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JPH06104898B2 - 減圧表面処理装置 - Google Patents

減圧表面処理装置

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Publication number
JPH06104898B2
JPH06104898B2 JP63005388A JP538888A JPH06104898B2 JP H06104898 B2 JPH06104898 B2 JP H06104898B2 JP 63005388 A JP63005388 A JP 63005388A JP 538888 A JP538888 A JP 538888A JP H06104898 B2 JPH06104898 B2 JP H06104898B2
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JP
Japan
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frequency
wafer
target
surface treatment
thin film
Prior art date
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JP63005388A
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忠弘 大見
直 柴田
優 梅田
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Mitsubishi Corp
Original Assignee
Mitsubishi Corp
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Publication date
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Priority to PCT/JP1989/000026 priority patent/WO1993013238A1/ja
Priority to US07/536,548 priority patent/US5110438A/en
Publication of JPH01180970A publication Critical patent/JPH01180970A/ja
Publication of JPH06104898B2 publication Critical patent/JPH06104898B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば超高密度集積回路の製造に適した減圧
表面処理装置に関する。
［従来技術］ LSI技術の進展はめざましく、その集積度は、年々増加
している。ダイナミック・ランダムアクセス・メモリ
（DRAM）を例にとると３年で約４倍のスピードでメモリ
容量が増大しつづけており、現在では４メガビットDRAM
の製品開発が終わり、16メガビット、64メガビットDRAM
が研究開発の対象となり、盛んに技術開発がなされてい
る。このような集積度の向上とともに単位素子の寸法は
微細化されその最小寸法は、１μｍからサブミクロンの
領域へと益々微細化が進んでいる。集積回路を構成する
各種デバイスの構造は、基本的には様々な薄膜の積層構
造となっている。例えばMOSトランジスタは電極材料、
絶縁物薄膜および半導体基板の三層構造でその主要部分
が構成されており、DRAMのメモリセルに用いられるキャ
パシタは、高誘電体薄膜を上下２つの電極材料ではさん
だ三層構造となっている。また不揮発性メモリ素子は、
半導体基板、絶縁薄膜、電極材料、絶縁薄膜、電極材料
の五層構造となっているなど、薄膜の積層派構造がデバ
イスの最も重要な特性を支配する構造となっている。デ
バイスの微細化に伴い、これらの薄膜の膜圧は益々薄い
ものになっていくため、これら薄膜の特性がLSIの特
性、歩留り、信頼性を決定する大きな要因となってくる
のである。従って今後の超高集積化を実現する鍵を握る
のは高品質な薄膜を形成する技術であり、かつ信頼性の
