JPH0249428A - 半導体基板表面に薄膜を形成する方法およびその装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体基板表面に薄膜を形成する方法およ
びその装置に関するものであり、特に、半導体基板と薄
膜との界面構造を良好に制御できる薄膜形成方法および
その装置に関するものである。

［従来の技術］ 電子デバイスの特性は、作成中の故意あるいは意図しな
い事故で導入された不純物の存在に極めて強く影響され
るため、全工程にわたって作製環境の清浄度が極めて高
いレベルに維持される必要があり、使用材料、処理雰囲
気および形成法等に高度な清浄化技術および高純度化技
術が駆使されている。

半導体デバイスにおいて、その製造工程は薄膜形成工程
と回路パターン形成工程とに大別される。

薄膜形成工程は、さらに、膜種や形成方法により、種々
の工程に細分化され、それぞれ独自のあるいは一部共通
した清浄化技術が開発されている。そして、これらのす
べてに共通して重要かつ基本的な清浄化作業は、薄膜形
成前の基板前処理である。

前処理工程では、通常、脱脂、重金属除去、自然酸化膜
除去を目的として、水洗、酸洗浄あるいはアルカリ洗浄
、化学酸化、希フッ酸処理等が行なわれている。これら
の溶液洗浄法は、現在、確立された工程として広く採用
されているが、その決定的な問題点は、処理終了直後か
ら薄膜形成開始までの間に処理後の基板が必ず空気に晒
されるため、特に活性な半導体や金属が基板上に露出し
ているときは、例外なくいくらかの自然酸化膜成長が起
こるということである。それゆえ、溶液洗浄は、有機物
、重金属等の不純物の除去には有効であるが、必ずしも
真性表面を得るための手段とは言えない。

自然酸化膜の成長は、後の工程である薄膜形成工程にお
い、て、薄膜の品質に決定的な悪影響を及ぼす。薄膜形
成には、たとえば、エピタキシャル成長、ポリシリコン
上への高融点金属膜（いわゆるポリサイド構造）形成、
基板に電気的コンタクトを求める配線形成、極薄絶縁膜
形成等があり、これらの形成工程は、高集積化に伴なっ
て、今後、その重要性が益々増大する工程である。した
がって、膜中に取込まれる有害な不純物の除去もさるこ
とながら、薄膜の品質を向上させるために、薄膜と基板
との界面構造のよく制御された薄膜形成法が強く求めら
れている。

第１４図は、従来の枚葉式スパッタ装置の断面図である
。第１４図を参照して、従来の枚葉式スパッタ装置は１
つのチャンバ２０を含み、該チャンバ２０はロックバル
ブ２１ａ、ロックバルブ２１ｂ、ロックバルブ２１ｃに
より、ローダ室２２と、エツチング室２３と、デボ室２
４と、アンローダ室２５に区分されている。

ローダ室２２は、窒素ガス導入口２６ａと排気口９ａを
備えている。ローダ室２２内には、たとえばベルトコン
ベヤーのような搬送系２７ａが設けられている。

エツチング室２３はアルゴンガスを導入するアルゴンガ
ス導入口２８ａと、排気口９ｂを備えている。エツチン
グ室２３内には、搬送系２７ｂが設けられている。エツ
チング室２３は基板支持台２９ａを含んでいる。基板支
持台２９ａ上にトレイ３０が置かれており、トレイ３０
上に半導体基板たとえばシリコン基板４が置かれている
。高周波電源３１がマツチング回路３２を介して、シリ
コン基板４に接続されている。基板支持台２９ａとチャ
ンバ２０間は絶縁部３３ａにより絶縁されている。

デボ室２４には、アルゴンガスを導入するアルゴンガス
導入口２８ｂと、排気口９Ｃが設けられている。デポ室
２４内には搬送系２７ｃが設けられている。デボ室２４
は基板支持台２９ｂを含んでいる。また、デボ室２４は
、ターゲット３４を含む。ターゲット３４には直流電源
３５が接続され、ターゲット３４とアルゴンガス間に高
電圧が印加されるようになっている。基板支持台２９ｂ
とチャンバ２０は絶縁部３３ｂにより絶縁され、ターゲ
ット３４とチャンバ２０は絶縁部３３ｂで絶縁されてい
る。

