JP3811809B2 - 半導体基板の表面処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体基板の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
たとえばＳｉからなる半導体基板の表面には、大気や水分と接触することにより自然酸化膜が生成しているが、半導体装置を製造するための諸工程の前にこれを除去する必要がある。さらに、自然酸化膜が除去された後の半導体基板の表面が平滑になっている必要があるとともに、半導体基板の表面部に存在する結晶が不整状態となっていてはならない。
【０００３】
従来、半導体基板からの自然酸化膜の除去は、▲１▼ＨＣｌガス雰囲気中で光を照射する方法や、▲２▼ＨＦを用いて湿式処理する方法等によって行われていた。
【０００４】
しかしながら、上記▲１▼の方法では、装置が腐食するという問題があった。また、上記▲２▼の方法では、後工程である半導体装置製造のための処理を、自然酸化膜の除去処理とは系の異なる別個に用意した装置により行わなければならないため、これらの処理を連続して行うことができないという問題があった。しかも、上記２つの方法で自然酸化膜を除去した場合、次のような問題もあった。すなわち、自然酸化膜は不均質であるため上記方法でこれを除去した場合、半導体基板に表面荒れが発生する。また、半導体基板の表面の極く近傍には結晶の不整が存在することがあり、その結果半導体装置を製造するための後工程においてたとえばゲート酸化膜を形成した場合に膜特性が低下する。
【０００５】
また、半導体基板表面の自然酸化膜に、炭素、窒素もしくはこれらの化合物や、金属等が汚染物質として付着していることがあり、その場合上記▲１▼の従来方法で自然酸化膜を除去してもこれらの汚染物質が残存することがある。その結果、やはり半導体装置を製造するための後工程においてたとえばゲート酸化膜を形成した場合に膜特性が低下する。
【０００６】
この発明の目的は、上記問題を解決した半導体基板の表面処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による半導体基板の表面処理方法は、ロードロック機構付き縦型熱処理炉によるものであって、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、ボートに複数搭載して熱処理炉のプロセスチューブ内にローディングし、プロセスチューブ内をＯ２ガスを含有した希ガス雰囲気として６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面に自然酸化膜とは別の新たな酸化膜を自然酸化膜との合計の厚さが２〜１５Åとなるように形成する工程と、プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の酸化膜をすべて除去する工程とを含んでいることを特徴とするものである。
【０００８】
上記方法において、Ｏ2 ガスを含有した雰囲気、およびＨ2 ガスを含有した雰囲気をつくるのに用いられるガスとして、希ガスに限定した理由は、不活性であると考えられている窒素ガスの場合、高温中においてはＮ2 が反応して半導体基板の表面に窒化物が生成するおそれがあるからである。
【０００９】
上記方法によれば、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱し、自然酸化膜とは別に新たに酸化膜を形成しているので、後工程のＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱により酸化膜をすべて除去した場合、半導体基板の表面に荒れが生じるのが防止されて、平滑な表面が得られる。しかも、表面の極く近傍の不整な結晶も酸化された後除去されるので、半導体基板の表面の極く近傍の結晶に不整が見られなくなる。後工程のＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱の前に、自然酸化膜とは別に新たに酸化膜を形成していないと次のような問題がある。すなわち、自然酸化膜は、不均質で半導体基板を構成する物質の原子、たとえばＳｉ原子と、Ｏ原子との配列が不規則になっているとともに、その厚さが各部で不均一になっており、これを上記雰囲気中の加熱により除去すると、半導体基板の表面に荒れが生じる。また、半導体基板における自然酸化膜との界面の極く近傍において、結晶が不整状態となっているので、自然酸化膜を上記雰囲気中での加熱により除去すると、基板表面の極く近傍の結晶が不整状態のまま残る。さらに、上記方法によれば、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱、およびＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱を行うだけであるので、装置の腐食が防止される。さらに、乾式処理となるので、たとえばクラスターツールを用いれば、この発明の方法による表面処理に引き続いて行う半導体装置製造のための一連の処理を、半導体基板を大気に触れさせることなく直ちに行うことができる。
【００１０】
上記方法において、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱を、真空雰囲気中での加熱と交互に行うことがある。この場合、酸化膜を除去することにより発生したＳｉＯを含むＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有不活性ガスを、一旦排除することになるので、上記ＳｉＯが再度半導体基板の表面に付着することによる弊害を防止することができる。
【００１１】
上記方法において、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱温度が、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱温度以下であることが好ましい。
【００１２】
上記方法において、自然酸化膜と、これとは別に生成させた酸化膜との合計の厚さを２〜１５Åとするのは、２Å未満であると元の自然酸化膜の十分な均質化を図ることができず、１５Åを越えると後工程における酸化膜の除去が困難になるからである。上記厚さは４〜１３Åであるのが、特に好ましい。
【００１３】
上記方法において、Ｈ2 ガスを含有した希ガス雰囲気におけるＨ2 ガス濃度が１〜２０vol ％であることが好ましい。その理由は、Ｈ2 ガス濃度が１vol ％未満であると酸化膜の完全な除去が困難であり、２０vol ％を越えると爆発の危険性が大きくなるからである。
【００１４】
この発明による他の半導体基板の表面処理方法は、ロードロック機構付き縦型熱処理炉によるものであって、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、ボートに複数搭載して熱処理炉のプロセスチューブ内にローディングし、プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の自然酸化膜およびこれに付着している場合がある汚染物質のうち少なくとも汚染物質を除去する工程と、プロセスチューブ内をＯ２ガスを含有した希ガス雰囲気として６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面に新たに２〜１５Åの厚さの酸化膜を形成する工程と、プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の酸化膜をすべて除去する工程とを含んでいることを特徴とするものである。