高い薄膜の積層構造実現する技術である。さらに、これ
らのプロセスは現在の900〜1000℃といった高温を用い
るのではなく、低温化が必要である。例えばAlを下の電
極として用いたキャパシタ構造をつくるには、例えばそ
の上に形成する絶縁膜、電極部の形成温度はAlの融点
（約630℃）より低い、例えば500〜550℃以下で行える
ものでなければならないし、望ましくは400℃以下であ
る。またＮ型やＰ型の不純物の分布を性格に制御するた
めには、やはりプロセス温度は700℃以下の低温にする
ことがどうしても必要である。
それでは従来の薄膜積層構造実現の方法をDRAMメモリセ
ルの製造工程を例にとり説明する。
第７図は、従来技術により形成したDRAMメモリセルのメ
モリキャパシタ部701の断面構造を示す模式図である。
この構造は、例えばシリコン基板702上にフィールド酸
化膜703を形成した後、メモリキャパシタ形成部分701の
シリコン基板702の表面を露出させ、例えば900℃の熱酸
化により約100Å程度のSiO2膜704を形成する（このSiO2
膜がキャパシタ絶縁膜として作用する）。その後多結晶
シリコン薄膜705をCVD法により堆積させ、所定の形状に
パターニングすることによりメモリキャパシタが実現さ
れるのである。この工程では、シリコン基板702の表面
を希HF溶液等のエッチングにより露出せさた後、熱酸化
炉にウェハを入れて酸化膜を成長させる。その後ウェハ
を炉からとり出し、今度はCVD装置の中に入れて多結晶
シリコン薄膜705を堆積させ、これを所定のパタンに加
工するのが普通である。すなわち、通常の工程では、積
層構造を構成する各薄膜は、それぞれ別個の装置で形成
されるため、各薄膜の界面は必ず大気に触れることにな
る。このために大気中のガス分子、特に水分子の吸着、
さらにその他の汚染物質の吸着等により界面が汚染さ
れ、薄膜酸化膜の耐圧特性やその他の特性は、必ずしも
一定せずバラツクことが多かった。100Åの酸化膜は１
メガビットDRAMに用いられる絶縁膜であり、４メガビッ
ト、16メガビットとなると50Å、あるいはそれ以下の薄
い膜が必要となり、この界面汚染の問題は、薄膜の酸化
膜の絶縁耐圧不良や信頼性を低下させる大きな要因とな
り益々深刻な問題となっている。DRAMのキャパシタ絶縁
膜704としてSiの熱酸化膜（SiO2）よりも誘電率の大き
なシリコン窒化膜（Si3N4）薄膜を用いる場合もある
が、シリコンを直接窒化してSi3N4膜を形成することが
非常に困難であるため、LPCVD法で堆積させたSi3N4膜を
用いている。通常堆積により形成した薄膜はシリコンと
の界面の特性が悪く、かつピンホール等の欠陥が多いた
め、シリコン表面を熱酸化した後、Si3N4膜を堆積させ
ることによりシリコン表面との界面特性を改善し、Si3N
4膜堆積後、再び熱酸化を行うことによりピンホールの
穴埋めを行っている。
このような工程では、最終的なキャパシタ構造は、Si・
SiO2・Si3N4・SiO2・多結晶シリコンの５層の積層構造
であり、大気にさらさせる界面が４つも存在することに
なり汚染の導入を防ぐことは非常に困難となっている。
第８図は、従来技術で形成された薄膜積層構造のその他
の例であり、Ｐ型半導体基板801内に形成されたN+領域8
02と金属配線803との接続部の構造を示したものであ
る。この構造を実現するためには、まずウェハ（Si基
板）801内にN+領域802を形成した後、全面にSiO2膜804
を形成し、所定の部分に開口部805を設ける。その後全
面に例えばAl-Siの合金薄膜を約0.8〜１μｍの厚さに形
成し、フォトリソグラフィ工程により所定の回路パタン
に加工する。この構造で問題となるのは、金属配線803
とN+領域802との電機的接触である。従来の技術ではコ
ンタクトホール805開口後、Al-Si薄膜を形成する以前
に、N+領域806が大気にさせされるため、表面にごく薄
い自然酸化膜が形成されたり、あるいは大気中のガス分
子がN+領域表面804の表面に吸着物として吸着すること
により、コンタクト抵抗が増大したりする場合には全く
コンタクトのとれないなどの不良を生じていた。そのた
め金属配線803の形成後にウェハを400〜450℃に昇温
し、こうした自然酸化膜や吸着物を金属配線803側に吸
収して金属・半導体コンタクトを実現していた。すなわ
ち、従来技術で金属・半導体コンタクトを得ようとする
