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    • 专利摘要:
    本發明提供一種堆積物去除方法，係無關於蝕刻處理後的放置時間長短，可有效率地去除堆積物，並且，可抑制對於圖案中之構造物的二氧化矽所造成的損傷。該堆積物去除方法係去除堆積在因蝕刻而形成於基板上之圖案表面的堆積物，其特徵為具有以下工序：氧電漿處理工序，係一邊加熱該基板一邊將該基板曝露在氧電漿；循環處理工序，係於該氧電漿處理工序後，將該基板於處理室內曝露在氟化氫氣與醇氣體之混合氣體的氛圍，並且，重複多次使該醇氣體的分壓為第1分壓之第1期間，與將處理室內排氣而使該醇氣體的分壓為低於第1分壓的第2分壓之第2期間之循環。
    公开号:TW201308428A
    申请号:TW101116604
    申请日:2012-05-10
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Shigeru Tahara；Eiichi Nishimura；Hiroshi Tomita；Tokuhisa Ohiwa；Hisashi Okuchi；Mitsuhiro Omura
    申请人:Tokyo Electron Ltd；
    IPC主号:B05D3-00
    专利说明:
    堆積物去除方法
    本發明關於一種堆積物去除方法。
    自以往，在半導體裝置的製造領域中係對半導體晶圓等之基板進行成膜處理或蝕刻處理，而形成期望的圖案。上述半導體裝置的製造工程中，當實施STI(shallow trench isolation；淺層溝渠隔離)製程時，會有矽氧化物(例如SiO2或SiOBr)的堆積物堆積在圖案的側壁部分。過去，上述般堆積物的去除係藉由例如使用HF單氣體之處理來進行。
    然而，當堆積物的組成或鍵結的狀態與圖案中之構造物的二氧化矽(例如閘極氧化膜)相近時，會有無法獲得與該等的選擇比之問題。此外，會有因堆積物與HF的反應(SiO2+4HF→SiF4+2H2O)所生成之副產物的水將反應加速而引起連鎖反應，導致不僅是堆積物，連圖案中之構造物的二氧化矽亦被削除之情況。
    又，若蝕刻處理後的放置時間(q-time)過長，由於會依存於堆積物的吸濕狀態而出現水分的影響，因而會有選擇比變得更加惡化之問題。此外，去除矽基板表面所形成的自然氧化膜之技術已知有使用HF蒸氣及H2O或醇蒸氣之技術(例如參照專利文獻：日本特開平7-263416號公報)。但此技術乃係去除自然氧化膜之技術，而非去除堆積在圖案之側壁部分的堆積物之技術。
    如上所述，過去，在去除堆積於圖案的堆積物時，會有堆積物與圖案中之構造物的二氧化矽之選擇比較低，而導致圖案中之構造物的二氧化矽受到損傷之問題。再者，若蝕刻處理後的放置時間(q-time)過長，由於會依存於堆積物的吸濕狀態而出現水分的影響，因而會有選擇比變得更加惡化之問題。
    本發明有鑑於上述過往情事，其目的在於提供一種無關於蝕刻處理後的放置時間長短，可有效率地去除堆積物，並且，可抑制對於圖案中之構造物的二氧化矽所造成的損傷之堆積物去除方法。
    本發明之堆積物去除方法的一樣態係去除堆積在因蝕刻而形成於基板上之圖案表面的堆積物，其特徵為具有以下工序：氧電漿處理工序，係一邊加熱該基板一邊將該基板曝露在氧電漿；循環處理工序，係於該氧電漿處理工序後，將該基板於處理室內曝露在氟化氫氣與醇氣體之混合氣體的氛圍，並且，重複多次使該醇氣體的分壓為第1分壓之第1期間，與將處理室內排氣而使該醇氣體的分壓為低於第1分壓的第2分壓之第2期間之循環。
    依據本發明，便可提供一種無關於蝕刻處理後的放置時間長短，可有效率地去除堆積物，並且，可抑制對於圖案中之構造物的二氧化矽所造成的損傷之堆積物去除方法。
    以下，參照圖式來詳細說明本發明之實施型態。
    圖1係概略顯示本發明一實施型態之堆積物去除方法中的氧電漿處理工序所使用之電漿處理裝置100的結構例之縱剖視圖。如同圖所示，該電漿處理裝置100係具備內部可被氣密地封閉之處理室101。此處理室101內係設置有用以載置半導體晶圓(基板)W之台座102。台座102係具備有未圖示之溫度控制機構，可將台座102上所載置之半導體晶圓W的溫度維持在特定溫度。
