JPH01300521A - 半導体デバイスの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 半導体製造方法及び装置に関し、 半導体製造プロセスに供される半導体ウェハ上に残存す
る自然酸化膜を除去する方法及び装置を提供することを
目的とし、 半導体デバイスの製造のために半導体ウェハ上に付着せ
る自然酸化膜を除去するに当って、前記ウェハの表面に
その表面に対して垂直な方向ないしその垂直方向から４
５°傾斜せる方向から還元性の気体又は蒸気を吹き付け
るとともに、この還元処理の間、前記ウェハの温度を８
５０〜１１５０℃に保つように、あるいは 半導体デバイスの製造のためのものであって、半導体ウ
ェハを支承するとともにそれを８５０〜１１５０℃に加
熱可能なサセプタ、そして、半導体ウェハ上に付着せる
自然酸化膜の除去時、前記ウェハの表面にその表面に対
して垂直な方向ないしその垂直方向から４５°傾斜せる
方向から還元性の気体又は蒸気を吹き付け可能な放散手
段を反応室内に有しているように、構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体製造方法及び装置に関し、さらに詳しく
述べると、半導体デバイスの製造において成膜等を行う
前に半導体ウェハ上に残存する自然酸化膜を除去する方
法及び装置に関する。本発明方法及び装置は、半導体ウ
ェハプロセスにおける洗浄技術として広くかつ有利に用
いることができる。

〔従来の技術〕

半導体ウェハプロセスのなかで、最も基本的な技術の１
つに洗浄技術があることは周知の通りである。半導体デ
バイスの性能や歩留りを向上させるため、超清浄状態が
必要であり、さらにまた、その状態を確保しかつ維持す
るため、表面処理、洗浄技術が必要である。かかる洗浄
技術の１つに、半導体ウェハプロセスの成膜工程に先が
けて行う自然酸化膜の除去がある。これは、成膜直前の
半導体ウェハの表面に均−又は不均一に残存する膜厚数
十人の薄膜状の汚染、自然酸化膜（例えばコンタクトホ
ール内の５ｉｎ２膜）を除去しようとするものである。

なぜならば、例えばコンタクトホール内に導電性膜を形
成しようとした場合に、もしもＳｉＯ□膜のような自然
酸化膜がその部分に残っていると、そのま＼成膜を行っ
たのではコンタクト不良が発生するからである。

上記したように、半導体ウェハの表面に残存する自然酸
化膜はその次のウェハプロセス工程に大きな影響を及ぼ
す。かかる自然酸化膜を除去するため、例えば、シリコ
ンのエピタキシャル成長の前段階として、ウェハを水素
雰囲気中で約１１００〜１２００℃の高温度でベータ（
ブレヒート）する方法が用いられている。すなわち、こ
の方法は、第８図（Ａ）に示されるように、シリコンウ
ェハ１０上の５ｉｎ２膜１１によって被覆されていない
部分に自然に生成した自然酸化膜（Ｓ１０２膜）１２を
除去しようとするもので、Ｈ２ベークの結果として清浄
な表面を確保することができる。しかし、この方法では
、第８図（Ｂ）に示されるように、高温処理に原因して
ウェハ１０にダメージ１３が格子欠陥の形で誘発される
右それが大である。これは、高温下、次のような反応： ＳｉＯ２＋Ｓｉ→２Ｓ１０　↑ が発生するからである。

別法として、ウェハ表面をウェトエッチングして自然酸
化膜を除去する方法も公知である。この方法は、例えば
ウェハ表面をフッ酸（ＨＦ）処理することによって行う
ことができる。しかし、このウェット前処理から次工程
（成膜）まで時間があると、フッ酸処理後の活性表面に
おいて自然酸化膜が再び形成されてしまう。このような
自然酸化膜の再形成は、ウェハ表面のみならずコンタク
トホール内等においても同様であり、したがって、電気
的特性、デバイス特性に劣化があられれる。