【００１５】
上記方法において、Ｏ2 ガスを含有した雰囲気、およびＨ2 ガスを含有した雰囲気をつくるのに用いられるガスとして、希ガスに限定した理由は、上記第１の方法と同様である。
【００１６】
上記方法によれば、第１の工程として、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱しているので、半導体基板表面の自然酸化膜に、炭素、窒素もしくはこれらの化合物や、金属等が汚染物質として付着していたとしても、この汚染物質を除去することができる場合が少なくない。すなわち、このような加熱によれば、自然酸化膜に付着している汚染物質だけが除去されたり、自然酸化膜の一部が汚染物質とともに除去されたり、あるいはすべての自然酸化膜が汚染物質とともに除去されたりする。したがって、半導体装置を製造するための後工程においてたとえばゲート酸化膜を形成した場合に膜特性が低下するのを防止することができる。
【００１７】
また、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱した半導体基板を、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱し、半導体基板の表面に新たに酸化膜を形成した後、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱して酸化膜をすべて除去しているので、半導体基板の表面に荒れが生じるのが防止されて、平滑な表面が得られる。しかも、表面の極く近傍の不整な結晶も酸化された後除去されるので、半導体基板の表面の極く近傍の結晶に不整が見られなくなる。後工程のＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱の前に、全体に酸化膜を形成していないと次のような問題がある。すなわち、自然酸化膜は、不均質で半導体基板を構成する物質の原子、たとえばＳｉ原子と、Ｏ原子との配列が不規則になっているとともに、その厚さが各部で不均一になっており、これを上記雰囲気中の加熱により除去すると、半導体基板の表面に荒れが生じる。また、半導体基板における自然酸化膜との界面の極く近傍において、結晶が不整状態となっているので、自然酸化膜を上記雰囲気中での加熱により除去すると、基板表面の極く近傍の結晶が不整状態のまま残る。さらに、上記方法によれば、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱、およびＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱を行うだけであるので、装置の腐食が防止される。さらに、乾式処理となるので、たとえばクラスターツールを用いれば、この発明の方法による表面処理に引き続いて行う半導体装置製造のための一連の処理を、半導体基板を大気に触れさせることなく直ちに行うことができる。
【００１８】
上記方法において、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱して酸化膜を除去することを、真空雰囲気中での加熱と交互に行うことがある。この場合、酸化膜を除去することにより発生したＳｉＯを含むＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有不活性ガスを、一旦排除することになるので、上記ＳｉＯが再度半導体基板の表面に付着することによる弊害を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、シリコンウェハの表面処理方法である。
【００２０】
図１は第１の実施形態を工程順に示し、図２は第２の実施形態を工程順に示し、図３はこれらの実施形態に用いられるロードロック機構付きの縦型熱処理炉の概略を示す。
【００２１】
実施形態１
予め、カセット保管チャンバ(5) のカセット出入口(10)を密閉手段(11)により閉鎖しておくとともに、仕切壁(4) の開口(12)を密閉手段(13)により閉鎖しておく。また、ボート(8) を下降させておくとともにプロセスチューブ(7) の下端開口をシャッタ(9) により閉鎖しておく。
【００２２】
そして、まずカセット出入口(10)を開き、カセット保管チャンバ(5) 内に所要数のシリコンウェハ(W) を搭載したカセット(C) を搬入した後、カセット出入口(10)を密閉手段(11)で閉鎖する（第１工程）。このシリコンウェハ(W) の表面には、図１(a) に示すように、不均質でＳｉ原子とＯ原子との配列が不規則になっているとともに、その厚さが各部で不均一になっている自然酸化膜(ON ) が生成している。
【００２３】
ついで、カセット保管チャンバ(5) およびウェハローディングチャンバ(3) 内をそれぞれ真空雰囲気とした後Ｎ2 ガス雰囲気とし、両チャンバ(5)(3)内のＯ2 濃度が所要の濃度、たとえば１ｐｐｍ以下になれば、仕切壁(4) の開口(12)を開き、図示しないウェハ移載手段によりカセット(C) に搭載されているシリコンウェハ(W) をボート(8) に移載する（第２工程）。このとき、プロセスチューブ(7) 内は希ガス雰囲気、たとえばＡｒガスとしておくとともに、所定の温度、たとえば６００℃に加熱保持しておく。上記において、カセット保管チャンバ(5) およびウェハローディングチャンバ(3) 内をそれぞれＮ2 ガス雰囲気としておくのは、両チャンバ(5)(3)内への大気、水分、汚染物質等の混入を防止するとともに、後工程においてシリコンウェハ(W) をプロセスチューブ(7) 内にローディングするさいにＯ2 やＨ2 Ｏがプロセスチューブ(7) 内に侵入することによってシリコンウェハ(W) 表面の自然酸化膜(ON ) の制御されない成長を防止するためである。なお、Ｎ2 ガスに代えて希ガス、たとえばＡｒガスを用いることも考えられるが、Ｎ2 ガスのコストが安いので、Ｎ2 ガスを用いることが好ましい。
【００２４】
ボート(8) へのシリコンウェハ(W) の移載が終了すれば、仕切壁(4) の開口(12)を密閉手段(13)で閉鎖し、ウェハローディングチャンバ(3) 内のＮ2 ガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換してチャンバ(3) 内をＡｒガス雰囲気とする（第３工程）。これは、後工程のシリコンウェハ(W) のプロセスチューブ(7) 内へのローディングのさいにＮ2 ガスがプロセスチューブ(7) 内に侵入し、シリコンウェハ(W) の表面に窒化物が生成するのを防止するためである。
【００２５】
ついで、ボート(8) を上昇させることにより、シリコンウェハ(W) をウェハ処理チャンバ(1) の縦型熱処理炉(6) 内に配置されているプロセスチューブ(7) 内にローディングし、所定時間保持する（第４工程）。