    處理室101係由例如石英等所構成，其頂部係形成有石英製的窗103。然後，該窗103的外側係設置有連接於高頻電源(未圖示)之RF線圈104。窗103的部分係設置有用以將含有氧氣之特定處理氣體(例如O2氣體單氣體)導入至處理室101內之氣體導入部105。然後，藉由被供應至RF線圈104之高頻的作用來使從氣體導入部105所導入之處理氣體的電漿P產生。
    窗103的下方係設置有用以進行電漿的遮蔽與氣體的分散之氣體擴散板106，則電漿中的自由基便會透過該氣體擴散板106而在分散狀態下被供應至台座102上的半導體晶圓W。此外，使電漿作用在基板的情況，亦可不使基板與電漿直接接觸，而是如本實施型態般，藉由遠端感應式電漿(remote plasma)來進行處理，亦即，並非使基板與電漿直接接觸，而是使得從基板分離之部位處所產生的電漿中被吸引出的自由基作用在基板。
    又，處理室101的底部係設置有排氣管107。該排氣管107係連接於未圖示之真空幫浦等，可將處理室101內排氣至特定壓力。
    圖2係概略顯示本發明一實施型態之堆積物去除方法中的循環處理工序所使用之處理裝置200的結構例之縱剖視圖。如同圖所示，該氣體處理裝置200係具備有內部可被氣密地封閉之處理室201。此處理室201內係設置有用以載置半導體晶圓(基板)W之台座202。台座202係具備有未圖示之溫度控制機構，可將台座202上所載置之半導體晶圓W的溫度維持在特定溫度。
    處理室201的上部係設置有用以將特定處理氣體(本實施型態中為HF氣體與甲醇氣體的混合氣體)導入至處理室201內之氣體導入部203。又，氣體導入部203在處理室201內呈開口之開口部204的下方係設置有形成有多個透孔205之氣體擴散板206，而構成為處理氣體會在均勻地分散之狀態下從該氣體擴散板206的透孔205被供應至半導體晶圓W的表面。
    又，處理室201的底部係設置有排氣管207。該排氣管207係連接於未圖示之真空幫浦等，可將處理室201內排氣至特定壓力。
    使用上述結構的電漿處理裝置100及氣體處理裝置200而在本實施型態中如下述般地進行堆積物去除處理。
    如圖3的流程圖所示，在前工序中進行蝕刻處理(步驟301)，則形成有特定圖案之半導體晶圓便會在圖案的側壁部分堆積有伴隨著蝕刻處理之堆積物(即所謂的沉積物)。例如，在實施STI(shallow trench isolation；淺層溝渠隔離)製程時，矽氧化物(例如SiO2或SiOBr)的堆積物會堆積在圖案的側壁部分。因此，便藉由本實施型態之堆積物去除處理來去除堆積在圖案之側壁部分的堆積物。
    上述蝕刻處理(步驟301)例如係以下列所示之2個步驟的蝕刻處理來實施。
    (步驟1)
    壓力：6.65Pa(50mTorr)
    高頻電功率(頻率高的高頻)/(頻率低的高頻)：400/1500W
    蝕刻氣體：HBr/NF3/O2=400/75/5sccm
    台座溫度：110℃
    時間：5秒
    (步驟2)
    壓力：6.65Pa(50mTorr)
    高頻電功率(頻率高的高頻)/(頻率低的高頻)：400/1400W
    蝕刻氣體：HBr/NF3/O2=350/32/19sccm
    台座溫度：110℃
    時間：20秒
    在上述蝕刻處理之後，進行堆積物去除處理中的氧電漿處理(步驟302)。此氧電漿處理可藉由圖1所示之電漿處理裝置100等來實施。該堆積物去除處理可在上述蝕刻處理之後立刻進行，或是經過某種程度的放置時間(q-time)(例如數小時至數日)之後再進行。
    該電漿處理裝置100中的氧電漿處理工序例如係依下述方式實施。亦即，在氧電漿處理工序中，係將半導體晶圓W載置於預先設定為特定溫度的台座102上，並藉由未圖示之靜電夾具等來吸附，而使半導體晶圓W成為被加熱至特定溫度之狀態。在此狀態下，從氣體導入部105導入含有氧氣的特定處理氣體，並從排氣管107進行排氣，來使處理室101內成為特定壓力的處理氣體氛圍。然後，藉由對RF線圈104施加高頻電功率，便會產生氧氣的感應耦合電漿。此電漿中的離子會被氣體擴散板106遮蔽，則不具電荷的氧自由基便會在分散狀態下被供應至台座102上的半導體晶圓W，而藉由氧自由基的作用來進行氧電漿處理。