アンローダ室２５は窒素ガス導入口２６ｂと、排気口９
ｄを備えている。アンローダ室２５内には搬送系２７ｄ
が設けられている。

次に、この装置を用いて、基板上に薄膜を形成する方法
について説明する。

まず、ローダ室２２、エツチング室２３、デボ室２４お
よびアンローダ室２５のそれぞれを高真空状態にする。

次いで、真空保持されたローダ室２２に、窒素ガス導入
口２６ａより窒素ガスを導入し、室内を大気圧下に戻す
。次いで、扉（図示せず）を開け、トレイ３０に載せた
複数枚のシリコン基板４をローダ室２２内に導入し、再
び扉を閉める。続い°て、ローダ室２２内を排気口９ａ
から真空ポンプ（図示せず）で排気し、内部を高真空状
態にする。次に、ロックバルブ２１ａを開き、搬送系２
７ａのモータを駆動させ、トレイ３０の上に載せたシリ
コン基板４をエツチング室２３内に移動させる。そして
、ロックバルブ２１ａを閉じる。なお、ロックバルブ２
１ａの開閉および搬送系２７ａの作動は、たとえば外部
に設けられたスイッチ手段（図示せず）で行なう。エツ
チング室２３は、１０−　’　〜１０−　’　Ｔｏ　ｒ
　ｒ程度の高真空状態に保たれている。そして、エツチ
ング室２３内に１０−”　〜１０−’　Ｔｏｒｒのアル
ゴンガスをアルゴンガス導入口２８ａより導入する。

続いて、高周波電源３１によって、シリコン基板４とア
ルゴンガスとの間に数１００〜数１０００ボルトのバイ
アスを印加して、プラズマを作る。

このプラズマ中のアルゴンイオンが、負高圧側のシリコ
ン基板４に高いエネルギで衝突して、シリコン基板４９
表面に付着している自然酸化膜や汚染物をスパッタエツ
チングする。スパッタエツチングが完了すると、アルゴ
ンガスの導入およびバイアスの印加を止める。そして、
エツチング室２３内のアルゴンガスを排気して、エツチ
ング室２３内を高真空状態にする。続いて、ロックバル
ブ２１ｂを開き、搬送系２７ｂのモータを駆動させ、ト
レイ３０に載せたシリコン基板４をデポ室２４内に移動
させる。そして、ロックバルブ２１ｂを閉じる。このと
き、２枚目のシリコン基板４は、エツチング室２３に移
動している。デボ室２４も、１０″″７〜１０−’Ｔｏ
ｒｒ程度の高真空状態に保たれている。そして、デポ室
２４内に、１〇−δ〜１０−’Ｔｏｒｒのアルゴンガス
をアルゴンガス導入口２８ｂより導入する。続いて、直
流電源３５によって、ターゲット３４とアルゴンガスと
の間に数１００〜数１０００ボルトの電圧を印加する。

これにより、プラズマが作られる。このプラズマ中のア
ルゴンイオンが、負高圧側のターゲット３４に高いエネ
ルギで衝突して、ターゲット３４の物質をスパッタする
。この物質がシリコン基板４上に堆積し、薄膜が形成さ
れる。所望の膜厚、均一性および膜質を有する薄膜の形
成が完了すると、アルゴンガスの導入および電圧の印加
を止め、デポ室２４内を、排気して、高真空状態にする
。

続いて、ロックバルブ２１ｃを開き、搬送系２７ｃのモ
ータを駆動させ、トレイ３０の上に載せたシリコン基板
４をアンローダ室２５に移動させる。そして、ロックバ
ルブ２１ｃを閉じる。このとき、２枚目の基板はデポ室
２４に、３枚目の基板１はエツチング室２３に移動して
いる。順次、エツチングされ、続いて、デボされたシリ
コン基板４は、アンローダ室２５内のカセットに収納さ
れる。最後のシリコン基板４がカセットに収納されると
、アンローダ室２５内の圧力を大気圧に戻し、所望の薄
膜が形成されたシリコン基板４がカセットごと取出され
、次の工程へ送られる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のスパッタ薄膜形成装置は以上のように構成されて
いる。それゆえ、アルゴン等の不活性ガスのプラズマに
よるスパッタエツチングで、自然酸化膜や汚染物を除去
するために、シリコン基板４とアルゴンガスとの間に高
バイアスを印加することが必要である。そのため、アル
ゴンプラズマによって、シリコン基板４にダメージが導
入されるという問題点があった。