【００２６】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスを、Ｏ２ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＯ２ガス含有Ａｒガス雰囲気とする（第５工程）。ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図１(b) に示すように、自然酸化膜(OＮ) を均質化するとともに新たに均質な酸化膜(OＨ) を生成させ、全体に均質な厚さ２〜１５Åの酸化膜(O) を形成する（第６工程）。このとき、表面の極く近傍の不整な結晶も酸化されるので、シリコンウェハ(W) における酸化膜(O) との界面の極く近傍の結晶に不整は見られなくなる。上記加熱は、６００〜８００℃の温度範囲のうちの一定温度で行ってもよいし、あるいは上記時間で６００℃から８００℃まで加熱することにより行ってもよい。
【００２７】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＯ2 ガス含有Ａｒガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換してＡｒガス雰囲気とし、プロセスチューブ(7) 内のＯ2 ガス濃度およびＨ2 ガス濃度をそれぞれ２ｐｐｍ以下にする（第７工程）。これは、後工程において、プロセスチューブ(7) 内にＨ2 ガスを導入したさいに、Ｈ2 Ｏが生成するのを防止するためである。
【００２８】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスをＨ2 ガス、またはＨ2 ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とする（第８工程）。Ｈ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気におけるＨ2 濃度は１〜２０vol ％としておく。
【００２９】
ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を所定の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図１(c) に示すように、シリコンウェハ(W) 表面の均質な酸化膜(O) を除去する（第９工程）。上記加熱は、所定の温度範囲のうちの一定温度で行ってもよいし、あるいは所定温度範囲内におけるある温度からこれより高い温度まで昇温しながら所定時間加熱することにより行ってもよい。
【００３０】
上記において、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気中で加熱して酸化膜(O) を除去することを、真空雰囲気中での同温度での加熱と交互に複数回繰り返して行うことがある。
【００３１】
こうして、シリコンウェハ(W) 表面の自然酸化膜(ON ) が、シリコンウェハ(W) 表面に荒れが生じることなく除去され、自然酸化膜(ON ) に付着していた炭素や窒素もしくはこれらの化合物や、金属等の汚染物質も除去される。しかも、シリコンウェハ(W) の表面の極く近傍の結晶に不整は見られなくなる。
【００３２】
次に、この発明の第１の実施形態に対応した具体的な実施例について説明する。
【００３３】
上記第２工程において、プロセスチューブ(7) 内に、標準体積７．２リットル／分のＡｒガスと標準体積０．２６１リットル／分のＨ2 ガスとの混合ガスを供給することにより、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 含有Ａｒガス雰囲気とした。また、プロセスチューブ(7) 内を６００℃に加熱保持しておいた。
【００３４】
上記第３工程において、ウェハローディングチャンバ(3) 内をＡｒガス雰囲気として３０分間保持した。
【００３５】
上記第４工程において、シリコンウェハ(W) をプロセスチューブ(7) 内にローディングして３０分間保持した。
【００３６】
上記第５工程において、プロセスチューブ(7) 内に、標準体積９．５リットル／分のＡｒガスと標準体積０．５リットル／分のＯ2 ガスとの混合ガスを供給することにより、プロセスチューブ(7) 内をＯ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とした。
【００３７】
上記第６工程において、プロセスチューブ(7) 内の温度を２０分間かけて７００℃まで昇温させることによりシリコンウェハ(W) を加熱し、自然酸化膜(ON ) を均質化するとともに新たに均質な酸化膜(OH ) を生成させ、全体に均質な酸化膜(O) を形成した。この酸化膜(O) の厚さを測定したところ、１２Åであった。
【００３８】
上記第８工程において、プロセスチューブ(7) 内に、標準体積７．２リットル／分のＡｒガスと標準体積０．２６１リットル／分のＨ2 ガスとの混合ガスを供給することにより、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とした。
【００３９】
上記第９工程において、プロセスチューブ(7) 内の温度を８０分間かけて１１００℃まで加熱した後、１１００℃に２０分間保持することにより、シリコンウェハ(W) 表面の酸化膜(O) を除去した。
【００４０】
第９工程の後、プロセスチューブ(7) 内の上記Ｈ2 ガス含有ＡｒガスをＡｒガスで置換してＡｒ雰囲気とした後、その内部の温度を３０分間かけて７００℃まで降温させた。
【００４１】
ついで、ボート(8) を下降させた後、Ａｒガス雰囲気に保ったままのウェハローディングチャンバ(3) 内において、シリコンウェハ(W) の温度を降温させるために１０分間保持し、シリコンウェハ(W) の表面を観察したところ、その表面に酸化膜(O) は存在していなかった。また、シリコンウェハ(W) の表面は平滑で、しかも表面の極く近傍の結晶にも不整は見られなかった。
【００４２】
実施形態２
予め、カセット保管チャンバ(5) のカセット出入口(10)を密閉手段(11)により閉鎖しておくとともに、仕切壁(4) の開口(12)を密閉手段(13)により閉鎖しておく。また、ボート(8) を下降させておくとともにプロセスチューブ(7) の下端開口をシャッタ(9) により閉鎖しておく。
【００４３】
そして、まずカセット出入口(10)を開き、カセット保管チャンバ(5) 内に所要数のシリコンウェハ(W) を搭載したカセット(C) を搬入した後、カセット出入口(10)を密閉手段(11)で閉鎖する。このシリコンウェハ(W) の表面には、図２(a) に示すように、不均質でＳｉ原子とＯ原子との配列が不規則になっているとともに、その厚さが各部で不均一になっている自然酸化膜(ON ) が生成している。また、自然酸化膜(ON ) の表面に、炭素、窒素もしくはこれらの化合物や、金属等が汚染物質(Ct)が付着している。
【００４４】