と、400〜450℃の熱処理工程は不可欠であった。しかる
に、このような熱処理工程では、ウェハ温度が400〜450
℃の高温より常温に下がる際に、Al-Si薄膜803のSiが界
面806に析出し、コンタクト抵抗を大きくバラツかせる
原因となっていた。特に１μｍ以下の小さなコンタクト
ホールでは、このようなSiの析出物がコンタクト（界面
806）全面を覆い、全くコンタクトのとれない不良を生
じる等の問題が発生していた。また一方、Siの析出を防
止するために合金ではなく純金属Alを金属配線803とし
て用いると、400〜450℃に昇温した際にAlがSi中に溶け
込み、N+層802を突きぬけてＰ型の半導体基板801まで達
してPN接合を破壊してしまう等の不良を生じていたので
ある。以上のように従来の技術では、金属配線とSi基板
の良好な電気的接触を得ることは非常に困難となってい
たのである。
今後の超高集積化を実現するためには、低温でしかも界
面に汚染物導入の全くない、薄膜の積層構造を実現する
技術の確立が非常に重要となってくる。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、例えば超
高密度集積回路の製造に適した減圧表面処理装置を提供
するものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、少なくとも一つの真空室と、これに接続され
た排気装置とガス供給装置と、試料を保持するための試
料ホルダと、ターゲットを保持するためのターゲットホ
ルダと、前記真空室の内部に配設されたターゲットに、
ターゲットからのスパッタが生じない周波数の高周波電
力を供給し得る手段と、前記試料ホルダに、イオンの運
動エネルギーが所望の値になるように制御された周波数
の高周波電力を供給し得る手段とを有することを特徴と
する。
［実施例］ 本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は本発明の第１の実施例を示す減圧表面処理の断
面図を模式的に表わしたものである。
101は真空室（以下真空チャンバということがある）で
あり、真空排気装置102およびガス供給装置103にそれぞ
れ接続されている。真空排気装置102としては、例えば
磁気浮上方式のローターを持ったターボ分子ポンプとそ
のバックアップとしてオイルトラップを介してロータリ
ーポンプを接続したものを用いればよい。また、例えば
ターボ分子ポンプを二段直列につなぐことにより、真空
チャンバの到達真空度をさらに高くする方式をとっても
よい。またガス供給系よりガスを流しながら処理を行う
際には、ガス負荷に強いドライポンプ等に切り変え得る
構造を具備せしめてもよい。また103のガス供給装置
は、Ar,He,H2等のガスを真空チャンバ101に供給できる
ようになっている。例えばArガスは常時一定流量（１〜
5l/分）が流され、パージライン104によって系外にパー
ジされている。そして真空チャンバ101において処理を
行うときのみバルブ105を開け、そのガスの一部がマス
フローコントローラ106によって１〜10cc/分の小流量に
コントロールされて真空チャンバ101へと導入される構
造となっている。このように方式ではなく、処理を行う
ときのみガス供給装置よりArガスを真空チャンバに導入
し、それ以外のときにはガスを止めた状態に保持してお
くと、ガス配管内壁に吸着しているごくわずかの水の分
子が滞留しているArガス中に溶け込み、ガスの水分濃度
を高めてしまう結果となり、後で述べる表面処理の効果
を充分に上げることができなくなる。しかしながら、ガ
ス供給配管系の内壁から充分に水分が除去されておれば
必ずしもこのような方法をとらずに例えばバルブ107を
閉じて必要なときのみガスを真空チャンバ内に導入する
方式を採用してもかまわない。
真空チャンバ101内に導入されたArガスは、その流量お
よび真空排気装置102の排気量等をコントロールするこ
とにより、例えば10-3〜10-2Torr程度の圧力に調整さ
れ、高周波電源113bより投入される高周波電力によって
放電させられる。
108は処理しようとする試料、例えばウェハ、より具体
的には、例えばシリコンウェハであり、109はウェハ108
を保持するウェハホルダであり、本例では静電的な力で
ウェハ108を吸着する静電チャックとなっている。すな