また、高温水素還元法によるガスエツチングによって自
然酸化膜または汚染物を除去し、その上に連続的に薄膜
を形成する方法も知られている。

しかしながら、この高温水素還元法では、高温（通常１
０００℃以上）を要するため、ＰＮ接合の熱だれ等を招
来し、その適用範囲が限定されるという問題点があった
。

また、自然酸化膜を除去する方法として、特開昭６１−
２７６２１号公報は、水素気流中で基板温度を８００〜
１０００℃に加熱して、自然酸化膜を除去する技術を開
示している。しかしながら、このような高温処理では、
前述の熱だれを招来するばかりか、キンスブロン等も述
べているように、アモルファスシリコンが結晶化の進行
したポリシリコンに変化する（Ｅ、Ｋ１ｎ５ｂｒｏｎ、
Ｍ。

Ｓｔｅｎｈｅｉｍ、ａｎｄ　　Ｒ，Ｋｎｏｅｌｌ。

Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏｌ、４２゜Ｎｏ
、９．８３５．Ｉ　　Ｍａｙ　（１９８３））。

最近のデバイス作製上の傾向として、ポリシリコンはな
るべく結晶粒径の小さい、すなわち非晶質に近いものが
望まれているため、結晶化の進行したポリシリコンが生
成するのは問題である。

また、特開昭６１−１２４１２３号公報は、基板に反応
ガスを吸着させ、次いで基板に光照射し、該基板を上記
反応ガスでエツチングするという、基板表面処理方法を
開示している。この先行技術においては、どんな光を使
用するのか、また反応ガスに何を用いるのか、さらに基
板の温度を何度にするのかについて、何ら具体的に記載
されていないので、その詳細は不明である。しかしなが
ら、この技術を、半導体基板上に付着した自然酸化膜等
の除去方法にそのまま応用すると、次に述べる問題点が
生じる。

すなわち、上述の技術では、反応ガスが基板に吸着され
、この吸着された反応ガスが基板をエツチングするので
、基板上の自然酸化膜等が除去されるだけでなく、半導
体基板自体もエツチングされてしまうという問題点が生
じる。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、十分低温で、かつ半導体基板表面に損傷を
与えずに、半導体基板表面に付着した自然酸化膜または
汚染物を除去し、引き続き、大気に晒すことなく該半導
体基板表面に薄膜を形成することのできる、薄膜形成方
法およびその装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、長年、半導体基板表面に薄膜を形成する
方法について研究を続けてきた。また、半導体基板表面
に付着した自然酸化膜または汚染物を除去する方法につ
いても鋭意研究を続けてきた。その結果、チャンバ内に
半導体基板を置き、該チャンバ内に上記自然酸化膜また
は汚染物と反応し得る反応ガスを導入し、光を照射し、
該自然酸化膜または汚染物等を除去するに際し、上記半
導体基板をわずかに加熱することにより、自然酸化膜ま
たは汚染物をより低温で、より効率良く除去できること
を知見し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本
発明は、半導体基板の表面に付着した自然酸化膜または
汚染物を除去し、その後、その清浄表面に薄膜を形成す
る方法に係るものであり、前処理用チャンバ内に上記半
導体基板を置く工程と、上記前処理用チャンバ内に上記
自然酸化膜または上記汚染物と反応し得る反応ガスを導
入する工程と、上記半導体基板を２００〜７００℃の範
囲内にある温度に加熱する工程と、上記半導体基板の加
熱を行なっているときに、上記２００〜７００℃の範囲
内にある温度で、上記チャンバ内に導入された反応ガス
と上記半導体基板表面上に付着した自然酸化膜または汚
染物との光化学反応を行なわしめる波長を有する光を上
記反応ガスに照射する工程と、上記加熱下における光化
学反応によって上記半導体基板表面に付着した自然酸化
膜または汚染物を除去した後、引き続き、薄膜形成用チ
ャンバ内に該半導体基板を大気にさらすことなく移し、
該半導体基板表面に薄膜を形成する工程と、を備えてい
る。

