JP2558273B2 - 表面クリ−ニング方法 - Google Patents
表面クリ−ニング方法Info
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- JP2558273B2 JP2558273B2 JP62061027A JP6102787A JP2558273B2 JP 2558273 B2 JP2558273 B2 JP 2558273B2 JP 62061027 A JP62061027 A JP 62061027A JP 6102787 A JP6102787 A JP 6102787A JP 2558273 B2 JP2558273 B2 JP 2558273B2
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- Japan
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- sio
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- sample
- ions
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は表面クリーニング方法に係り、特に半導体基
板の表面の清浄化に好適な表面クリーニング方法に関す
る。
板の表面の清浄化に好適な表面クリーニング方法に関す
る。
従来、半導体製造工程では半導体基板上に薄膜を形成
する前に、前清浄として基板表面に形成されている20Å
程度の極めて薄い基板の酸化物をエッチング除去する処
理を行なうのが一般的である。例えばSi基板の場合、表
面に薄膜が形成された基板をフッ化水素酸やフッ化アン
モニウムなどを含んだエッチング溶液中に侵漬して表面
のSiO2をエッチング除去し、その後基板に付着したエッ
チング溶液を洗い流すために所定の時間水洗し、さらに
基板を乾燥する手順を経て薄膜形成装置内に挿入され
る。このような湿式エッチング法による極めて薄いSiO2
のエッチングは、前洗浄として一般に用いられている
が、SiO2のエッチングに関していえばドライエッチング
法も既に広く用いられており、これに関しては特公昭57
−41817号に詳しく述べられている。
する前に、前清浄として基板表面に形成されている20Å
程度の極めて薄い基板の酸化物をエッチング除去する処
理を行なうのが一般的である。例えばSi基板の場合、表
面に薄膜が形成された基板をフッ化水素酸やフッ化アン
モニウムなどを含んだエッチング溶液中に侵漬して表面
のSiO2をエッチング除去し、その後基板に付着したエッ
チング溶液を洗い流すために所定の時間水洗し、さらに
基板を乾燥する手順を経て薄膜形成装置内に挿入され
る。このような湿式エッチング法による極めて薄いSiO2
のエッチングは、前洗浄として一般に用いられている
が、SiO2のエッチングに関していえばドライエッチング
法も既に広く用いられており、これに関しては特公昭57
−41817号に詳しく述べられている。
上記従来技術は、実質的に表面を清浄にすることが難
しいという問題があった。湿式エッチング法を用いた場
合は、エッチング溶液中で表面のSiO2を一旦除去して
も、その後に行なう水洗、乾燥および薄膜形成装置内へ
の挿入の段階で再び薄いSiO2が表面に形成されてしま
う。一方、ドライエッチング法を用いた場合は、炭素を
含有するガスをエッチングガスとして用いるため、エッ
チング後の表面には炭素が汚染物質として残存するこ
と、湿式エッチング法に比べてSiO2とSiのエッチング速
度の選択性が小さいため極めて薄いSiO2だけを制御性良
く除去するのが困難であることなどの問題があった。
しいという問題があった。湿式エッチング法を用いた場
合は、エッチング溶液中で表面のSiO2を一旦除去して
も、その後に行なう水洗、乾燥および薄膜形成装置内へ
の挿入の段階で再び薄いSiO2が表面に形成されてしま
う。一方、ドライエッチング法を用いた場合は、炭素を
含有するガスをエッチングガスとして用いるため、エッ
チング後の表面には炭素が汚染物質として残存するこ
と、湿式エッチング法に比べてSiO2とSiのエッチング速
度の選択性が小さいため極めて薄いSiO2だけを制御性良
く除去するのが困難であることなどの問題があった。
本発明の目的は、基板表面に薄膜を形成する前に、基
板表面に自然成長しているSiO2だけを除去している清浄
なSiの表面を露出させる方法を提供することにある。
板表面に自然成長しているSiO2だけを除去している清浄
なSiの表面を露出させる方法を提供することにある。
上記目的は、Si表面を活性な酸素あるいはオゾンに曝
露した後、続いて表面にイオン照射を行ない、その後加
熱昇温を行なうことにより達成される。発明者らはSi基
板表面の清浄化を図る目的で種々検討を行なった結果、
上記のようにSi表面に存在しているSiO2に対してイオン
ビームを室温で照射した後、加熱することにより表面の
SiO2が消滅する事実を見い出した。
露した後、続いて表面にイオン照射を行ない、その後加