ついで、カセット保管チャンバ(5) およびウェハローディングチャンバ(3) 内をそれぞれ真空雰囲気とした後Ｎ2 ガス雰囲気とし、両チャンバ(5)(3)内のＯ2 濃度が所要の濃度、たとえば１ｐｐｍ以下になれば、仕切壁(4) の開口(12)を開き、ウェハ移載手段によりカセット(C) に搭載されているシリコンウェハ(W) をボート(8) に移載する。このとき、プロセスチューブ(7) 内は希ガス雰囲気、たとえばＡｒガスとしておくとともに、所定の温度、たとえば６００℃に加熱保持しておく。
【００４５】
ボート(8) へのシリコンウェハ(W) の移載が終了すれば、仕切壁(4) の開口(12)を密閉手段(13)で閉鎖し、ウェハローディングチャンバ(3) 内のＮ2 ガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換してチャンバ(3) 内をＡｒガス雰囲気とする。
【００４６】
ついで、ボート(8) を上昇させてシリコンウェハ(W) をプロセスチューブ(7) 内にローディングし、所定時間保持する。
【００４７】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスをＨ2 ガス、またはＨ2 ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 ガス雰囲気、またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とする。
【００４８】
ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を所定の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図２(b) に示すように、シリコンウェハ(W) 表面の自然酸化膜(ON ) を除去する。このとき、汚染物質(Ct)も除去される。
【００４９】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＨ2 ガス、またはＨ2 ガス含有Ａｒガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＡｒガス雰囲気とする。
【００５０】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスを、Ｏ２ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＯ２ガス含有Ａｒガス雰囲気とする。ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図２(c) に示すように、厚さ２〜１５Åの均質な酸化膜(OＨ) を生成させる。このとき、表面の極く近傍の不整な結晶も酸化されるので、シリコンウェハ(W) における酸化膜(OＨ) との界面の極く近傍の結晶には不整は見られなくなる。
【００５１】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＯ2 ガス含有Ａｒガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、Ａｒガス雰囲気とする。
【００５２】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスをＨ2 ガス、またはＨ2 ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とする。Ｈ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気におけるＨ2 濃度は１〜２０vol ％としておく。
【００５３】
ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を所定の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図２(d) に示すように、シリコンウェハ(W) 表面の均質な酸化膜(OH ) をすべて除去する。
【００５４】
上記において、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気中で加熱して酸化膜(OH ) を除去することを、真空雰囲気中での同温度での加熱と交互に複数回繰り返して行うことがある。
【００５５】
こうして、シリコンウェハ(W) 表面の自然酸化膜(ON ) が、シリコンウェハ(W) 表面に荒れが生じることなく除去され、自然酸化膜(ON ) に付着していた炭素や窒素もしくはこれらの化合物や、金属等の汚染物質(Ct)も除去される。しかも、シリコンウェハ(W) の表面の極く近傍の結晶に不整は見られなくなる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１記載の方法によれば、上述のように、半導体基板の表面に荒れが生じるのが防止されて、平滑な表面が得られる。しかも、半導体基板の表面の極く近傍の結晶にも不整は見られなくなる。また、装置の腐食が防止される。さらに、乾式処理となるので、たとえばクラスターツールを用いれば、この発明の方法による表面処理に引き続いて行う半導体装置製造のための一連の処理を、半導体基板を大気に触れさせることなく直ちに行うことができる。
【００５７】
請求項５記載の方法によれば、特に、自然酸化膜に付着していた炭素、窒素もしくはこれらの化合物や、金属等の汚染物質も除去される場合が少なくない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を工程順に示す拡大断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態を工程順に示す拡大断面図である。
【図３】この発明の実施形態に用いられる装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
(W) シリコンウェハ（半導体基板）
(O) 酸化膜
(ON ) 自然酸化膜
(OH ) 均質な酸化膜
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体基板の表面処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
たとえばＳｉからなる半導体基板の表面には、大気や水分と接触することにより自然酸化膜が生成しているが、半導体装置を製造するための諸工程の前にこれを除去する必要がある。さらに、自然酸化膜が除去された後の半導体基板の表面が平滑になっている必要があるとともに、半導体基板の表面部に存在する結晶が不整状態となっていてはならない。
【０００３】
従来、半導体基板からの自然酸化膜の除去は、▲１▼ＨＣｌガス雰囲気中で光を照射する方法や、▲２▼ＨＦを用いて湿式処理する方法等によって行われていた。
【０００４】
しかしながら、上記▲１▼の方法では、装置が腐食するという問題があった。また、上記▲２▼の方法では、後工程である半導体装置製造のための処理を、自然酸化膜の除去処理とは系の異なる別個に用意した装置により行わなければならないため、これらの処理を連続して行うことができないという問題があった。しかも、上記２つの方法で自然酸化膜を除去した場合、次のような問題もあった。すなわち、自然酸化膜は不均質であるため上記方法でこれを除去した場合、半導体基板に表面荒れが発生する。また、半導体基板の表面の極く近傍には結晶の不整が存在することがあり、その結果半導体装置を製造するための後工程においてたとえばゲート酸化膜を形成した場合に膜特性が低下する。