このような不都合を回避するために、従来の方法では、
ウェット前処理を行ってから成膜を実施するまでの時間
を管理することや、ウェット前処理後のウェハを乾燥窒
素中で保管すること、等が必要であった。

さらにまた、シリコンのエピタキシャル成長の前、シリ
コンウェハの表面を例えば水素（Ｈ２）のような還元性
のガスで処理して自然酸化膜を除去する方法も公知であ
る。しかし、この従来の方法では、第９図に示されるよ
うに、サセプタ２上に載置されたシリコンウェハ１の表
面に対して、その表面に平行な方向から処理ガス（Ｈ２
）　ｌ　５が吹き付けられるので、ウェハ１の表面に滞
留層１４が発生し、その部分ではＳｉＯ□とＨ２の反応
が十分に行われないために満足し得る自然酸化膜の除去
を達成することができない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記したような従来の技術の欠点を解
消すること、換言すると、半導体製造プロセスに供され
る半導体ウェハ上に残存する自然酸化膜を除去する方法
及び装置を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記した目的は、本発明によれば、半導体デバイスの製
造のために半導体ウェハ上に４４着せる自然酸化膜を除
去するに当って、前記ウェハの表面にその表面に対して
垂直な方向ないしその垂直方向から４５°傾斜せる方向
から還元性の気体又は蒸気を吹き付けるとともに、この
還元処理の間、前記ウェハの温度を８５０〜１１５０℃
に保つことを特徴とする、半導体製造方法、そして　半
導体デバイスの製造のためのものであって、半導体ウェ
ハを支承するとともにそれを８５０〜１１５０℃に加熱
可能なサセプタ、そして、半導体ウェハ上に付着せる自
然酸化膜の除去時、前記ウェハの表面にその表面に対し
て垂直な方向ないしその垂直方向から４５°傾斜せる方
向から還元性の気体又は蒸気を吹き付け可能な放散手段
を反応室内に有していることを特徴とする、半導体製造
装置によって達成することができる。

本発明の方法及び装置では、例えばＳｉＯ□膜などの自
然酸化膜の除去のために還元性の気体又は蒸気のガス・
フローが用いられる。適当な気体又は蒸気として、例え
ば、水素ガス、無水塩化水素ガスなどをあげることがで
きる。このような処理ガスは、例えば常用のガス供給器
のような放散手段を例えばベルジャのような反応室内に
配置して、そのノズルから例えばシリコンウェハのよう
な半導体ウェハに吹き付けることができる。

処理ガスの半導体ウェハ表面への吹き付けは、本発明に
よれば、ウェハ表面に垂直な方向からその垂直方向から
４５°傾斜せる方向までの間の任意の方向から行う。本
発明者の知見によれば、このような吹き付け方向とした
場合、ガス滞留層のないガス・フローが可能となり、従
って、反応に寄与することの可能な新しいガスを常にウ
ェハ表面に供給することが可能になる。処理ガスの特に
好ましい吹き付け角度は、ウェハ表面に垂直な方向から
その垂直方向から２０°傾斜せる方向までの間である。

また、本発明によれば、自然酸化膜と処理ガスの間の反
応を保証するために、半導体ウェハが８５０〜１１５０
℃に加熱される。この温度は、従来の方法に較べてかな
り低温度であり、プロセス上好都合である。また、この
加熱は、通常、半導体ウェハを支承するサセプタを任意
の加熱手段で加熱することによって行われる。

本発明により自然酸化膜の除去を行った後、それと同一
であるかもしくはそれとは異なる装置で、次のウェハプ
ロセス工程、すなわち、半導体ウェハの成膜が行われる
。適当な成膜工程として、蒸着、スパッタリング、化学
的気相成長（ＣＶＤ）、エピタキシャル成長、ポリシリ
コン成長などをあげることができる。もちろん、必要に
応じて、成膜以外のウェハプロセス工程を実施すること
も可能である。なお、発明者は、本発明に従って自然酸
化膜の除去を行うと、エピタキシャル成長プロセスの低
温化も可能になるという知見も得た。具体的には、９０
０℃のブレヒートの時に５００℃程度の成長温度が可能
になる。

