JP2715086B2 - Method for forming thermal oxide film on semiconductor wafer - Google Patents

Method for forming thermal oxide film on semiconductor wafer

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thermal oxide
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公俊 岩崎
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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、半導体ウェーハに対する熱酸化膜の形成方
法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a thermal oxide film on a semiconductor wafer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハからIC
等の半導体デバイスを作る間には、半導体ウェーハに対
する熱酸化膜の形成が何回も繰り返して行われる。
Generally, semiconductor wafers such as silicon wafers
During the fabrication of such a semiconductor device, the formation of a thermal oxide film on a semiconductor wafer is repeated many times.

従来、半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハの表
面に熱酸化膜を形成するには、シリコンウェーハを耐熱
性の材料でできた処理用治具(ボート)に搭載して電気
炉中の炉心管内に納置し、熱酸化処理することにより行
われる。
Conventionally, to form a thermal oxide film on the surface of a semiconductor wafer, for example, a silicon wafer, the silicon wafer is mounted on a processing jig (boat) made of a heat-resistant material and placed in a furnace tube in an electric furnace. Then, the thermal oxidation treatment is performed.

膜厚の制御は、雰囲気の種類や温度によって計算した
上で行われ、熱酸化膜が所望の膜厚に達したら、炉内か
ら引き出され、シリコンウェーハの温度を室温まで下げ
た後、直接にあるいは簡単な洗浄処理を施してから次工
程へと進められる。
The control of the film thickness is performed after calculating according to the type and temperature of the atmosphere, and when the thermal oxide film reaches a desired film thickness, it is pulled out of the furnace, directly lowers the temperature of the silicon wafer to room temperature, and then directly. Alternatively, a simple cleaning process is performed, and then the process proceeds to the next step.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記従来の熱酸化膜の形成方法によれ
ば、炉心管内外の環境、半導体ウェーハの炉内への出し
入れなどの操作などによって半導体ウェーハ1には、第
4図に示すように、微小なダスト2が付着し易く、ダス
ト2が付着した状態で熱酸化処理により熱酸化膜3が形
成されると、ダスト2が半導体ウェーハ1上に強固に結
合し、いわゆる「焼き付いた」状態になってしまい、容
易に除去できなくなる。
However, according to the above-described conventional method for forming a thermal oxide film, the semiconductor wafer 1 is made to have a very small size as shown in FIG. 4 due to the environment inside and outside the furnace tube, the operation of taking the semiconductor wafer into and out of the furnace, and the like. When the thermal oxide film 3 is formed by the thermal oxidation process in a state where the dust 2 easily adheres and the dust 2 adheres, the dust 2 is firmly bonded to the semiconductor wafer 1 and becomes a so-called “burned” state. As a result, it cannot be easily removed.

又、半導体ウェーハ1上のダスト2は、後工程に悪影
響を与え、リソグラフィ工程のマスク合わせ時などに問
題が生じたり、形成されるデバイスの特性や品質が劣化
する。
The dust 2 on the semiconductor wafer 1 adversely affects a subsequent process, causing a problem at the time of mask alignment in a lithography process, and deteriorating characteristics and quality of a device to be formed.

そこで、本発明は、熱酸化膜を清浄とし得る半導体ウ
ェーハに対する熱酸化膜の形成方法の提供を目的とする
ものである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a thermal oxide film on a semiconductor wafer that can clean the thermal oxide film.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記課題を解決するため、本発明は、半導体ウェーハ
の熱酸化処理に際し、熱酸化膜を所望の膜厚よりも厚く
形成した後、湿式エッチングにより所望の膜厚まで熱酸
化膜の表面を除去し、その後エッチング液を洗浄除去
し、次いで熱酸化膜の表面を過酸化水素水を含みかつエ
ッチング性のない酸又はアルカリからなる薬液で洗浄す
る方法である。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a method for removing a surface of a thermal oxide film to a desired thickness by wet etching after forming a thermal oxide film thicker than a desired thickness in a thermal oxidation process of a semiconductor wafer. Then, the etching solution is washed and removed, and then the surface of the thermal oxide film is washed with a chemical solution containing an aqueous solution of hydrogen peroxide and containing an acid or alkali having no etching property.