    該氧電漿處理並無關於蝕刻處理後的放置時間(q-time)長短，而係為了使圖案及堆積物的吸濕狀態為一定(脫水)而進行。藉此，則在後續進行的循環處理工序中，便可藉由排除吸濕狀態的差異所造成之影響，來去除堆積在圖案的側壁之堆積物(矽氧化物，例如SiO2或SiOBr))，並且，可抑制反應變得過剩而導致作為圖案構造物之閘極氧化膜等的SiO2層受到損傷等。
    該氧電漿處理係使用含氧氣體，例如氧氣的單氣體或氧氣與氮氣的混合氣體等來作為處理氣體，並將半導體晶圓W的加熱溫度(台座溫度)設定為例如200℃~300℃左右。又，使壓力為例如66.5Pa(0.5Torr)~266Pa(2Torr)左右。
    在上述氧電漿處理之後，實施堆積物去除處理中的循環處理(步驟303~305)。該循環處理可藉由圖2所示之氣體處理裝置200等來實施。
    氣體處理裝置200中的循環處理工序係依下述方式實施。亦即，循環處理工序中係藉由將半導體晶圓W載置於預先設定為特定溫度的台座202上，來使半導體晶圓W成為被維持在特定溫度之狀態。在此狀態下，從氣體導入部203導入特定的處理氣體(本實施型態中為HF氣體+甲醇氣體)，並從排氣管207進行排氣，來使處理室201內成為特定壓力的處理氣體氛圍。
    如圖3的流程圖所示，在循環處理工序中係重複多次使甲醇氣體的分壓為第1分壓之第1期間(步驟303)，與將處理室內排氣而使甲醇氣體的分壓為低於第1分壓的第2分壓之第2期間(步驟304)之循環(步驟305)。如此般改變甲醇氣體的分壓之方法例如可使用下述方法。
    亦即，改變氣體的供應，例如，在第1期間係供應特定流量的混合氣體，而在第2期間係停止混合氣體的供應而供應特定流量的氮氣等之方法，或是，在第1期間係一邊供應特定流量的混合氣體一邊以自動壓力控制裝置(APC)來將處理室內維持為特定壓力，而在第2期間係降低自動壓力控制裝置(APC)的設定壓力或使其為全開而以真空幫浦來完全抽真空以降低壓力之方法等。本實施型態中係如圖4的圖表所示般，使用後者的方法來設定第1期間與第2期間。
    此時，半導體晶圓W的溫度較佳為例如數十度(例如30℃)以下的低溫。又，第1期間的壓力較佳為例如665Pa(5Torr)~1330Pa(10Torr)左右，處理氣體係使用HF氣體+醇氣體(本實施型態中為CH3OH氣體)的混合氣體。
    在上述循環處理中，第1期間係設定為可藉由混合氣體的作用來去除堆積物之甲醇氣體的分壓。又，第2期間係降低甲醇氣體的分壓，來使堆積物不會被去除，而是藉由在第1期間中之堆積物與混合氣體的反應，來將所生成的物質(H2O等)排氣而排出至處理室201外之期間。上述第1期間及第2期間分別為5秒至20秒左右，並重複進行多次此循環。
    然後，在重複上述循環處理特定次數後，便結束堆積物去除處理(步驟306)。
    如上所述，本實施型態之堆積物去除方法首先，係藉由氧電漿處理來使圖案及堆積物的吸濕狀態無關於蝕刻處理後的放置時間(q-time)長短而為一定。
    在進行上述氧電漿處理時，使用HF單氣體之處理會難以進行堆積物的去除。因此，本實施型態之循環處理中便使用HF氣體+醇氣體(本實施型態中為甲醇氣體)的混合氣體。但在此情況下，會因反應而產生之H2O量變得過剩，而有導致作為圖案構造物之閘極氧化膜等受到損傷，或是因逆反應而發生堆積(再沉積)的情況。因此，藉由循環處理而重複進行第1期間(進行堆積物的去除)與第2期間(不進行堆積物的去除而是將反應生成物排氣)，便可防止H2O量變得過剩。
    藉此，便可去除堆積在圖案的側壁之堆積物(矽氧化物，例如SiO2或SiOBr)，並且，可抑制因H2O的催化劑作用造成反應過度進行，而導致作為圖案構造物之閘極氧化膜等的SiO2層受到損傷之情況。
    作為實施例，係針對藉由蝕刻而形成有圖案並放置1個月後的半導體晶圓實施堆積物去除製程。首先，依下列處理條件進行氧電漿處理。
    壓力：133Pa(1Torr)