わち、ウェハ108と静電チャック電極109′の間に絶縁膜
110をはさんで直流電位を与えることによりウェハ108が
ウェハホルダに吸着される構造となっている。
111は静電チャック用の直流電源であり、高周波をカッ
トし直流電位のみを供給する高周波フィルタ112を介し
て静電チャック電極部109′とウェハ108の間に直流の電
位差VCを与えている。また113aは周波数fWが例えば100M
HzのRF電源であり、整合回路114、ブロッキングコンデ
ンサ115を介して導入電極116によりウェハ108に高周波
電力が供給されている。この高周波電源113aの出力を例
えば数Ｗ〜数10Wの範囲で変化させることによりウェハ1
08の直流電位を所定の値に設定できるようになってい
る。あるいは整合回路114の整合条件を変化させること
によってもウェハの直流電位を変化させることができ
る。ウェハの表面が例えばSiO2膜のような絶縁膜で覆わ
れていてもその表面の直流電位はウェハの電位とほぼ同
じである。なぜならSiO2膜により形成されるコンデンサ
容量は、ブロッキングコンデンサ115に較べて非常に大
きいため、高周波による自己バイアスは、殆どこのコン
デンサ両端に現われるからである。従ってウェハの電位
を高周波フィルタ112を介して電圧計でモニタし、これ
をRF電源113aのコントローラ、あるいは整合回路114の
コントローラにフィールドバックすることによりウェハ
108表面の直流電位を一定の値に正確にコントロールす
ることができる。このように設定したウェハの電位によ
り、放電プラズマからウェハ表面に入射するイオンのエ
ネルギを所望の値に正確にコントロールすることができ
るのである。一方、ターゲット118には異る周波数f
T（例えば210MHz）の高周波が与えられているためター
ゲット118とウェハ108との容量結合により、ウェハがfT
の周波数でもふられることになる。125の回路は周波数f
Wに対しては充分高いインピーダンスを持ち、周波数fT
の高周波を短絡する回路であり、これによってウェハの
直流電位は、ウェハホルダに加えられる周波数fWの高周
波のみによってコントロールされるようになる。この回
路は、例えばＬとＣの並列共振回路を用い、２πfW＝1/
(LC)1/2としておくとfWの高周波に対してのみ開放とな
るが、それ以外の周波数に対してはＣを充分大きくとっ
ておくと短絡となり所望の機能を有することができる。
ウェハホルダ109にはある程度の直流電位が生じなけれ
ばならないのであるから、上記LC並列回路に、充分大き
な容量を有するコンデンサを直列に接続する。
fTは、10-3〜10-2Torr程度のガス圧で、効率よくガスの
イオン化が行われる周波であることが必要である。同時
に、ターゲット118に高い直流電位が生じて、ターゲッ
トをスパッタしないような周波数、たとえば150MHz以上
であるこが望ましい。ただし、fTとfWは整数倍の関係に
ないように設定する。
ウェハ表面に導電性薄膜が形成され、かつその薄膜がウ
ェハと電気的につながっている場合には、ウェハの電位
を直接直流電源でコントロールしてもよい。このような
場合には、例えばスイッチ131を入れ直流電源132によっ
てウェハの電位、すなわち、ウェハ表面の電位をコント
ロールすることができる。
117はターゲットホルダであり、例えばSiO2，Al2O3のタ
ーゲット118をウェハホルダ109と同様の静電チャック機
構によって保持している。この場合、SiO2，Al2O3は絶
縁物なので、その裏面には導電性の材料、例えばTi等の
金属薄膜118′が設けられている。静電チャックの電極1
20と金属薄膜118′の電位差は、高周波フィルタ121を介
して接続された直流電源119により与えられている。タ
ーゲットの電位は122で直接供給されており、図では中
心部においてコンタクトをとっているが、これは例えば
ターゲットの周辺部からとってもよい。直流電源119
は、停電等の際にターゲットの落下を防止するためにバ
ッテリーをバックアップに用いる等の方法を採用するの
がよい。ターゲットの直流電位はRF電源113bによって発
生する自己バイアスを用いる。しかし例えばターゲット
が金属材料の場合は、例えばスイッチ123を閉じて直流
電源124を接続し、これによって電位を制御することも
有効である。125′は125と同様の機能をもつ回路であ