〔作用〕[Action]

上記手段において、湿式エッチングは、熱酸化膜をエ
ッチングする能力のある、たとえばフッ酸などのフッ化
物イオンを含む溶液で行う。このエッチングにより、表
面に焼き付いた状態になっているダストを、熱酸化膜を
除去することにより取り去ることができる。
In the above means, wet etching is performed with a solution containing a fluoride ion such as hydrofluoric acid capable of etching a thermal oxide film. By this etching, dust that has been burned to the surface can be removed by removing the thermal oxide film.

したがって、エッチングに使用される溶液は、熱酸化
膜を除去するに足る充分なエッチング性能を有するもの
であることが必要である。
Therefore, it is necessary that the solution used for the etching has a sufficient etching performance to remove the thermal oxide film.

熱酸化膜を湿式エッチングして所望の膜厚にした後、
半導体ウェーハに付着残留しているエッチング液を純水
などにより洗浄除去をする。これは次いで行われる薬液
洗浄に際し、薬液にエッチング液が混入すると、熱酸化
膜の必要以上の除去が行われてしまうため、これを防止
するために行われる。
After wet etching the thermal oxide film to the desired thickness,
The etchant remaining on the semiconductor wafer is removed by cleaning with pure water or the like. This is performed in order to prevent a thermal oxide film from being removed more than necessary if an etchant is mixed with the chemical solution in the subsequent chemical solution cleaning.

薬液洗浄に用いる薬液としては、塩酸−過酸化水素水
−水、アンモニア水−過酸化水素水−水、硫酸−過酸化
水素水などの過酸化水素水を含みかつエッチング性のな
い酸又はアルカリからなる洗浄な薬液が用いられる。過
酸化水素水は、これに混合される酸またはアルカリなど
のpHを調整する役割を果たす。すなわち、混合される液
によって酸化剤あるいは還元剤の役割をいずれかを果た
す。混合される塩酸、アンモニア水、硫酸等は、熱酸化
膜をエッチングする能力はほとんどない。しかしなが
ら、このような強い酸またはアルカリ等に半導体ウェー
ハをさらすとその表面が活性化され、本発明の処理終了
後のガス等の吸着あるいは空気中のダストの吸着等の不
都合を生じやすい。したがって過酸化水素水を混合する
ことによりこれらの作用を押さえて効果的にダストを除
去することができる。
Chemicals used for chemical cleaning include hydrochloric acid-hydrogen peroxide water-water, ammonia water-hydrogen peroxide water-water, sulfuric acid-hydrogen peroxide water and other non-etching acids or alkalis. A clean chemical solution is used. The aqueous hydrogen peroxide plays a role in adjusting the pH of an acid or alkali mixed therein. That is, the mixed liquid plays a role of an oxidizing agent or a reducing agent. Hydrochloric acid, ammonia water, sulfuric acid, and the like that are mixed have little ability to etch a thermal oxide film. However, when the semiconductor wafer is exposed to such a strong acid or alkali, the surface thereof is activated, which tends to cause inconveniences such as adsorption of gas or the like after the treatment of the present invention or adsorption of dust in the air. Therefore, by mixing the aqueous hydrogen peroxide, these effects can be suppressed and dust can be effectively removed.

エッチング中に除去されたダストのうち、比較的小さ
いものは、エッチング終了後の高い表面活性によって吸
着あるいは残留している場合がある。これらのダスト
は、エッチング後の水洗等の洗浄ではほとんど除去する
ことができない。本発明の薬液洗浄は、熱酸化膜の表面
を極めてわずかに還元酸化を繰り返すことにより、ダス
トを浮き上がらせ除去することができるのである。これ
による熱酸化膜のエッチングは実質的に生じない。
Of the dust removed during the etching, relatively small dust may be adsorbed or remain due to high surface activity after the end of the etching. These dusts can hardly be removed by washing such as water washing after etching. In the chemical cleaning according to the present invention, dust can be lifted and removed by repeating reductive oxidation very slightly on the surface of the thermal oxide film. As a result, the thermal oxide film is not substantially etched.