〔作　用〕

本発明では、例えば、第１図に示されるように、ベルジ
ャ３内に半導体ウェハｌを載置するためのサセプタ２を
配置し、これを加熱可能とする。サセプタ２の上方には
ガス供給器４を配置し、そのノズル（図示せず）から処
理ガス５が吹き出されるように構成する。図示の例では
、処理ガス５がウェハ１の表面に垂直に落下可能である
。排気ガスは、排気口６及び７から排出される。

第１図に図示の半導体製造装置において、処理ガスの流
動は第２図に示されるようにして行われる。すなわち、
処理ガス５は、セサプタ２上の半導体ウェハ１の表面に
矢印８で示されるように衝突し、反射することができる
。このような処理ガスの流動分布の結果、滞留層のない
ガス・フローが実現し、よって、ウェハ表面に残存する
自然酸化膜を欠陥を件なわずに効果的に除去することが
できる。

〔実施例〕

第１図に図示の半導体製造装置を使用して、シリコンウ
ェハ表面の自然酸化膜（Ｓｉｎ２膜）の除去及びシリコ
ンエピタキシャル成長を順次行った。

純水洗浄等の洗浄処理の完了した後の、但し自然酸化膜
が膜厚約２０人で残存しているシリコンウェハをベルジ
ャ内のサセプタ上に載置し、圧力５０〜１００　Ｔｏｒ
ｒ及び温度９００℃を保持しながら、処理ガス（Ｈ２）
を１０〜２０　ｓｌｍで約１０分間にわたって吹き付け
た。このエピタキシャル成長前処理の完了後、ウェハ表
面を観察したところ、自然酸化膜が完全に除去されてい
ることが確認された。引き続いて、同一の半導体製造装
置で、成長ガスとして５ｉ２）１６を用いてシリコンエ
ピタキシャル成長を行った。欠陥をもたないシリコン膜
が成膜された。

次いで、発明者は、この本発明による自然酸化膜の除去
効果をさらに具体的に確認するために、いろいろな条件
の下で自然酸化膜の除去を実施した。なお、この確認実
験に使用した半導体製造装置は先に説明した第１図のも
のに同様であり、その詳細を第３図に示す。図中、ＭＦ
はマスフローコントローラ、ＭＢはメカニカルブースタ
ポンプ、そしてＲＰは油回転ポンプである。

最初に、還元性処理ガスの吹き付け角度が自然酸化膜の
除去にどのような影響を及ぼすかを確認するために、ガ
ス供給器及びそのノズルの形状を第４図（Ａ）および（
Ｂ）に示すように変更して実験を行った。自然酸化膜の
除去効果はエツチング速度の変化にもとづいて評価した
。ここで、残存せる自然酸化膜の膜厚は約２０人、ベル
ジャ内の圧力は３　ＱＴｏｒｒ、温度は９３０℃、処理
ガス（Ｈ２）の流量はｌＱｓｌｍであった。第４図（Ａ
）に示されるように処理ガス５を水平方向に吹き出した
時には自然酸化膜のエツチング速度が０．４２　Ａ　／
ｍｉｎであったのに、第４図（Ｂ）に示されるように本
発明に従って処理ガス５を垂直方向に吹き出した時、自
然酸化膜のエツチング速度は０．６３人／ｍ　ｉ　ｎま
で増大した。

第２に、第４図（Ｂ）に示したようなガス供給器を使用
して、処理ガスの吹き付け角度の変更による自然酸化膜
のエツチング速度の変化を測定した。ここで、測定の条
件は上述の場合と同様であり、但し、処理ガス（Ｈ２）
の吹き付け角度（θ）は第５図に示すように変更した。