り、RF電源113bの周波数fTに対してのみ開放となり、そ
の他の周波数に対しては、ほとんど接地となる回路であ
る。ただし、直流的には、開放されている。ウェハの電
位を制御するための高周波電源（周波数fW）の電力は通
常小さいから、125′は必ずしも設けなくてもよい。通
常113bには例えば210MHzのようにウェハに接続されるRF
電源113aに比べ周波数の高いものを用いるのがよい。こ
れは、ターゲット118表面に生じる自己バイアス値を充
分に小さくしターゲットがスパッタされないようにする
ためである。このため、高周波電源113bにより充分大き
なパワーを投入し、高密度のプラズマを生成することが
できるが、ターゲット118のスパッタが生じ、ウェハ表
面108に薄膜が堆積することは一切ない。118としてはス
パッタリングの閾値の比較的大きなAl2O3やSiO2を用い
てもよいが、これは例えばSi等でもよい。ただしスパッ
タが一切生じないようにターゲット表面の自己バイアス
値を充分小さな値とするように放電方式をマグネトロン
方式にするとともにfTを150MHz以上にすることが重要で
ある。
なお、Arガス圧10-3〜10-2Torrで、100MHzマグネトロン
方式放電では、ターゲットに−100V程度の自己バイアス
が生じ、ターゲットは若干スパッタされる。すなわち、
この装置では電源113bによって発生するプラズマの密度
をコントロールし、ウェハに入射するArイオンの流量を
決める。またウェハ表面に入射するArイオンのエネルギ
は、高周波電源113aの周波数と電力によってコントロー
ルできるのである。
このようにして、ウェハ表面を数eV〜30eV程度の低い運
動エネルギをもった粒子（イオン）でたたくことによ
り、基板に一切ダメージを与えることなく、ウェハ表面
に吸着した吸着物質（不純物層、種として水の吸着分子
層）やSi表面のごく薄い自然酸化膜層を除去することが
できるのである。
第２図は本発明の減圧表面処理装置を用いて作成したCu
とSiのショットキー接合の構造を示す断面図である。す
なわち、Ｎ型（100）ウェハ（Si基板）201上にSiO2膜20
2を形成し、コンタクトホール203の六開けを行った。そ
の後、第11図の装置にウェハを入れ、例えば1eV〜30eV
の運動エネルギのArイオンで10秒間程度Si基板201の表
面201′を照射した後、ウェハを再び大気にさらすこと
なく、例えばスパッタ装置に入れ全面に金属配線（Cu）
204を形成し、その後、フォトリソグラフィ技術を用い
てパタン形成を行った。これらのプロセスはすべて130
℃以下で行った。こうして得られたショットキー接合の
電流電圧特性を第３図に示す。
同図（ａ）は常温での結果であり同図（ｄ）は、−50℃
での結果である。順方向の特性の直線部から求めたｎ値
はウェハのバイアス条件によらず1.03〜1.05と１に非常
に近い値を示し、理想的なダイオード特性の得られてい
ることが分る。
また、これらの特性より得られたショットキーバリヤの
高さは、従来報告されている値0.58Vとほぼ同じであ
り、表面処理のArイオンのエネルギを2eVから30eVの範
囲で変化させたがほとんど変化がなかった。しかし第１
図の装置を用いた表面処理を行わず、直接Cu薄膜を形成
したサンプルではｎ値が1.2〜1.3以上の例えば1.8〜2.5
といった大きな値となり、理想特性からはほど遠い特性
が得られ、また特性から求めたショットキーバリヤの高
さもバラツキが大きく一定の値が得られなかった。
このサンプルの作成に際し、Cu薄膜の形成は常温で行っ
た。Cu薄膜形成後の熱工程で最も高い温度は、パターニ
ングの際のレジスタのポストベークの130℃である。こ
のように常温に近い低温プロセスで理想的なショットキ
ー特性が得られたことは、本発明の減圧表面処理装置を
用いたプロセスの有効性を示す事実である。すなわち、
本発明に掛かる装置を用いれば、理想的な金属半導体接
触が、一切の熱処理工程を必要とせずに実現できるので
ある。
従来Cuは、SiO2との密着性が悪く、これが配線材料とし
て用いる際の大きな障害となっていたのであるが、本発
明の装置を用いて、表面処理を施した後、Cuの成膜を行
ったサンプル（第２図）では極めて良好なCu配線204とS
iO2膜202との密着特性が得られたのである。すなわち、
表面処理条件を2eVから30eV（Arイオンの運動エネル