【０００５】
また、半導体基板表面の自然酸化膜に、炭素、窒素もしくはこれらの化合物や、金属等が汚染物質として付着していることがあり、その場合上記▲１▼の従来方法で自然酸化膜を除去してもこれらの汚染物質が残存することがある。その結果、やはり半導体装置を製造するための後工程においてたとえばゲート酸化膜を形成した場合に膜特性が低下する。
【０００６】
この発明の目的は、上記問題を解決した半導体基板の表面処理方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による半導体基板の表面処理方法は、ロードロック機構付き縦型熱処理炉によるものであって、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、ボートに複数搭載して熱処理炉のプロセスチューブ内にローディングし、プロセスチューブ内をＯ２ガスを含有した希ガス雰囲気として６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面に自然酸化膜とは別の新たな酸化膜を自然酸化膜との合計の厚さが２〜１５Åとなるように形成する工程と、プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の酸化膜をすべて除去する工程とを含んでいることを特徴とするものである。
【０００８】
上記方法において、Ｏ2 ガスを含有した雰囲気、およびＨ2 ガスを含有した雰囲気をつくるのに用いられるガスとして、希ガスに限定した理由は、不活性であると考えられている窒素ガスの場合、高温中においてはＮ2 が反応して半導体基板の表面に窒化物が生成するおそれがあるからである。
【０００９】
上記方法によれば、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱し、自然酸化膜とは別に新たに酸化膜を形成しているので、後工程のＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱により酸化膜をすべて除去した場合、半導体基板の表面に荒れが生じるのが防止されて、平滑な表面が得られる。しかも、表面の極く近傍の不整な結晶も酸化された後除去されるので、半導体基板の表面の極く近傍の結晶に不整が見られなくなる。後工程のＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱の前に、自然酸化膜とは別に新たに酸化膜を形成していないと次のような問題がある。すなわち、自然酸化膜は、不均質で半導体基板を構成する物質の原子、たとえばＳｉ原子と、Ｏ原子との配列が不規則になっているとともに、その厚さが各部で不均一になっており、これを上記雰囲気中の加熱により除去すると、半導体基板の表面に荒れが生じる。また、半導体基板における自然酸化膜との界面の極く近傍において、結晶が不整状態となっているので、自然酸化膜を上記雰囲気中での加熱により除去すると、基板表面の極く近傍の結晶が不整状態のまま残る。さらに、上記方法によれば、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱、およびＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱を行うだけであるので、装置の腐食が防止される。さらに、乾式処理となるので、たとえばクラスターツールを用いれば、この発明の方法による表面処理に引き続いて行う半導体装置製造のための一連の処理を、半導体基板を大気に触れさせることなく直ちに行うことができる。
【００１０】
上記方法において、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱を、真空雰囲気中での加熱と交互に行うことがある。この場合、酸化膜を除去することにより発生したＳｉＯを含むＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有不活性ガスを、一旦排除することになるので、上記ＳｉＯが再度半導体基板の表面に付着することによる弊害を防止することができる。
【００１１】
上記方法において、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱温度が、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱温度以下であることが好ましい。
【００１２】
上記方法において、自然酸化膜と、これとは別に生成させた酸化膜との合計の厚さを２〜１５Åとするのは、２Å未満であると元の自然酸化膜の十分な均質化を図ることができず、１５Åを越えると後工程における酸化膜の除去が困難になるからである。上記厚さは４〜１３Åであるのが、特に好ましい。
【００１３】
上記方法において、Ｈ2 ガスを含有した希ガス雰囲気におけるＨ2 ガス濃度が１〜２０vol ％であることが好ましい。その理由は、Ｈ2 ガス濃度が１vol ％未満であると酸化膜の完全な除去が困難であり、２０vol ％を越えると爆発の危険性が大きくなるからである。
【００１４】
この発明による他の半導体基板の表面処理方法は、ロードロック機構付き縦型熱処理炉によるものであって、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、ボートに複数搭載して熱処理炉のプロセスチューブ内にローディングし、プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の自然酸化膜およびこれに付着している場合がある汚染物質のうち少なくとも汚染物質を除去する工程と、プロセスチューブ内をＯ２ガスを含有した希ガス雰囲気として６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面に新たに２〜１５Åの厚さの酸化膜を形成する工程と、プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の酸化膜をすべて除去する工程とを含んでいることを特徴とするものである。
【００１５】
上記方法において、Ｏ2 ガスを含有した雰囲気、およびＨ2 ガスを含有した雰囲気をつくるのに用いられるガスとして、希ガスに限定した理由は、上記第１の方法と同様である。
【００１６】
上記方法によれば、第１の工程として、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱しているので、半導体基板表面の自然酸化膜に、炭素、窒素もしくはこれらの化合物や、金属等が汚染物質として付着していたとしても、この汚染物質を除去することができる場合が少なくない。すなわち、このような加熱によれば、自然酸化膜に付着している汚染物質だけが除去されたり、自然酸化膜の一部が汚染物質とともに除去されたり、あるいはすべての自然酸化膜が汚染物質とともに除去されたりする。したがって、半導体装置を製造するための後工程においてたとえばゲート酸化膜を形成した場合に膜特性が低下するのを防止することができる。