得られた測定結果を第６図にグラフで示す。第６図に示
す、処理ガスの吹き付け角度と自然酸化膜のエツチング
速度の関係から、吹き付け角度（θ）はＯ−４５’が好
ましいことが理解される。

本発明に従って自然酸化膜を除去する場合に、還元処理
の間、ウェハの温度を８５０〜１１５０℃に保つことが
好ましい。これを確認するために、第４図（Ｂ）に図示
のガス供給器を使用してかつ記載の処理条件を適用して
、但し、ウェハ温度を９３０℃から８５０℃に変更した
ところ、自然酸化膜のエツチング速度は０．６２人／ｍ
　ｉ　ｎであることが３忍められた。しかし、同一のガ
ス供給器及び処理条件を使用して、但し、ウェハ温度を
８５０℃未満では、エツチング速度の著しい低下が認め
られた。

さらに、自然酸化膜の除去を異なる圧力条件の下で実施
した。第４図（Ｂ）に図示のガス供給してかつ記載の処
理条件を適用して、但し、ベルジャ内の圧力を１０°〜
１０’　Ｔｏｒｒの間で変更した。得られた測定結果を
第７図に示す。第７図に示す、ベルジャ内の圧力と自然
酸化膜のエツチング速度の関係から、適用した圧力条件
下ではいずれも満足し得る結果が得られることが理解さ
れる。なお、この場合に、処理ガス（Ｈ２）の流量をｌ
Ｑｓｌｍから２５５１ｍに増大しても、得られるエツチ
ング速度はほぼ同じであった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体ウェハ上に残存する自然酸化膜
を欠陥を伴なわずに完全に除去することができ、また、
次のウェハプロセス工程を効果的に行うことを保証する
ことができ、したがって、デバイス特性等を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体製造装置の一例を示した断面
図、 第２図は、第１図の装置における処理ガスの流動分布を
示した説明図、 第３図は、本発明の半導体製造装置の別の例を示した断
面図、 第４図は、ガス供給器の変更を示した説明図、第５図は
、処理ガスの吹き付け角度の変更を示した説明図、 第６図は、吹き付け角度とエツチング速度の関係を示し
たグラフ、 第７図は、圧力とエツチング速度の関係を示したグラフ
、 第８図は、従来の自然酸化膜の除去方法を順を追って示
した断面図、 そして 第９図は、従来の方法における処理ガスの分布を示した
説明図である。 図中、１は半導体ウェハ、２はサセプタ、３はベルジャ
、４はガス供給器、５は処理ガス、そして６及び７は排
気口である。 処理ガスの流動分布 第２図 本発明の半導体製造装置 第３図 （Ａ）　　　　　　　　　　　　（Ｂ）ガス供給器の震
災 第４図 処理ガスの吹き付け角度の変更 第５日 吹き付け角度とエツチング速度の関係 圧力とエツチング速度の関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体デバイスの製造のために半導体ウェハ上に付
   着せる自然酸化膜を除去するに当って、前記ウェハの表
   面にその表面に対して垂直な方向ないしその垂直方向か
   ら４５°傾斜せる方向から還元性の気体又は蒸気を吹き
   付けるとともに、この還元処理の間、前記ウェハの温度
   を８５０〜１１５０℃に保つことを特徴とする、半導体
   製造方法。 ２、半導体デバイスの製造のためのものであって、半導
   体ウェハを支承するとともにそれを８５０〜１１５０℃
   に加熱可能なサセプタ、そして、半導体ウェハ上に付着
   せる自然酸化膜の除去時、前記ウェハの表面にその表面
   に対して垂直な方向ないしその垂直方向から４５°傾斜
   せる方向から還元性の気体又は蒸気を吹き付け可能な放
   散手段を反応室内に有していることを特徴とする、半導
   体製造装置。