ギ）と変化させても、スコッチテープ（登録商標）の
他、いかなる粘着テープを用いた密着性テストに際し、
一切はがれは生じなかったのである。これは本発明によ
り、SiO2表面の吸着分子層、特に水の吸着層が有効に除
去されたためであり、これによってAlにくらべ抵抗が約
1/2と低いCuをLSI配線としてはじめて実用化することが
可能となったのである。
第４図は、（100）Siウェハ上に形成したSi薄膜の反射
電子線回析像である。試料作成は、まず（100）Siを、
酸による前処理を行った後、本発明の装置に入れ、表面
処理を行った後、一切大気にさらすことなくスパッタ法
によってSi薄膜を約0.5μｍ形成した。このときウェハ
温度は330〜350℃であり、またスパッタ成膜中に、ウェ
ハ表面に約10eVの運動エネルギをもったArイオンを照射
しながら成膜を行ったのである。第４図（ａ）〜（ｄ）
の４枚の写真は、本装置にてSiウェハ表面の処理を行う
際し、その表面に照射されるArイオンのエネルギを10e
V,15eV,30eV,40eVと変化させた場合の結果を示している
電子線回析パターンである。
運動エネルギを10eV〜30eVとしたサンプルでは、菊池ラ
インのみえる、きれいな単結晶シリコンが形成されてい
ることが分る。しかし運動エネルギが30eVをこえ、例え
ば40eVとなると菊池ラインは消え、一部にリング・パタ
ンの重なった回析像となる。
これは表面処理の運動エネルギが大きすぎたため基板に
ダメージが生じ、これがエピ膜の性質を悪くしたのであ
る。従って、最適の処理エネルギは0eV〜30eVの間に存
在するといえる。ターゲットに不純物濃度（リン）３×
1018cm-3のｎ形Siを用いたときに、330〜350℃のウェハ
温度で単結晶が成長したSi単結晶層の活性な不純物濃度
は３×1017cm-3であった。
以上述べたプロセス、すなわちCu薄膜の形成、Si薄膜の
形成等は、本発明の装置501で表面処理を施した後、例
えばロードロック搬送機構502で接続された別のスパッ
タリングチャンバ503にウェハを大気にさらすことなく
搬送して行ったのである（第５図）。
しかし、例えば第１図において、同じ真空チャンバ101
内で表面処理にひきつづき成膜を行ってもよい。これに
は例えばターゲット118としてAl2O3を用い、電源113bと
して200MHzのRF電源によって表面処理を行った後、ロー
ドロック機構を用いたターゲットを交換し、例えばCuを
ターゲットとしてターゲットホルダ117にて吸着保持し
て行ってもよいのである。このときスパッタ速度を大き
くするために、113bの周波数を、113aよりも小さい例え
ば13.56MHzを用いるのがよい。
あるいはターゲット118として最初よりCuを用い、200MH
zの電源113bを用いてCuのスパッタリングの生じない条
件でウェハ108の表面処理を行い、その後、ターゲット
の周波数（fT）を例えば13.56MHzに変化させて成膜を行
ってもよい。この方法は、ウェハの搬送や、ターゲット
交換の必要がないので非常に有効な方法である。
本発明の装置は、以上述べたようにスパッタ成膜装置と
接続して用いるばかりでなく、他のあらゆる半導体製造
装置と接続して用いることができる。例えば第６図は２
段のLPCVD装置601の石英管602,602′の先端に本発明の
減圧表面処理装置を接続した例である。
ウェハは、ウェハロード室604,604′にセットした後に
ロードロック機構により本発明の装置603,603′に送ら
れ、順次表面処理を行った後、LPCVD装置に運びこま
れ、例えばSiやＷなどの成長が行われる。例えば本処理
を行ったウェハをSiH4を用いて600〜700℃でSiのCVDを
行ったところ、SiO2上には一切Siが堆積せず、露出した
Si表面にのみSiが成長し、しかも単結晶Siが成長すると
いう選択エピタキシャル成長が再現性よく得られた。
これに対し本発明の装置で表面処理を行わなかったサン
プルではSiO2上にも同様のSi成長がみられ、またSi上に
も多結晶シリコンが成長とするなど全く異った結果が得
られた。このことからも本発明の有効なことが分った。
また、WF6を用いたCVD法によるＷの選択成長プロセスで
も、本発明の装置を用いることにより極めてよい選択性
が得られた。すなわち、１μｍのＷを成長させても、Si
O2上には一切Ｗの成長がみられなかったのである。これ
