DE4039853A1

DE4039853A1 - Vorrichtung und verfahren zur oberflaechenreinigung

Info

Publication number: DE4039853A1
Application number: DE4039853A
Authority: DE
Inventors: Takashiro Maruyama; Toshiaki Ogawa; Hiroshi Morita; Tomoaki Ishida; Kenji Kawai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-12-13
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1991-06-20
Anticipated expiration: 2010-12-14
Also published as: US5147465A; JPH03184335A; JPH088243B2; US5318654A; DE4039853C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche, insbesondere zum Entfernen von Fremdstoffen, die sich bei der Herstellung von Halbleiter bauelementen auf einem Halbleitersubstrat ablagern.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen wie etwa Speicherbauelementen lagern sich manchmal Fremdstoffe, die aus einem Polymer oder dergleichen bestehen, auf der Ober fläche eines Halbleitersubstrats ab. Wenn Halbleiterbauele mente hergestellt werden, auf deren Halbleitersubstrat solche Fremdstoffe abgelagert sind, ergibt sich das Problem einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des als Pro dukt erhaltenen Halbleiterbauelements. Nach Entfernung von auf einem Halbleitersubstrat abgelagerten Fremdstoffen wird also ein weiterer Schritt durchgeführt.

Beispielsweise umfaßt die Herstellung von Halbleiter-Spei cherbauelementen einen Vorgang, bei dem eine Siliciumoxid schicht 2 auf einem Siliciumsubstrat 1 gebildet wird (Fig. 3A). Die Schicht 2 wird dann einer Strukturierung mit einem Fotoresist 3 unterzogen (Fig. 3B), und mit diesem Fotoresist 3 als Maske wird die Siliciumoxidschicht 2 selektiv weggeätzt (Fig. 3C). Gewöhnlich wird die Siliciumoxidschicht 2 in einer Ätzkammer unter Verwendung von CHF₃, CmFn+H₂ oder dergleichen als Ätzgas weggeätzt. In dieser Phase wird in der Ätzkammer ein Polymer vom CxFy-Typ gebildet. Dieses Polymer lagert sich auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats 1 an einem aufgrund des Ätzvorgangs freiliegenden Teil ab, wodurch eine Fremd stoffschicht 4 gebildet wird (Fig. 3C). Wenn man diese Fremd stoffschicht 4 nicht beseitigt, ist es schwierig, ein Halbleiter-Speicherbauelement mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften herzustellen.

Deshalb wird konventionell SF₆, O₂ oder dergleichen als Reak tionsgas eingesetzt und Plasmaätzen durchgeführt. Nach dem Entfernen der Fremdstoffschicht 4 (Fig. 3D), die sich auf dem Siliciumsubstrat 1 angesammelt hat, wird der nächste Schritt durchgeführt.

Da die Oberfläche des Siliciumsubstrats 1 dem Plasma ausge setzt ist, kann es jedoch beim Plasmaätzen zu Beschädigungen aufgrund der Kollision von Elektronen und geladenen Teilchen wie etwa Ionen im Plasma sowie Potentialänderungen an der Oberfläche kommen. Infolgedessen besteht ein Problem darin, daß die elektrischen Eigenschaften des hergestellten Halbleiterbauelements schlechter sind.

Die Erfindung dient der Beseitigung dieser Probleme. Aufgabe der Erfindung ist also die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Oberflächenreinigung, wobei auf der Oberfläche eines zu bearbeitenden Gegenstands abgelagerte Fremdstoffe beseitigt werden können und gleichzeitig die Gefahr einer Beschädigung des zu bearbeitenden Gegenstands reduziert wird.

Die Vorrichtung zur Oberflächenreinigung gemäß der Erfindung umfaßt: einen ersten und einen zweiten Reaktionsbehälter, eine Halteeinrichtung, die einen zu bearbeitenden Gegenstand, auf dessen Oberfläche sich Fremdstoffe abgelagert haben, im zweiten Reaktionsbehälter hält, eine Zufuhreinrichtung, die dem ersten Reaktionsbehälter Heliumgas zuführt, eine Erzeu gungseinrichtung, die durch Erregung von Heliumgas im ersten Reaktionsbehälter Heliumionen, Elektronen und metastabiles Helium erzeugt, und eine Trenneinrichtung, die das im ersten Reaktionsbehälter durch die Erzeugungseinrichtung erzeugte metastabile Helium von den Heliumionen und den Elektronen trennt und es in den zweiten Reaktionsbehälter leitet.

Das Verfahren zur Oberflächenreinigung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch Erregen von Heliumgas Heliumionen, Elektronen und metastabiles Helium erzeugt wer den, daß das metastabile Helium von den Heliumionen und Elektronen getrennt wird, und daß ein zu bearbeitender Ge genstand, auf dessen Oberfläche sich Fremdstoffe abgelagert haben, dem getrennten metastabilen Helium ausgesetzt wird.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Aus führungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zur Oberflächenreinigung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Betriebs des Aus führungsbeispiels;

Fig. 3A bis 3B Querschnittsansichten, die ein Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelemente zeigen.