熱昇温を行なうことにより達成される。発明者らはSi基
板表面の清浄化を図る目的で種々検討を行なった結果、
上記のようにSi表面に存在しているSiO2に対してイオン
ビームを室温で照射した後、加熱することにより表面の
SiO2が消滅する事実を見い出した。
最初に行なう活性酸素あるいはオゾンによるSi表面の
処理によって表面に付着している炭素（ハイドロカーボ
ン）は酸化され気体となって脱離し表面には純粋なSiO2
のみが残存する。続いて行なう希ガスイオンの照射によ
りSiO2は昇華しやすい物質に交換する。さらに加熱昇温
することによってSiO2が表面から脱離する。SiO2が表面
から脱離する機構は充分解明できていないが、下記実験
事実すなわち、 室温状載でイオン照射しただけでは表面状態は変化
しない、 高温状態でイオン照射しても表面状態に顕著な変化
は生じない。
処理によって表面に付着している炭素（ハイドロカーボ
ン）は酸化され気体となって脱離し表面には純粋なSiO2
のみが残存する。続いて行なう希ガスイオンの照射によ
りSiO2は昇華しやすい物質に交換する。さらに加熱昇温
することによってSiO2が表面から脱離する。SiO2が表面
から脱離する機構は充分解明できていないが、下記実験
事実すなわち、 室温状載でイオン照射しただけでは表面状態は変化
しない、 高温状態でイオン照射しても表面状態に顕著な変化
は生じない。
室温でイオン照射した後、加熱昇温した場合にのみ
SiO2が表面から消滅する。
SiO2が表面から消滅する。
ことから室温で照射したイオンがSiO2中に取り込まれる
と同時にSiO2が昇華しやすいSiOなどの物質に変換さ
れ、その後で行われる熱処理によって膜中に取り込まれ
たイオンと共にSiO2が昇華すると考えられる。また、高
温状態でイオン照射しても顕著な効果が得られない理由
は、運動エネルギーを失なって膜中に一旦取り込まれた
イオンが熱エネルギーを受けて再び膜外に放出されるた
めと考えている。従って膜中にイオンを取り込んだ状態
で加熱昇温することが、SiO2を表面から消滅させる上で
重要な点であると考えられる。
と同時にSiO2が昇華しやすいSiOなどの物質に変換さ
れ、その後で行われる熱処理によって膜中に取り込まれ
たイオンと共にSiO2が昇華すると考えられる。また、高
温状態でイオン照射しても顕著な効果が得られない理由
は、運動エネルギーを失なって膜中に一旦取り込まれた
イオンが熱エネルギーを受けて再び膜外に放出されるた
めと考えている。従って膜中にイオンを取り込んだ状態
で加熱昇温することが、SiO2を表面から消滅させる上で
重要な点であると考えられる。
以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明
する。
する。
まず、装置の構成について説明する。ターボポンプ１
および油回転ポンプ２から成る真空排気系とオージェ電
子分光分析器10と、イオン源４とを備えた真空容器３内
にタンタルを材料とする試料台５を設け、その上に試料
６を置いた。試料６にはその表面に厚さ30Åの自然酸化
膜が成長している単結晶Siを用いた。試料台５の直下ご
く近傍に試料台加熱用のハロゲンランプ８を、また上方
のごく近傍にオゾン発生用のハロゲンランプ９を設置し
た。試料台５は試料台移動機構７に連結し、真空容器内
で任意に方向を変換できるようにした。試料台５の近傍
にオージェ電子分光分析器10を備え付け、試料６の表面
状態を真空器内で観測できるようにした。ガスはリーク
バルグ11を通してガス導入管12から導入した。
および油回転ポンプ２から成る真空排気系とオージェ電
子分光分析器10と、イオン源４とを備えた真空容器３内
にタンタルを材料とする試料台５を設け、その上に試料
６を置いた。試料６にはその表面に厚さ30Åの自然酸化
膜が成長している単結晶Siを用いた。試料台５の直下ご
く近傍に試料台加熱用のハロゲンランプ８を、また上方
のごく近傍にオゾン発生用のハロゲンランプ９を設置し
た。試料台５は試料台移動機構７に連結し、真空容器内
で任意に方向を変換できるようにした。試料台５の近傍
にオージェ電子分光分析器10を備え付け、試料６の表面
状態を真空器内で観測できるようにした。ガスはリーク
バルグ11を通してガス導入管12から導入した。
この装置を用いて、下記のようにして表面クリーニン
グを行った。
グを行った。
リークバルブ11を制御して真空容器内３の圧力が100T
orrになるようにガス導入管12から酸素を供給した。そ
の状態でハロゲンランプ９を用いて熱励起によりオゾン
を発生させた。オゾン発生後の試料６の表面状態を１分
経過するごとにオージェ分析器10により計測した。その
結果、オゾン発生前に検出されていた273eVに位置する
炭素を示すスペクトルが経過時間と共に減少し、約５分
後には消滅した。92eVに位置するSi,および508eVに位置
する酸素を示すスペクトルは明らかに存在しておりオゾ
ンとの接触によって基板表面から脱離するのは炭素だけ
であることを示していた。なお、オゾン発生時の条件と