    高頻電功率：1000W
    蝕刻氣體：O2=1980sccm
    台座溫度：250℃
    時間：120秒
    接著，依下列處理條件進行循環處理。
    壓力：(931Pa(7Torr)10秒173Pa(1.3Torr)10秒)×6循環
    HF/CH3OH=2800/44sccm
    台座溫度：10℃
    此外，上述循環處理中的壓力設定如前所述，在第1期間中係維持APC的壓力設定為931Pa(7Torr)之時間10秒鐘，在第2期間中係在流有處理氣體之狀態下維持APC為全開之狀態10秒鐘，實際上處理室201內的壓力的變動會如圖4的圖形所示。亦即，縱使是從APC為全開狀態來使APC的壓力設定為931Pa(7Torr)，但實際的壓力到達931Pa(7Torr)為止仍需花費4~5秒左右。又，使APC的壓力設定從931Pa(7Torr)到全開，則需花費較短時間，且壓力會在173Pa(1.3Torr)左右成為一定。
    此處，上述台座溫度及處理氣體的流量的條件中，可去除堆積物(沉積物剝離)之作為甲醇氣體的分壓之壓力為665Pa(5Torr)左右。因此，此情況下之循環處理的1/2循環時間較佳係為5~20秒左右。此外，第1期間與第2期間並不一定要相同，而亦可為不同。
    將實施以上的堆積物去除工序後之半導體晶圓以SEM來放大、觀察後，發現堆積在圖案的側壁部之堆積物已被去除，並且作為圖案構造物之閘極氧化膜等的SiO2層並未受到損傷。將此實施例的電子顯微鏡相片顯示於圖5(a)~圖5(c)。
    另一方面，作為比較例，在實施例之氧電漿處理之後，以HF單氣體來進行相同於實施例的氣體處理後，發現堆積物幾乎無法被去除。將此比較例的電子顯微鏡相片顯示於圖6(a)~圖6(c)。比較圖5之實施例的電子顯微鏡相片與圖6之比較例的電子顯微鏡相片後，發現圖5之實施例中圖案側壁的堆積物已被去除，而明顯見到閘極氧化膜的部分成為白色的線，但圖6之比較例中，由於圖案側壁的堆積物未被去除，因此並未見到閘極氧化膜的部分成為白色的線。
    圖7(a)~(c)係顯示圖案的電子顯微鏡相片(圖中左側)與EELS(Electron Energy-LossSpectroscopy)的氧分布圖(oxygen map)(圖中右側)，圖7(a)係顯示蝕刻結束後(堆積物去除前)的圖案，圖7(b)係顯示上述實施例中堆積物去除後的圖案。如該等電子顯微鏡相片所示，實施例中圖案之側壁部的堆積物幾乎完全未殘留而已被去除，並且作為圖案的構造物之閘極氧化膜被削除而發生損傷的情況乃受到抑制。此外，圖7(c)係顯示改變條件而利用HF單氣體來進行處理且將堆積物去除後的情況。此情況下，可得知作為圖案的構造物之閘極氧化膜已被削除而發生損傷。
    接著，針對可將堆積物去除之處理條件的調查結果加以說明。首先，調查處理氣體中甲醇氣體添加量與堆積物的剝離力之關係後，發現相對於在未添加甲醇氣體情況下而無法將堆積物去除之樣本，在添加100sccm的甲醇氣體情況下則可將堆積物去除。又，可確認到若將甲醇氣體的添加量增加為200sccm，則堆積物的剝離力會增大。但由於此實驗並未進行循環處理，而是連續地進行氣體處理，因此作為圖案的構造物之閘極氧化膜會被削除而發生損傷。
    又，為了調查處理氣體的壓力與堆積物的剝離力之關係，便使壓力為665Pa(5Torr)、1330Pa(10Torr)、1995Pa(15Torr)，來進行樣本的堆積物去除。其結果，可確認到堆積物的剝離力會因高壓化而增大。但由於此實驗並未進行循環處理，而是連續地進行氣體處理，因此作為圖案的構造物之閘極氧化膜會被削除而發生損傷。
    再者，為了調查溫度與堆積物的剝離力之關係，便使溫度為10℃、30℃、50℃，來進行樣本的堆積物去除。其結果，可確認到堆積物的剝離力會因低溫化而增大。但由於此實驗並未進行循環處理，而是連續地進行氣體處理，因此作為圖案的構造物之閘極氧化膜會被削除而發生損傷。
    由上述結果，如縱軸為壓力，而橫軸為甲醇氣體流量之圖8的圖表所示，可針對各個處理溫度來求得將進行堆積物的去除之區域與未進行堆積物的去除之區域予以區隔的交界線。然後，以跨越該交界線之方式來改變處理條件(壓力或甲醇氣體流量或該等兩者)，便可設定循環處理中有進行堆積物的去除而成為甲醇氣體的分壓之第1期間，與未進行堆積物的去除而成為甲醇氣體的分壓之第2期間。