Gemäß Fig. 1 ist eine Mikrowellenquelle 13 mit der oberen Mitte einer Elektronenzyklotronresonanzkammer (kurz: EZR-Kam mer) 11 verbunden, die über einen Wellenleiter 12 als der er ste Reaktionsbehälter dient.

Eine Heliumgasversorgung 15 ist über eine Zufuhrleitung 14 mit dem oberen Teil der EZR-Kammer 11 verbunden, und eine Auslaßeinrichtung 17 ist über eine Auslaßleitung 16 mit dem unteren Teil der EZR-Kammer 11 verbunden. Elektromagnetische Spulen 18 sind so um die EZR-Kammer 11 herum angeordnet, daß sie diese umgeben, und sind mit einer Stromversorgung 19 elektrisch verbunden.

Ein Ende eines Führungsrohr 20 mündet am oberen Rand der EZR- Kammer 11, und das andere Ende dieses Führungsrohrs 20 mündet in eine Reaktionskammer 21, die als der zweite Reaktionsbe hälter dient. Eine Auslaßeinrichtung 23 ist über eine Aus laßleitung 22 mit der Reaktionskammer 21 verbunden. Eine Hal teeinrichtung 25, die den zu bearbeitenden Gegenstand 24 hält, ist in der Reaktionskammer 21 angeordnet. Regelventile 26, 27 und 28 zum Regeln der Gasdurchflußrate sind in der Zu fuhrleitung 14 und den Auslaßleitungen 16 und 22 angeordnet.

Nachstehend wird der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels er läutert. Der zu bearbeitende Gegenstand 24, auf dem sich Fremdstoffe abgelagert haben, wird zuerst von der Halteein richtung 25 in der Reaktionskammer 21 gehalten.

Dann werden Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz von der Mikrowellenquelle 13 durch den Wellenleiter 12 in die EZR-Kammer 11 eingestrahlt, und man läßt einen Strom von der Stromversorgung 19 durch die elektromagnetischen Spulen 18 fließen, wodurch in der EZR-Kammer 11 ein Magnetfeld H ausge bildet wird. Wenn in dieser Phase Heliumgas von der Helium gasversorgung 15 durch die Zufuhrleitung 14 der EZR-Kammer 11 zugeführt wird, wird es durch Elektronenzyklotronresonanz er regt und in Heliumionen He⁺ und Elektronen e⁻ oder metasta biles He* umgewandelt. Das heißt Heliumionen He⁺ und die Elektro nen e⁻, die sämtlich geladene Teilchen sind, sowie elektrisch neutrales metastabiles Helium He* und Heliumgas, das nicht erregt ist, wer den also in der EZR-Kammer 11 vermischt. Da jedoch das Ma gnetfeld H in der EZR-Kammer 11 durch die elektromagnetischen Spulen 18 erzeugt wird, werden die geladenen Teilchen entlang dem Magnetfeld von der EZR-Kammer 11 abwärts beschleunigt, während metastabiles Helium He* und Heliumgas, die nicht elektrisch geladen sind, in der EZR-Kammer 11 isotrop ver teilt werden.

Deshalb ist die Dichte geladener Teilchen nahe dem oberen Rand der EZR-Kammer 11, in die das Führungsrohr 20 mündet, geringer. Daher kann durch Regeln der Auslaßdurchflußrate aus den Auslaßeinrichtungen 17 und 23 unter Verwendung der Regel ventile 27 und 28 der Auslaßleitungen 16 und 22 das metasta bile Helium He* von den Heliumionen He⁺ und Elektronen e⁻ nahe dem oberen Rand der EZR-Kammer 11 getrennt und zusammen mit dem Heliumgas mit einer gewünschten Durchflußrate in die Reaktionskammer 21 geleitet werden.

Metastabiles Helium He* hat eine extrem hohe durch schnittliche Lebensdauer von ca. 6×10⁵ s. Daher erreicht der größte Teil des in das Führungsrohr 20 geleiteten metasta bilen Heliums He* die Reaktionskammer 21. Ein Teil davon kol lidiert mit der Oberfläche des zu bearbeitenden Gegenstands 24, der von der Halteeinrichtung 25 gehalten wird.

Der zu bearbeitende Gegenstand 24 ist beispielsweise derart, daß sich die Fremdstoffschicht 4 aus einem Polymer vom CxFy- Typ oder dergleichen auf dem Siliciumsubstrat 1 ansammelt (Fig. 2). Metastabiles Helium He* prallt auf die Fremdstoff schicht 4 auf. Da die Aktivierungsenergie des metastabilen Heliums He* sehr groß ist, ca. 20 eV, gibt metastabiles He lium He*, das auf die Fremstoffschicht 4 auftrifft, Energie an die Fremdstoffe ab, wodurch die Fremdstoffe vom Silicium substrat 1 getrennt werden.