して圧力100Torr,試料６の温度は室温としたが、圧力は
1Torrから大気圧の範囲であれば良く、また温度は200℃
以下であることが望ましい。炭素が表面から除去された
後、真空容器３内を一旦２×10-7Torrまで真空排気した
後、ガス導入管12からヘリウムを供給し、リークバブル
11を用いて真空器内の圧力が５×10-5Torrになるように
制御した。その後、イオン源４を起動させてヘリウムイ
オンビームを試料６の表面に10分間照射した。イオンの
加速電圧は1KVとした。イオンビームの照射を停止して
真空容器３内を真空排気した後、ハロゲンランプ８を用
いて試料６を加熱昇温しう。温度は100℃ずつ段階的に
昇温し、各温度で10分間保持した後オージェ分析器10に
より試料表面の元素分析を行なった。第２図に92eVのSi
および508eeVの酸素に注目して試料表面状態の加熱温度
依存性を計測した結果を示した。この結果においても炭
素は検出されなかった。温度が400℃を越えると酸素の
スペクトルピークは減少し始め500℃加熱後には最初の
ピークの70〜80％減少が見られ、600℃加熱後には酸素
を示すピークは消滅した。一方、酸素ピークの減少に伴
なってSiのピークは増大し600℃加熱後にはSiのピーク
のみが検出された。この結果は表面のSiO2が除去されSi
元素だけから成る表面を形成したことを示している。な
お、ヘリウムイオン照射時の条件として圧力５×10-5To
rr,試料６の温度に室温を用いたが、圧力は５×10-6Tor
rの範囲であれば良く、温度は100℃以下であることが望
ましい。
orrになるようにガス導入管12から酸素を供給した。そ
の状態でハロゲンランプ９を用いて熱励起によりオゾン
を発生させた。オゾン発生後の試料６の表面状態を１分
経過するごとにオージェ分析器10により計測した。その
結果、オゾン発生前に検出されていた273eVに位置する
炭素を示すスペクトルが経過時間と共に減少し、約５分
後には消滅した。92eVに位置するSi,および508eVに位置
する酸素を示すスペクトルは明らかに存在しておりオゾ
ンとの接触によって基板表面から脱離するのは炭素だけ
であることを示していた。なお、オゾン発生時の条件と
して圧力100Torr,試料６の温度は室温としたが、圧力は
1Torrから大気圧の範囲であれば良く、また温度は200℃
以下であることが望ましい。炭素が表面から除去された
後、真空容器３内を一旦２×10-7Torrまで真空排気した
後、ガス導入管12からヘリウムを供給し、リークバブル
11を用いて真空器内の圧力が５×10-5Torrになるように
制御した。その後、イオン源４を起動させてヘリウムイ
オンビームを試料６の表面に10分間照射した。イオンの
加速電圧は1KVとした。イオンビームの照射を停止して
真空容器３内を真空排気した後、ハロゲンランプ８を用
いて試料６を加熱昇温しう。温度は100℃ずつ段階的に
昇温し、各温度で10分間保持した後オージェ分析器10に
より試料表面の元素分析を行なった。第２図に92eVのSi
および508eeVの酸素に注目して試料表面状態の加熱温度
依存性を計測した結果を示した。この結果においても炭
素は検出されなかった。温度が400℃を越えると酸素の
スペクトルピークは減少し始め500℃加熱後には最初の
ピークの70〜80％減少が見られ、600℃加熱後には酸素
を示すピークは消滅した。一方、酸素ピークの減少に伴
なってSiのピークは増大し600℃加熱後にはSiのピーク
のみが検出された。この結果は表面のSiO2が除去されSi
元素だけから成る表面を形成したことを示している。な
お、ヘリウムイオン照射時の条件として圧力５×10-5To
rr,試料６の温度に室温を用いたが、圧力は５×10-6Tor
rの範囲であれば良く、温度は100℃以下であることが望
ましい。
以上説明したように、本実施例によればひとつの真空
容器内でオゾン照射とヘリウムイオン照射を連続的に行
なうことによって炭素を含む自然成長SiO2を除去するこ
とを可能とし、純粋なSi表面を露出できる効果がある。
本実施例ではヘリウムイオンを用いたが、ヘリウムに制
限されるものではなく、イオンを照射することが重要な
点である。ただ、アルゴンなどの重いイオンを用いると
物理衝撃によるエッチングが生じるためSiO2だけではな
く下地のSi基板もエッチングされ、制御性が低下する難
点がある。なお、本実施例ではSi基板表面を用いたが、
多結晶Siや金属シリサイドあるいは金属あるいはGaAsや
InPなどの化合物半導体の表面に対しても同様の効果を
得ることができる。
容器内でオゾン照射とヘリウムイオン照射を連続的に行
なうことによって炭素を含む自然成長SiO2を除去するこ
とを可能とし、純粋なSi表面を露出できる効果がある。
本実施例ではヘリウムイオンを用いたが、ヘリウムに制
限されるものではなく、イオンを照射することが重要な
点である。ただ、アルゴンなどの重いイオンを用いると
物理衝撃によるエッチングが生じるためSiO2だけではな
く下地のSi基板もエッチングされ、制御性が低下する難
点がある。なお、本実施例ではSi基板表面を用いたが、