までSiO2上にもわずかな成長が必ずや発生したのは、Si
O2表面の汚染、とくに水の吸着層が核成生の原因となっ
たためである。本発明によりこれが有効に取り除けるた
め良好な選択デポジションが行えたのである。
本装置は、これ以外にも例えば常圧のCVD装置、熱酸化
炉等に接続して用いてもよい。いずれにせよ本装置で処
理した後、一切大気にさらすことなく次のプロセスと進
ませることが重要である。
第１図は本発明の一実施例であり、この図に示された構
成以外の構成を付加せしめてもよい。例えばターゲット
とウェハは上下逆に設置されてもよいし、あるいは垂直
に立てた状態で対向させてもよい。またターゲットの保
持やウェハの保持に、静電チャックを用いなくても本発
明の主旨からはなれることはない。さらにガスとしては
Arについて述べたが、H2を用いることも有効である。あ
るいはArとH2を混合して用いるのもよい。H2を用いると
自然酸化膜以外に表面に吸着している遊離したカーボン
原子も有効に除去できる。例えば、Ar中に１％〜30％の
H2（水素）を混合することによって、遊離カーボン、ハ
イドロカーボン等がCH4，H2Oになって除去されるからで
ある。ただし、２つの点で注意が必要である。第１に、
排気ポンプに関する注意点である。排気ポンプとしては
水素に対する排気容量が小さいクライオポンプは使用で
きず、また、ターボポンプを使用する場合にはターボポ
ンプによる水素の排気速度は、他のガスの排気速度に比
べて略々１桁落ちるから、水素の流量を通常に混合した
場合に比べて略々1/10にしなければならない。第２に、
Ar中に水素を混合したままだとSi表面にH2が吸着するの
で、成膜直前にはH2を遮断する方がより有効である点
で、ただし、成膜雰囲気が十分に清浄でない場合には、
H2を流したままで成膜しても有効である。これ以外にも
He,Ne,Kr等のガスを用いてもよい。
さらに、ここでは半導体プロセスへの応用を主に述べて
きたが、それ以外のプロセスに用いても効果のあること
はいうまでもない。例えば磁気ディスクやレーザディス
クなどにおいて、それぞれ磁性材料や金属薄膜を成膜す
る前に、本装置の表面処理を行うことにより、例えば磁
気ディスクでは密着性のよい膜が、レーザディスクでは
表面平坦特性がよく、かつデータの書き込み、読みみ出
しに際しビットエラーの殆どないものが得られるなど効
果は絶大である。
薄膜間の密着性をさらに向上させ、薄膜の結晶性および
接合面の品質をさらに良くするためには、ウェハをクリ
ーンルーム中の空気に触れさせないことが望ましい。ク
リーンルーム中の空気といえども、ダストが除去されて
いるだけであって、水分は１〜２％含まれているし、ハ
イドロカーボン系の不純物も数ppmから数百ppbのオーダ
で通常は存在する。ウェハを空気にさらすことは、水分
ばかりでなくハイドロカーボン等の汚染物が吸着するこ
とである。こうした汚染物の吸着を抑制するには、現状
の装置間のウェハ搬送を空気中で行うのでなく、高純度
N2を流し続けるトンネル中を搬送することが望ましい。
このクリーンN2ガストンネルは中を、ウェハを１枚ずつ
連続的に搬送してもよいし、ウェハキャリアに必要枚
数、例えば25枚ずつ装備して搬送してもよい。クリーン
N2ガストンネルは、吸水性のない透明な材料、例えば透
明な高分子材料や強化ガスとでカバーを作っておくと、
内部が見えてウェハの進み具合が確認できる。もちろ
ん、クリーンN2トンネルは、気密が保たれ外部リークの
充分少ないものであって、N2ガスの純度が保たれるもの
でなければならない。
装置間のウェハ搬送をこのクリーンN2トンネルで行い、
装置内に本発明の減圧表面処理装置を備えることが、今
後の高性能な製造技術には不可欠である。
なお、以上の説明においては試料として主にSiウェハを
例として取りあげたが、化合物半導体を含む他の半導体
ウェハその他の材料からなる試料についても本発明に係
る装置は適用可能である。
［発明の効果］ 本発明により、例えば超高密度集積回路に用いる様々な
薄膜の積層構造が、信頼性、特性ともに優れたものとな
り、その結果集積回路の超高集積化、高信頼化が達成で
きた。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例に係る減圧表面処理装置の一例
を示す断面模式図である。第２図は本発明に係る装置に
より処理したウェハ上に形成したショットキー接合の構