【００１７】
また、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱した半導体基板を、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱し、半導体基板の表面に新たに酸化膜を形成した後、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱して酸化膜をすべて除去しているので、半導体基板の表面に荒れが生じるのが防止されて、平滑な表面が得られる。しかも、表面の極く近傍の不整な結晶も酸化された後除去されるので、半導体基板の表面の極く近傍の結晶に不整が見られなくなる。後工程のＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱の前に、全体に酸化膜を形成していないと次のような問題がある。すなわち、自然酸化膜は、不均質で半導体基板を構成する物質の原子、たとえばＳｉ原子と、Ｏ原子との配列が不規則になっているとともに、その厚さが各部で不均一になっており、これを上記雰囲気中の加熱により除去すると、半導体基板の表面に荒れが生じる。また、半導体基板における自然酸化膜との界面の極く近傍において、結晶が不整状態となっているので、自然酸化膜を上記雰囲気中での加熱により除去すると、基板表面の極く近傍の結晶が不整状態のまま残る。さらに、上記方法によれば、Ｏ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱、およびＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱を行うだけであるので、装置の腐食が防止される。さらに、乾式処理となるので、たとえばクラスターツールを用いれば、この発明の方法による表面処理に引き続いて行う半導体装置製造のための一連の処理を、半導体基板を大気に触れさせることなく直ちに行うことができる。
【００１８】
上記方法において、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガスを含有した希ガス雰囲気中で加熱して酸化膜を除去することを、真空雰囲気中での加熱と交互に行うことがある。この場合、酸化膜を除去することにより発生したＳｉＯを含むＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有不活性ガスを、一旦排除することになるので、上記ＳｉＯが再度半導体基板の表面に付着することによる弊害を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、シリコンウェハの表面処理方法である。
【００２０】
図１は第１の実施形態を工程順に示し、図２は第２の実施形態を工程順に示し、図３はこれらの実施形態に用いられるロードロック機構付きの縦型熱処理炉の概略を示す。
【００２１】
実施形態１
予め、カセット保管チャンバ(5) のカセット出入口(10)を密閉手段(11)により閉鎖しておくとともに、仕切壁(4) の開口(12)を密閉手段(13)により閉鎖しておく。また、ボート(8) を下降させておくとともにプロセスチューブ(7) の下端開口をシャッタ(9) により閉鎖しておく。
【００２２】
そして、まずカセット出入口(10)を開き、カセット保管チャンバ(5) 内に所要数のシリコンウェハ(W) を搭載したカセット(C) を搬入した後、カセット出入口(10)を密閉手段(11)で閉鎖する（第１工程）。このシリコンウェハ(W) の表面には、図１(a) に示すように、不均質でＳｉ原子とＯ原子との配列が不規則になっているとともに、その厚さが各部で不均一になっている自然酸化膜(ON ) が生成している。
【００２３】
ついで、カセット保管チャンバ(5) およびウェハローディングチャンバ(3) 内をそれぞれ真空雰囲気とした後Ｎ2 ガス雰囲気とし、両チャンバ(5)(3)内のＯ2 濃度が所要の濃度、たとえば１ｐｐｍ以下になれば、仕切壁(4) の開口(12)を開き、図示しないウェハ移載手段によりカセット(C) に搭載されているシリコンウェハ(W) をボート(8) に移載する（第２工程）。このとき、プロセスチューブ(7) 内は希ガス雰囲気、たとえばＡｒガスとしておくとともに、所定の温度、たとえば６００℃に加熱保持しておく。上記において、カセット保管チャンバ(5) およびウェハローディングチャンバ(3) 内をそれぞれＮ2 ガス雰囲気としておくのは、両チャンバ(5)(3)内への大気、水分、汚染物質等の混入を防止するとともに、後工程においてシリコンウェハ(W) をプロセスチューブ(7) 内にローディングするさいにＯ2 やＨ2 Ｏがプロセスチューブ(7) 内に侵入することによってシリコンウェハ(W) 表面の自然酸化膜(ON ) の制御されない成長を防止するためである。なお、Ｎ2 ガスに代えて希ガス、たとえばＡｒガスを用いることも考えられるが、Ｎ2 ガスのコストが安いので、Ｎ2 ガスを用いることが好ましい。
【００２４】
ボート(8) へのシリコンウェハ(W) の移載が終了すれば、仕切壁(4) の開口(12)を密閉手段(13)で閉鎖し、ウェハローディングチャンバ(3) 内のＮ2 ガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換してチャンバ(3) 内をＡｒガス雰囲気とする（第３工程）。これは、後工程のシリコンウェハ(W) のプロセスチューブ(7) 内へのローディングのさいにＮ2 ガスがプロセスチューブ(7) 内に侵入し、シリコンウェハ(W) の表面に窒化物が生成するのを防止するためである。
【００２５】
ついで、ボート(8) を上昇させることにより、シリコンウェハ(W) をウェハ処理チャンバ(1) の縦型熱処理炉(6) 内に配置されているプロセスチューブ(7) 内にローディングし、所定時間保持する（第４工程）。
【００２６】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスを、Ｏ２ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＯ２ガス含有Ａｒガス雰囲気とする（第５工程）。ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図１(b) に示すように、自然酸化膜(OＮ) を均質化するとともに新たに均質な酸化膜(OＨ) を生成させ、全体に均質な厚さ２〜１５Åの酸化膜(O) を形成する（第６工程）。このとき、表面の極く近傍の不整な結晶も酸化されるので、シリコンウェハ(W) における酸化膜(O) との界面の極く近傍の結晶に不整は見られなくなる。上記加熱は、６００〜８００℃の温度範囲のうちの一定温度で行ってもよいし、あるいは上記時間で６００℃から８００℃まで加熱することにより行ってもよい。