多結晶Siや金属シリサイドあるいは金属あるいはGaAsや
InPなどの化合物半導体の表面に対しても同様の効果を
得ることができる。
本発明によれば、従来の湿式エッチング法やドライエ
ッチング法では実現し得なかった、極めて薄い酸化物層
のみを除去して清浄な基板の表面を露出させることがで
きるので、その表面に薄膜を形成してもSiO2を介在させ
ない極めて清浄な基板と薄膜の界面を得ることができ
る。従って半導体製造工程でしばしば発生する半導体あ
るいは半導体層間の接触抵抗の増大の問題や界面に存在
するSiO2が不純物拡散の障害となる問題あるいは単結晶
の成長に対する障害となる問題を回避するのに大きな効
果がある。
ッチング法では実現し得なかった、極めて薄い酸化物層
のみを除去して清浄な基板の表面を露出させることがで
きるので、その表面に薄膜を形成してもSiO2を介在させ
ない極めて清浄な基板と薄膜の界面を得ることができ
る。従って半導体製造工程でしばしば発生する半導体あ
るいは半導体層間の接触抵抗の増大の問題や界面に存在
するSiO2が不純物拡散の障害となる問題あるいは単結晶
の成長に対する障害となる問題を回避するのに大きな効
果がある。
第１図は本発明の一実施例で用いた装置の構成図、第２
図はオージェ電子分光法による表面状態の加熱温度依存
性である。
図はオージェ電子分光法による表面状態の加熱温度依存
性である。
Claims (3)
- 【請求項１】処理すべき基板の表面を活性な酸素若しく
はオゾンと接触させた後、上記表面に希ガスイオンを照
射し、さらに上記基板の温度を上昇させることより、上
記基板の表面に形成されてある酸化物を除去することを
特徴とする表面クリーニング方法。 - 【請求項２】上記表面に希ガスイオンを照射した後、上
記基板の温度を500℃以上に上昇させることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の表面クリーニング方法。 - 【請求項３】上記基板はシリコン基板であり、上記酸化
物は二酸化シリコンであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項若しくは第２項記載の表面クリーニング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62061027A JP2558273B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 表面クリ−ニング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62061027A JP2558273B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 表面クリ−ニング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63228620A JPS63228620A (ja) | 1988-09-22 |
| JP2558273B2 true JP2558273B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=13159408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62061027A Expired - Lifetime JP2558273B2 (ja) | 1987-03-18 | 1987-03-18 | 表面クリ−ニング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2558273B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5417826A (en) * | 1992-06-15 | 1995-05-23 | Micron Technology, Inc. | Removal of carbon-based polymer residues with ozone, useful in the cleaning of plasma reactors |
| JPH06151395A (ja) * | 1992-11-10 | 1994-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｓｉ清浄表面形成方法 |
| JP3088714B1 (ja) * | 1999-03-05 | 2000-09-18 | キヤノン販売株式会社 | 基板表面の清浄化方法及び半導体装置の製造方法 |
-
1987
- 1987-03-18 JP JP62061027A patent/JP2558273B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63228620A (ja) | 1988-09-22 |
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