これらのエッチング、洗浄、薬液洗浄は一連の作業と
して行われることが必要である。エッチング後の表面に
付着したままのダストは、長時間空気中にさらされると
その後の薬液洗浄などでも容易に除去することができな
くなってしまうからである。
These etching, cleaning, and chemical cleaning must be performed as a series of operations. This is because dust remaining on the surface after etching cannot be easily removed by a chemical cleaning or the like after long exposure to air.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図〜第3図と共に説明
する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

シリコンウェーハ10の熱酸化処理に際し、まず、第1
図に示すように、熱酸化膜(シリコン酸化膜)11を所望
の膜厚より厚く形成し、ついで、熱酸化膜11をエッチン
グする能力のあるフッ化物イオンを含む清浄な溶液にシ
リコンウェーハ10を浸漬し、第2図に示すように、熱酸
化膜11の表面を湿式エッチングして所望の膜厚とした。
このエッチングにより熱酸化膜11の表面に固着したダス
ト12が概ね除去された。
In the thermal oxidation treatment of the silicon wafer 10, first, the first
As shown in the figure, a thermal oxide film (silicon oxide film) 11 is formed thicker than a desired film thickness, and then the silicon wafer 10 is placed in a clean solution containing fluoride ions capable of etching the thermal oxide film 11. After immersion, the surface of the thermal oxide film 11 was wet-etched to a desired thickness as shown in FIG.
By this etching, dust 12 adhered to the surface of thermal oxide film 11 was substantially removed.

その後、シリコンウェーハ10を取り出して水洗などで
エッチャントをシリコンウェーハ10の表面から取り除
き、次に熱酸化膜11を極めてわずかに還元酸化を繰り返
す薬液、例えば塩酸−過酸化水素水−水、アンモニア水
−過酸化水素水−水、硫酸−過酸化水素水などで洗浄
し、第3図に示すように、比較的小さなダスト12を除去
してから次工程へ進める。
Thereafter, the silicon wafer 10 is taken out, the etchant is removed from the surface of the silicon wafer 10 by washing with water or the like, and then a chemical solution that repeats the reduction oxidation of the thermal oxide film 11 very slightly, for example, hydrochloric acid-hydrogen peroxide water-water, ammonia water- The substrate is washed with a hydrogen peroxide solution-water, a sulfuric acid-hydrogen peroxide solution, etc., and as shown in FIG. 3, relatively small dust 12 is removed before proceeding to the next step.

ここで、熱酸化処理後における未処理のシリコンウェ
ーハA、エッチング処理後エッチング液を洗浄除去した
シリコンウェーハB、エッチング処理後エッチング液を
洗浄除去し、次いで薬液洗浄処理を行ったシリコンウェ
ーハCのダスト数を比較したところ表−1のようになっ
た。
Here, the dust of the unprocessed silicon wafer A after the thermal oxidation treatment, the silicon wafer B after the etching treatment was removed by washing the etching liquid, and the etching liquid after the etching treatment was removed by cleaning, and then the silicon wafer C subjected to the chemical cleaning treatment When the numbers were compared, they were as shown in Table 1.

なお、ダスト数は、シリコンウェーハ50枚(直径100m
m)の平均値で、専用のダストカウンターにより測定し
た。
The number of dust was 50 silicon wafers (100 m diameter)
The average value of m) was measured by a dedicated dust counter.

したがって、エッチング処理後エッチング液を洗浄処
理した場合は、比較的大きなダストの除去には効果があ
るものの、比較的小さなダストの除去には余り効果がな
く、エッチング処理後エッチング液を洗浄除去し、次い
で薬液洗浄処理を行った場合は、比較的小さなダストの
除去にも効果があらわれており、より清浄な熱酸化膜面
が得られることがわかった。
Therefore, when the etching solution is cleaned after the etching process, it has an effect on removing relatively large dust, but has little effect on the removal of relatively small dust. Then, when a chemical cleaning treatment was performed, the effect was also exhibited in removing relatively small dust, and it was found that a cleaner thermal oxide film surface could be obtained.