【００２７】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＯ2 ガス含有Ａｒガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換してＡｒガス雰囲気とし、プロセスチューブ(7) 内のＯ2 ガス濃度およびＨ2 ガス濃度をそれぞれ２ｐｐｍ以下にする（第７工程）。これは、後工程において、プロセスチューブ(7) 内にＨ2 ガスを導入したさいに、Ｈ2 Ｏが生成するのを防止するためである。
【００２８】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスをＨ2 ガス、またはＨ2 ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とする（第８工程）。Ｈ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気におけるＨ2 濃度は１〜２０vol ％としておく。
【００２９】
ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を所定の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図１(c) に示すように、シリコンウェハ(W) 表面の均質な酸化膜(O) を除去する（第９工程）。上記加熱は、所定の温度範囲のうちの一定温度で行ってもよいし、あるいは所定温度範囲内におけるある温度からこれより高い温度まで昇温しながら所定時間加熱することにより行ってもよい。
【００３０】
上記において、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気中で加熱して酸化膜(O) を除去することを、真空雰囲気中での同温度での加熱と交互に複数回繰り返して行うことがある。
【００３１】
こうして、シリコンウェハ(W) 表面の自然酸化膜(ON ) が、シリコンウェハ(W) 表面に荒れが生じることなく除去され、自然酸化膜(ON ) に付着していた炭素や窒素もしくはこれらの化合物や、金属等の汚染物質も除去される。しかも、シリコンウェハ(W) の表面の極く近傍の結晶に不整は見られなくなる。
【００３２】
次に、この発明の第１の実施形態に対応した具体的な実施例について説明する。
【００３３】
上記第２工程において、プロセスチューブ(7) 内に、標準体積７．２リットル／分のＡｒガスと標準体積０．２６１リットル／分のＨ2 ガスとの混合ガスを供給することにより、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 含有Ａｒガス雰囲気とした。また、プロセスチューブ(7) 内を６００℃に加熱保持しておいた。
【００３４】
上記第３工程において、ウェハローディングチャンバ(3) 内をＡｒガス雰囲気として３０分間保持した。
【００３５】
上記第４工程において、シリコンウェハ(W) をプロセスチューブ(7) 内にローディングして３０分間保持した。
【００３６】
上記第５工程において、プロセスチューブ(7) 内に、標準体積９．５リットル／分のＡｒガスと標準体積０．５リットル／分のＯ2 ガスとの混合ガスを供給することにより、プロセスチューブ(7) 内をＯ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とした。
【００３７】
上記第６工程において、プロセスチューブ(7) 内の温度を２０分間かけて７００℃まで昇温させることによりシリコンウェハ(W) を加熱し、自然酸化膜(ON ) を均質化するとともに新たに均質な酸化膜(OH ) を生成させ、全体に均質な酸化膜(O) を形成した。この酸化膜(O) の厚さを測定したところ、１２Åであった。
【００３８】
上記第８工程において、プロセスチューブ(7) 内に、標準体積７．２リットル／分のＡｒガスと標準体積０．２６１リットル／分のＨ2 ガスとの混合ガスを供給することにより、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とした。
【００３９】
上記第９工程において、プロセスチューブ(7) 内の温度を８０分間かけて１１００℃まで加熱した後、１１００℃に２０分間保持することにより、シリコンウェハ(W) 表面の酸化膜(O) を除去した。
【００４０】
第９工程の後、プロセスチューブ(7) 内の上記Ｈ2 ガス含有ＡｒガスをＡｒガスで置換してＡｒ雰囲気とした後、その内部の温度を３０分間かけて７００℃まで降温させた。
【００４１】
ついで、ボート(8) を下降させた後、Ａｒガス雰囲気に保ったままのウェハローディングチャンバ(3) 内において、シリコンウェハ(W) の温度を降温させるために１０分間保持し、シリコンウェハ(W) の表面を観察したところ、その表面に酸化膜(O) は存在していなかった。また、シリコンウェハ(W) の表面は平滑で、しかも表面の極く近傍の結晶にも不整は見られなかった。
【００４２】
実施形態２
予め、カセット保管チャンバ(5) のカセット出入口(10)を密閉手段(11)により閉鎖しておくとともに、仕切壁(4) の開口(12)を密閉手段(13)により閉鎖しておく。また、ボート(8) を下降させておくとともにプロセスチューブ(7) の下端開口をシャッタ(9) により閉鎖しておく。
【００４３】
そして、まずカセット出入口(10)を開き、カセット保管チャンバ(5) 内に所要数のシリコンウェハ(W) を搭載したカセット(C) を搬入した後、カセット出入口(10)を密閉手段(11)で閉鎖する。このシリコンウェハ(W) の表面には、図２(a) に示すように、不均質でＳｉ原子とＯ原子との配列が不規則になっているとともに、その厚さが各部で不均一になっている自然酸化膜(ON ) が生成している。また、自然酸化膜(ON ) の表面に、炭素、窒素もしくはこれらの化合物や、金属等が汚染物質(Ct)が付着している。
【００４４】
ついで、カセット保管チャンバ(5) およびウェハローディングチャンバ(3) 内をそれぞれ真空雰囲気とした後Ｎ2 ガス雰囲気とし、両チャンバ(5)(3)内のＯ2 濃度が所要の濃度、たとえば１ｐｐｍ以下になれば、仕切壁(4) の開口(12)を開き、ウェハ移載手段によりカセット(C) に搭載されているシリコンウェハ(W) をボート(8) に移載する。このとき、プロセスチューブ(7) 内は希ガス雰囲気、たとえばＡｒガスとしておくとともに、所定の温度、たとえば６００℃に加熱保持しておく。
【００４５】
ボート(8) へのシリコンウェハ(W) の移載が終了すれば、仕切壁(4) の開口(12)を密閉手段(13)で閉鎖し、ウェハローディングチャンバ(3) 内のＮ2 ガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換してチャンバ(3) 内をＡｒガス雰囲気とする。
【００４６】
ついで、ボート(8) を上昇させてシリコンウェハ(W) をプロセスチューブ(7) 内にローディングし、所定時間保持する。
【００４７】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスをＨ2 ガス、またはＨ2 ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 ガス雰囲気、またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とする。