造を示す断面図である。第３図は第２図に示す構造につ
いての電流電圧特性を示すグラフである。第４図は本発
明に係る装置により処理したウェハ上に形成したSi薄膜
の反射電子線回析像を示す写真である。第５図および第
６図は本発明に係る装置の応用例を示す概念図である。
第７図および第８図は従来技術により形成した薄膜構造
を示す模式図である。 101……真空チャンバ、102……真空排気装置、103……
ガス供給装置、104……パージライン、105,107……バル
ブ、106……マスフローコントローラ、108……試料（ウ
ェハ）、109,509……ウェハホルダ、109′……静電チャ
ック電極、110……絶縁膜、111,119,124,132……直流電
源、112,121……高周波フィルタ、113a……RF電源、113
b……高周波電源、114……整合回路、115……ブロッキ
ングコンデンサ、116……導入電極、117……ターゲット
ホルダ、118,511……ターゲット、118′……導電性材料
（金属薄膜）、120……電極、123,131……スイッチ、20
1……ウェハ（Si基板）、202……SiO2膜、203……コン
タクトホール、204……金属配線（Cu）、601……LPCVD
装置、602,602′……石英管、603,603′……減圧表面処
理装置、604,604′……ウェハロード室、701……メモリ
キヤパシタ部、702……基板シリコン、703……フィール
ド酸化膜、704……キャパシタ絶縁膜（SiO2膜）、705…
…多結晶シリコン膜、801……ウェハ（Ｐ型半導体基
板、Si基板）、802……N+領域、803……金属配線（Al-S
i薄膜）、804……SiO2膜、805……開口部（コンタクト
ホール）、805……界面（コンタクト）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅田 優 東京都中央区日本橋室町４丁目２番16号 株式会社渡辺商行内 (56)参考文献 特開 昭53−68171（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも一つの真空室と、これに接続さ
    れた排気装置とガス供給装置と、試料を保持するための
    試料ホルダと、ターゲットを保持するためのターゲット
    ホルダと、前記試料ホルダに高周波電力を供給するため
    の手段と、前記ターゲットホルダに高周波電力を供給す
    るための手段とを有し、前記試料ホルダに供給される高
    周波電力の周波数が前記ターゲットホルダに供給される
    高周波電力の周波数より小となるように設定されるとと
    もに、前記試料ホルダに照射するイオンの運動エネルギ
    ーが30eV以下の値となるように前記試料ホルダに供給さ
    れる高周波電力の周波数が設定されていることを特徴と
    する表面処理装置。
  2. 【請求項２】前記試料ホルダに印加される高周波の周波
    数が100MHzより大なることを特徴とする請求項１に記載
    の表面処理装置。
  3. 【請求項３】前記ターゲットに印加される高周波電力の
    周波数が200MHzより大なることを特徴とする請求項１又
    は２に記載の表面処理装置。
  4. 【請求項４】前記真空室に接続された少なくとも１つ以
    上の薄膜成長装置を有し、前記真空室と前記薄膜成長装
    置間における試料の搬送が一切大気にふれることなく行
    える手段を有したことを特徴とする請求項１乃至３のい
    ずれか１項に記載の表面処理装置。
  5. 【請求項５】前記サセプタ側に、該サセプタに加える高
    周波電力の周波数に対してだけインピーダンスが高く、
    その周波数からずれた周波数に対しては短絡となるバン
    ドエリミネータを設けたことを特徴とする請求項１乃至
    ４のいずれか１項記載の表面処理装置。
  6. 【請求項６】前記ターゲット側に、該ターゲットに加え
    る高周波電力の周波数に対してだけインピーダンスが高
    く、その周波数からずれた周波数に対しては短絡となる
    バンドエリミネータを設けたことを特徴とする請求項１
    乃至５のいずれか１項記載の表面処理装置。
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