    以上，雖已針對本發明之實施型態及實施例加以說明，但本發明未限定於上述實施型態及實施例，而當然可作各種變化。例如，上述實施型態及實施例中雖係針對使用甲醇氣體來作為醇氣體之情況加以說明，但亦可使用其他的醇氣體，例如乙醇氣體或異丙基醇氣體等。
    W‧‧‧半導體晶圓
    100‧‧‧電漿處理裝置
    101‧‧‧處理室
    102‧‧‧台座
    103‧‧‧窗
    104‧‧‧RF線圈
    105‧‧‧氣體導入部
    106‧‧‧氣體擴散板
    107‧‧‧排氣管
    200‧‧‧氣體處理裝置
    201‧‧‧處理室
    202‧‧‧台座
    203‧‧‧氣體導入部
    204‧‧‧開口部
    205‧‧‧透孔
    206‧‧‧氣體擴散板
    207‧‧‧排氣管
    圖1係顯示使用於本發明一實施型態之電漿處理裝置的剖面概略結構之圖式。
    圖2係顯示使用於本發明一實施型態之氣體處理裝置的剖面概略結構之圖式。
    圖3係顯示本發明一實施型態的工序之流程圖。
    圖4係顯示本發明一實施型態之壓力的變化狀態之圖表。
    圖5係顯示實施例中圖案的狀態之電子顯微鏡相片。
    圖6係顯示比較例中圖案的狀態之電子顯微鏡相片。
    圖7係顯示堆積物去除前與實施例及比較例之堆積物去除後的狀態之電子顯微鏡照片。
    圖8係顯示堆積物可被去除的壓力、甲醇氣體流量及溫度的關係之圖表。
    301‧‧‧蝕刻處理
    302‧‧‧氧電漿處理
    303‧‧‧使混合氣體的分壓為第1分壓之第1期間
    304‧‧‧使混合氣體的分壓為第2分壓之第2期間
    305‧‧‧已重複特定次數？
    306‧‧‧結束
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種堆積物去除方法，係去除堆積在因蝕刻而形成於基板上之圖案表面的堆積物，其特徵為具有以下工序：氧電漿處理工序，係一邊加熱該基板一邊將該基板曝露在氧電漿；循環處理工序，係於該氧電漿處理工序後，將該基板於處理室內曝露在氟化氫氣與醇氣體之混合氣體的氛圍，並且，重複多次使該醇氣體的分壓為第1分壓之第1期間，與將處理室內排氣而使該醇氣體的分壓為低於第1分壓的第2分壓之第2期間之循環。
    [2] 如申請專利範圍第1項之堆積物去除方法，其中該第1分壓係可藉由該混合氣體的作用來去除該堆積物之分壓。
    [3] 如申請專利範圍第1項之堆積物去除方法，其中該第1期間及該第2期間為5秒至20秒的期間。
    [4] 如申請專利範圍第2項之堆積物去除方法，其中該第1期間及該第2期間為5秒至20秒的期間。
    [5] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之堆積物去除方法，其中該堆積物係含有矽氧化物。
    [6] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之堆積物去除方法，其中該圖案係包含有作為構造物之二氧化矽。
    [7] 如申請專利範圍第5項之堆積物去除方法，其中該圖案係包含有作為構造物之二氧化矽。
    [8] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之堆積物去除方法，其中該醇氣體為甲醇氣體。
    [9] 如申請專利範圍第5項之堆積物去除方法，其中該醇氣體為甲醇氣體。
    [10] 如申請專利範圍第6項之堆積物去除方法，其中該醇氣體為甲醇氣體。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011106464A|JP5823160B2|2011-05-11|2011-05-11|堆積物除去方法|
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