【００４８】
ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を所定の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図２(b) に示すように、シリコンウェハ(W) 表面の自然酸化膜(ON ) を除去する。このとき、汚染物質(Ct)も除去される。
【００４９】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＨ2 ガス、またはＨ2 ガス含有Ａｒガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＡｒガス雰囲気とする。
【００５０】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスを、Ｏ２ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＯ２ガス含有Ａｒガス雰囲気とする。ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図２(c) に示すように、厚さ２〜１５Åの均質な酸化膜(OＨ) を生成させる。このとき、表面の極く近傍の不整な結晶も酸化されるので、シリコンウェハ(W) における酸化膜(OＨ) との界面の極く近傍の結晶には不整は見られなくなる。
【００５１】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＯ2 ガス含有Ａｒガスを希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、Ａｒガス雰囲気とする。
【００５２】
ついで、プロセスチューブ(7) 内のＡｒガスをＨ2 ガス、またはＨ2 ガスを含有した希ガス、たとえばＡｒガスで置換し、プロセスチューブ(7) 内をＨ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気とする。Ｈ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気におけるＨ2 濃度は１〜２０vol ％としておく。
【００５３】
ついで、プロセスチューブ(7) 内の温度を所定の温度範囲に所定時間加熱保持することによりシリコンウェハ(W) を加熱し、図２(d) に示すように、シリコンウェハ(W) 表面の均質な酸化膜(OH ) をすべて除去する。
【００５４】
上記において、Ｈ2 ガス雰囲気またはＨ2 ガス含有Ａｒガス雰囲気中で加熱して酸化膜(OH ) を除去することを、真空雰囲気中での同温度での加熱と交互に複数回繰り返して行うことがある。
【００５５】
こうして、シリコンウェハ(W) 表面の自然酸化膜(ON ) が、シリコンウェハ(W) 表面に荒れが生じることなく除去され、自然酸化膜(ON ) に付着していた炭素や窒素もしくはこれらの化合物や、金属等の汚染物質(Ct)も除去される。しかも、シリコンウェハ(W) の表面の極く近傍の結晶に不整は見られなくなる。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１記載の方法によれば、上述のように、半導体基板の表面に荒れが生じるのが防止されて、平滑な表面が得られる。しかも、半導体基板の表面の極く近傍の結晶にも不整は見られなくなる。また、装置の腐食が防止される。さらに、乾式処理となるので、たとえばクラスターツールを用いれば、この発明の方法による表面処理に引き続いて行う半導体装置製造のための一連の処理を、半導体基板を大気に触れさせることなく直ちに行うことができる。
【００５７】
請求項５記載の方法によれば、特に、自然酸化膜に付着していた炭素、窒素もしくはこれらの化合物や、金属等の汚染物質も除去される場合が少なくない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を工程順に示す拡大断面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態を工程順に示す拡大断面図である。
【図３】この発明の実施形態に用いられる装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
(W) シリコンウェハ（半導体基板）
(O) 酸化膜
(ON ) 自然酸化膜
(OH ) 均質な酸化膜
Claims (5)
- ロードロック機構付き縦型熱処理炉による半導体基板の表面処理方法であって、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、ボートに複数搭載して熱処理炉のプロセスチューブ内にローディングし、プロセスチューブ内をＯ２ガスを含有した希ガス雰囲気として６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面に自然酸化膜とは別の新たな酸化膜を自然酸化膜との合計の厚さが２〜１５Åとなるように形成する工程と、
プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の酸化膜をすべて除去する工程とを含んでいることを特徴とする半導体基板の表面処理方法。 - Ｈ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱を、真空雰囲気中での加熱と交互に行う請求項１記載の半導体基板の表面処理方法。
- Ｏ２ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱温度が、Ｈ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気中での加熱温度以下である請求項１または２記載の半導体基板の表面処理方法。
- Ｈ２ガスを含有した希ガス雰囲気におけるＨ２ガス濃度が１〜２０vol ％である請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の半導体基板の表面処理方法。
- ロードロック機構付き縦型熱処理炉による半導体基板の表面処理方法であって、表面に自然酸化膜が生成している半導体基板を、ボートに複数搭載して熱処理炉のプロセスチューブ内にローディングし、プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の自然酸化膜およびこれに付着している場合がある汚染物質のうち少なくとも汚染物質を除去する工程と、プロセスチューブ内をＯ２ガスを含有した希ガス雰囲気として６００〜８００℃の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面に新たに２〜１５Åの厚さの酸化膜を形成する工程と、プロセスチューブ内をＨ２ガス雰囲気またはＨ２ガスを含有した希ガス雰囲気として所定の温度範囲に所定時間加熱保持することにより、半導体基板の表面の酸化膜をすべて除去する工程とを含んでいることを特徴とする半導体基板の表面処理方法。
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