そして、上述の方法において、上記前処理用チャンバと
薄膜形成用チャンバを同一のチャンバとし、上記半導体
基板表面に付着した自然酸化膜または汚染物の除去と上
記薄膜形成とを同一のチャンバ内で行なってもよい。

また、前処理用チャンバと上記薄膜形成用チャンバとを
別個に設け、上記半導体基板表面に付着した自然酸化膜
または汚染物の除去と、上記薄膜形成とを、別個のチャ
ンバ内で行なってもよい。

また、上記前処理用チャンバ内で上記半導体基板表面に
付着した自然酸化膜または汚染物を除去した後、この半
導体基板を自然酸化膜が再形成しないように制御された
ガス雰囲気中に移し、その後、引き続き、この半導体基
板を上記薄膜形成用チャンバに移して、上記薄膜形成を
行なってもよい。

上記薄膜を形成す゛る方法は、特に限定されないが、化
学堆積法またはスパッタ堆積法が好ましく採用される。

化学堆積法によって形成される薄膜は特に限定しないが
、単結晶シリコン膜、多結晶シリコン膜または非晶質シ
リコン膜が好ましい。また、窒化シリコン膜または酸化
シリコン膜を含む絶縁体薄膜であってもよい。さらに、
タングステ、モリブデン、タンタルまたはチタンを含む
高融点金属の薄膜、または、これら高融点金属のシリサ
イド化合物の薄膜でもよい。

スパッタ堆積法によって形成される薄膜は、特に限定さ
れないが、絶縁体膜、導電性膜等が好ましい。

本発明で用い得る反応ガスは紫外領域に吸収のあるガス
であれば特に制限されずに用いられ、−般には塩化水素
ガス、水素ガス、塩素ガス等のガスが用いられ、塩化水
素ガスは特に好ましく用いられる。

半導体基板は、２００〜７００℃の範囲内にある温度に
加熱される。後に、詳細に、データを示して説明するが
、２００℃以下では自然酸化膜の除去速度が遅いので好
ましくなく、７００℃以上では自然酸化膜の除去速度は
速くなる一方、上述の熱だれおよびアモルファスシリコ
ンからポリシリコンへの変化を引き起こし、好ましくな
い。

照射する光は半導体基板の加熱を行なっているときに、
上記２００〜７００℃の範囲内にある温度で、上記チャ
ンバ内に導入された反応ガスと上記半導体基板表面に付
着した自然酸化膜または汚染物との光化学反応を行なわ
しめる波長を有するものなら、いずれでも使用し得る。

そのうちでも、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、水銀
−キセノンランプ、エキシマレーザ等から照射される光
は、好ましい。

反応ガスの雰囲気圧力は、好ましくは、大気圧からＱ、
１Ｔｏｒｒの範囲に選ばれる。０．１Ｔｏｒｒ以下では
、自然酸化膜の除去速度が遅く、大気圧以上にすると、
自然酸化膜だけでなく、基板をもエツチングしてしまう
ので好ましくない。

また、同様の目的で、半導体基板を２００〜７００℃の
範囲内にある温度に加熱する手段として、光を用いても
よい。半導体基板を加熱するための光源は、反応ガスに
照射する光源と同一のものであってもよい。この場合に
は、アルゴン−アークランプ、キセノン−水銀ランプが
好ましく用いられる。

