自然酸化膜８が形成されている。この自然酸化膜８を除去するために（表面清浄化処理を行うために）、ドライエッチング処理を実行する。この場合、ＮＦ３／Ｈ２／Ｎ２／ＨＦ／ＮＨ３等の反応ガスの中の１ないし複数のガスを用いてエッチングチャンバーでウエハ（シリコン基板１）をドライエッチング処理を行い、ウエハ上の自然酸化膜（コンタクトホール１２の内底部の表面の自然酸化膜）８との間でエッチング反応を起こさせる（ドライエッチング工程）。そして、図８に示すように、上記エッチング反応により生成されたエッチング生成物（即ち、珪弗化アンモニウム塩）９を、ウエハ（コンタクトホール１２の内底部の表面）上に吸着させている。
【００１８】
この後、図９に示すように、アニールチャンバーにて例えば１００℃以上の温度でウエハを加熱して、ウエハ上に吸着されたエッチング生成物９を揮発させる（アニール工程）。この場合、ウエハを加熱しただけでは、ウエハ上に吸着されたエッチング生成物９を完全に揮発除去しきれず、図１０に示すように、ウエハ（コンタクトホール１２の内底部）上に残留する、即ち、残留生成物１０が残ることがある。
【００１９】
上記残留生成物１０を除去するために、水素ラジカルＨ＊を導入してウエハ上に残っている残留生成物（エッチング生成物）１０を除去する工程（水素ラジカル導入工程）を実行する。具体的には、ウエハを再度エッチングチャンバーに戻して、水素プラズマを用いて水素ラジカルＨ＊処理を実行する（図１１参照）。尚、上記水素ラジカル導入工程は、例えば室温で実行している。また、ウエハの温度を室温よりも高くして、水素ラジカル導入工程を実行しても良い。
【００２０】
上記水素ラジカル導入工程を実行することにより、ＳｉＦｘ系の残留生成物（エッチング生成物）１０を下記の反応式により分解して除去することができる。
ａＳｉＦｘ＋ｎＨ＊→ａＳｉ＋ｎＨＦ
この結果、図１２に示すように、ウエハの界面、即ち、コンタクトホール１２の内底部の表面を清浄化することができる。
【００２１】
尚、上述した以外の第２の実施例の構成は、第１の実施例の構成と同じ構成となっている。従って、第２の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。
【００２２】
上記した各実施例において、水素ラジカルＨ＊を導入する水素ラジカル導入工程を実行する場合、本発明の第３の実施例として図１３に示す構成のプラズマエッチング装置１３を使用することが好ましい。このプラズマエッチング装置１３は、周知構成のドライエッチング装置と基本的な構成は同じであり、エッチングチャンバー１４と、エッチングチャンバー１４内に設けられウエハ１５を載置固定するステージ１６と、エッチングチャンバー１４内へガスを供給する供給部１７と、エッチングチャンバー１４内のガスを排気する排気部１８とを備えている。
【００２３】
供給部１７には、ＨＦを供給する第１の供給部１９と、Ｈ２を供給する第２の供給部２０と、ＮＨ３を供給する第３の供給部２１とが設けられている。第２の供給部２０と第３の供給部２１とには、内部のガスにマイクロ波を照射する導波管２２，２３が設けられている。この構成の場合、導波管２２から出力されたマイクロ波が第２の供給部２０内のＨ２に照射されると、Ｈ２がプラズマ化され、水素プラズマ、即ち、活性種(水素ラジカルやイオン等を含んだもの)がエッチングチャンバー１４内に供給される。同様にして、導波管２３から出力されたマイクロ波が第３の供給部２１内のＮＨ３に照射されると、ＮＨ３がプラズマ化され、活性種(水素ラジカルやイオン等を含んだもの)がエッチングチャンバー１４内に供給される。
【００２４】
尚、ステージ１６には、ステージ１６ひいてはウエハ１５を冷却するための冷媒流路２４が配設されている。ウエハ１５を冷却すると、エッチング生成物（珪弗化アンモニウム塩）９がウエハ１５上に吸着され易くなる。
【００２５】
（他の実施形態）
本発明は、上記各実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
【００２６】
まず、上記各実施例においては、ウエハをエッチングチャンバーに入れてドライエッチング処理した後、ウエハをアニールチャンバーに入れて加熱し、その後、ウエハをエッチングチャンバーに戻して水素ラジカルＨ＊処理を実行するように構成したが、これに限られるものではなく、エッチングチャンバーにウエハを加熱する機能を設け、同じ１つのエッチングチャンバー内でウエハを、ドライエッチング処理し、加熱し、水素ラジカルＨ＊処理するように構成しても良い。また、上記各実施例及び上記変形例において、ウエハを１枚ずつ処理するように構成(即ち、枚葉装置として構成)しても良いし、ウエハを複数枚同時に処理するように構成(即ち、バッチ式装置として構成)しても良い。
【００２７】
上記各実施例及び上記各変形例において、ウエハの加熱（アニール処理）中またはアニール処理後の搬送途中にガスパージ処理を導入することが好ましい。ガスパージ処理を導入すると、ウエハ上に残留するエッチング生成物の量を低減することができる。
【００２８】
また、上記各実施例及び上記各変形例において、ウエハをドライエッチング処理してエッチング生成物（珪弗化アンモニウム塩）を形成するときに、水素ラジカルＨ＊を導入するように構成しても良い。このように構成すると、ウエハ上に残留するエッチング生成物の量を低減することができる。この場合、Ｎ２及びＨ２を供給する場合、Ｎ２及びＨ２が流れる供給部にマイクロ波を照射して活性種（ラジカル、イオン等）としてこれをエッチングチャンバー内に導入するように構成することが好ましい。
【００２９】
また、ＮＦ３及びＮＨ３を供給する場合には、ＮＦ３及びＮＨ３をリモートプラズマで活性種（ラジカル、イオン等）にしてエッチングチャンバー内に導入するように構成することが好ましい。更に、ＮＨ３及びＨＦを直接エッチングチャンバー内に導入してＮＨ４Ｆｘ系の活性種（ラジカル、イオン等）を生成させるように構成しても良い。更にまた、Ｎ２及びＮＨ３を供給する場合、Ｎ２及びＮＨ３が流れる供給部にマイクロ波を照射して活性種（ラジカル、イオン等）としてこれをエッチングチャンバー内に導入するように構成することがより一層好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、ゲート配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その１）
【図２】ゲート配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その２）
【図３】ゲート配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その３）
【図４】ゲート配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その４）
【図５】ゲート配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その５）
【図６】ゲート配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その６）
【図７】本発明の第２の実施例を示すもので、コンタクト配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その１）
【図８】コンタクト配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その２）
【図９】コンタクト配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その３）
【図１０】コンタクト配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その４）
【図１１】コンタクト配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その５）
【図１２】コンタクト配線の表面清浄化処理を説明する断面図（その６）
【図１３】本発明の第３の実施例を示すドライエッチング装置の断面図
【符号の説明】
【００３１】
図面中、１はシリコン基板（半導体基板）、２はゲート絶縁膜、４はソース／ドレイン領域、５はポリシリコン膜、６は絶縁膜、８は自然酸化膜、９はエッチング生成物、１０は残留生成物、１２はコンタクトホール、１３はプラズマエッチング装置、１４はエッチングチャンバー、１５はウエハである。
【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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