これとは別に、エッチング処理を行わず、薬液による
洗浄のみを行った場合は、ダスト量にさほど大きな変動
は見られず、効果が小さいことも確認された。
Separately from this, when only cleaning with a chemical solution was performed without performing etching treatment, there was no significant change in the dust amount, and it was also confirmed that the effect was small.

なお、上記実施例は、シリコンウェーハに対する熱酸
化膜の形成方法について述べたが、これに限定されるも
のではなく、例えばゲルマニウムウェーハその他の半導
体ウェーハに対する熱酸化膜の形成にも適用できる。
In the above embodiment, the method of forming a thermal oxide film on a silicon wafer has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, the formation of a thermal oxide film on a germanium wafer or other semiconductor wafers.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の熱酸化膜の形成方法に
よれば、表面に焼き付いた状態になっている比較的大き
なダストが、熱酸化膜の表面と共に湿式エッチングによ
り除去され、熱酸化膜の必要以上の除去が、エッチング
液の洗浄除去により防止され、かつエッチング終了後の
高い表面活性によって吸着あるいは残留している比較的
小さなダストが、熱酸化膜の表面を極めてわずかに還元
酸化を繰り返す薬液洗浄による浮き上がりによって除去
される一方、一連の作業として行われるエッチング、洗
浄除去及び薬液洗浄処理後のガス等の吸着あるいは空気
中のダストの吸着等が、薬液中の過酸化水素による表面
活性化の抑制によって防止されるので、清浄な熱酸化膜
を持った半導体ウェーハを得ることができる。
As described above, according to the method for forming a thermal oxide film of the present invention, relatively large dust that has been baked on the surface is removed by wet etching together with the surface of the thermal oxide film, and the thermal oxide film is removed. Unnecessary removal is prevented by cleaning and removing the etchant, and a relatively small dust adsorbed or remaining due to the high surface activity after the etching is completed, and the surface of the thermal oxide film is repeatedly reduced and oxidized very slightly. On the other hand, while removal by lifting due to cleaning, the adsorption of gas etc. or the adsorption of dust in the air after a series of operations such as etching, cleaning and removal, and chemical cleaning treatment are the causes of surface activation by hydrogen peroxide in the chemical. Since this is prevented by the suppression, a semiconductor wafer having a clean thermal oxide film can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図〜第3図は本発明の一実施例を示すもので、第1
図、第2図及び第3図はそれぞれシリコンウェーハの熱
酸化処理工程、エッチング処理工程及び薬液の洗浄工程
後の断面図、第4図は従来方法によるシリコンウェーハ
の断面図である。 10…シリコンウェーハ、11…熱酸化膜、12…ダスト
1 to 3 show one embodiment of the present invention.
FIGS. 2, 2 and 3 are cross-sectional views of the silicon wafer after a thermal oxidation process, an etching process, and a chemical cleaning process, respectively, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the silicon wafer according to the conventional method. 10 ... silicon wafer, 11 ... thermal oxide film, 12 ... dust

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−272541(JP,A) 特開 昭59−125662(JP,A) 特開 昭50−3782(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-62-272541 (JP, A) JP-A-59-125662 (JP, A) JP-A-50-3782 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体ウェーハの熱酸化処理に際し、熱酸
化膜を所望の膜厚よりも厚く形成した後、湿式エッチン
グにより所望の膜厚まで熱酸化膜の表面を除去し、その
後エッチング液を洗浄除去し、次いで熱酸化膜の表面を
過酸化水素水を含みかつエッチング性のない酸又はアル
カリからなる薬液で洗浄することを一連に行うことを特
徴とする半導体ウェーハに対する熱酸化膜の形成方法。
In a thermal oxidation treatment of a semiconductor wafer, after forming a thermal oxide film thicker than a desired film thickness, the surface of the thermal oxide film is removed to a desired film thickness by wet etching, and then the etching solution is washed. A method for forming a thermally oxidized film on a semiconductor wafer, comprising removing, and then cleaning the surface of the thermally oxidized film with a chemical solution containing an acid or an alkali having a non-etching property and containing a hydrogen peroxide solution.
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