Auf diese Weise wird bewirkt, daß vom Siliciumsubstrat 1 ge trennte Fremdstoffe zusammen mit Heliumgas und metastabilem Helium He* durch die Auslaßleitung 22 strömen und durch die Auslaßeinrichtung 23 aus der Reaktionskammer 21 abgeleitet werden.

Helium ist ein inertes Element; deshalb besteht keine Gefahr, daß Helium eine chemische Reaktion mit der Oberfläche des Siliciumsubstrats 1 in der Reaktionskammer 21 auslöst.

Daher kann die Fremdstoffschicht 4 praktisch ohne jede Beschädigung des Siliciumsubstrats 1 entfernt werden, indem man das Siliciumsubstrat 1 mit der darauf abgelagerten Fremd stoffschicht 4 metastabilem Helium He* aussetzt, das aus neu tralen Teilchen hoher Aktivierungsenergie zusammengesetzt ist. Somit kann ein Halbleiterbauelement mit ausgezeichneten Eigenschaften hergestellt werden.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Sili ciumsubstrat 1 mit darauf abgelagerter Fremdstoffschicht 4 aus einem Polymer bearbeitet. Es können jedoch auch andere Halbleitersubstrate verwendet werden. Die Erfindung ist in großem Umfang bei der Herstellung verschiedener Arten von Halbleiterbauelementen einsetzbar.

Claims

1. Vorrichtung zur Oberflächenreinigung, gekennzeichnet durch
einen ersten (11) und einen zweiten (21) Reaktionsbehälter;
eine Halteeinrichtung (25), die einen zu bearbeitenden Gegen stand (24), auf dessen Oberfläche sich Fremdstoffe abgelagert haben, im zweiten Reaktionsbehälter (21) hält;
eine Zufuhreinrichtung (15), die dem ersten Reaktionsbehälter (11) Heliumgas zuführt,
eine Erzeugungseinrichtung, die durch Erregung von Heliumgas im ersten Reaktionsbehälter (11) Heliumionen (He⁺), Elektro nen (e⁻) und metastabiles Helium (He*) erzeugt; und
eine Trenneinrichtung, die das im ersten Reaktionsbehälter (11) durch die Erzeugungseinrichtung erzeugte metastabile He lium (He*) von den Heliumionen (He⁺) und den Elektronen (e⁻) trennt und es in den zweiten Reaktionsbehälter (21) leitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungseinrichtung Heliumgas unter Anwendung von Elektronenzyklotronresonanz erregt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungseinrichtung eine Mikrowellenleiteinrichtung zum Leiten von Mikrowellen in den ersten Reaktionsbehälter (11) und eine Magnetfelderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds (H) im ersten Reaktionsbehälter (11) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung ein Führungsrohr (20), das den er sten (11) und zweiten (21) Reaktionsbehälter verbindet, und eine erste (17) und zweite (23) Auslaßeinrichtung aufweist, die den ersten (11) bzw. zweiten (21) Reaktionsbehälter entleert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (20) in einen Teil des ersten Reak tionsbehälters (11) mündet, in dem die Dichte geladener Teilchen geringer ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenleiteinrichtung einen Wellenleiter (12) aufweist, der mit einer Wand des ersten Reaktionsbehälters (11) und einer Mikrowellenquelle (13) verbunden ist, und durch den Wellenleiter (12) Mikrowellen in den ersten Reak tionsbehälter (11) leitet, daß die Magnetfelderzeugungsein richtung elektromagnetische Spulen (18), die um den ersten Reaktionsbehälter (11) herum angeordnet sind, und eine Stromversorgung (19) aufweist, um einen Strom durch die elektromagnetischen Spulen (18) fließen zu lassen, und daß das Führungsrohr (20) in die Wand des ersten Reaktionsbehäl ters (11) mündet.

7. Verfahren zur Oberflächenreinigung, dadurch gekennzeichnet,
daß durch Erregen von Heliumgas Heliumionen, Elektronen und metastabiles Helium erzeugt werden;
daß das metastabile Helium von den Heliumionen und Elektronen getrennt wird; und
daß ein zu bearbeitender Gegenstand, auf dessen Oberfläche sich Fremdstoffe abgelagert haben, dem getrennten metasta bilen Helium ausgesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heliumgas durch Elektronenzyklotronresonanz erregt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung durch ungleichmäßiges Verteilen geladener Teilchen in einem ersten Reaktionsbehälter und durch Erzeugen eines Gasstroms aus einem Teil des ersten Reaktionsbehälters, in dem die Dichte geladener Teilchen geringer ist, zu einem zweiten Reaktionsbehälter durchgeführt wird.