また、半導体基板を加熱するための光を赤外線とし、反
応ガスに照射する光を紫外線としてもよい。

そして、半導体基板の表面に付着した自然酸化膜または
汚染物を除去し、その後、その清浄表面に薄膜を形成す
る装置としては、処理すべき上記半導体基板を収容する
前処理用チャンバと、上記前処理用チャンバに上記自然
酸化膜または汚染物と反応し得るガスを導入する反応ガ
ス導入手段と、上記半導体基板を２００〜７００℃の範
囲内にある温度に加熱する加熱手段と、上記半導体基板
の加熱を行なっているときに、上記２００〜７００℃の
範囲内にある温度で、上記前処理用チャンバ内に導入さ
れた反応ガスと上記半導体基板表面に付着した自然酸化
膜または汚染物との光化学反応を行なわしめる波長を有
する光を上記反応ガスに照射する光源と、上記自然酸化
膜または汚染物が除去された半導体基板の表面に、引き
続き、大気にさらすことなく薄膜を形成する薄膜形成手
段と、を備え、上記薄膜形成手段は上記薄膜を形成すべ
き上記半導体基板を収容する薄膜形成用チャンバを備え
る装置がある。

そして、上記前処理用チャンバと上記薄膜形成用チャン
バとは同一チャンバで構成されてもよ＜、。

別個のチャンバで構成されてもよい。

また、上記前処理用チャンバと上記薄膜形成用チャンバ
との間に設置され、上記前処理用チャンバで自然酸化膜
または汚染物が除去された半導体基板を、自然酸化膜が
再形成しないように制御されたガス雰囲気下に配置させ
る成膜前チャンバを備えてもよい。

上記薄膜形成手段は特に限定しないが、化学堆積法によ
り薄膜を形成する手段、スパッタ堆積法により薄膜を形
成する手段が好ましく用いられる。

上記光源は特に限定されずに用いられるが、低圧水銀ラ
ンプ、高圧水銀ランプ、水銀キセノンランプ、アルゴン
−アークランプ、エキシマレーザ等が好ましく用いられ
る。

上記薄膜形成用チャンバは、そのチャンバ内の雰囲気圧
力を調整する圧力調節手段を備えているものが好ましい
。

また、上記前処理用チャンバは、そのチャンバ内の雰囲
気圧力を大気圧から０．１Ｔｏｒｒまでの圧力に調節す
る圧力調節手段を備えているものが好ましい。

さらに、上記前処理用チャンバの内壁は、耐エツチング
性材料で被覆されるのが好ましい。

また、半導体基板の表面に付着した自然酸化膜または汚
染物を除去し、その後、その清浄表面にスパッタ堆積法
により薄膜を形成する装置としては、処理すべき上記半
導体基板を収容するチャンバと、上記チャンバ内に上記
自然酸化膜または汚染物と反応し得るガスを導入する反
応ガス導入手段と、上記半導体基板を２００〜７００’
Ｃの範囲内にある温度に加熱する加熱手段と、上記半導
体基板の加熱を行なっているとき、上記２００〜７００
℃の範囲内にある温度で、上記チャンバ内に導入された
反応ガスと上記半導体基板表面に付着した自然酸化膜ま
たは汚染物との光化学反応を行なわしめる波長を有する
光を上記反応ガスに照射する光源と、上記チャンバ内に
設けられ、上記自然酸化膜または汚染物が除去された半
導体基板の表面に形成される薄膜の成分を提供するター
ゲットと、上記チャンバ内に設けられ、上記半導体基板
を移動させる基板移動手段と、を備え、上記基板移動手
段は、上記半導体基板上に付着した自然酸化膜または汚
染物を除去するときには、上記半導体基板の表面が上記
光源と対向するように上記半導体基板を移動させるもの
であり、上記半導体基板上に薄膜を形成するときには、
上記半導体基板の表面が上記ターゲットと対向するよう
に上記半導体基板を移動させるものである、半導体基板
表面に薄膜を形成する装置が好ましい。

［作用］ 上述のとおり、本発明においては、半導体基板表面上に
付着した自然酸化膜または汚染物を反応ガスで除去する
にあたり、光と熱とを併用している。反応ガスにたとえ
ばＨＣｍガスを用いた場合、たとえば自然酸化膜は次の
ような反応式に従って、基板上から除去される。

Ｓ　ｉ　０２　＋４ＨＣ庭→ＳＬＣ之。＋２Ｈ２０本発
明は、この反応が、光エネルギと熱エネルギとの相乗効
果により促進されるのを利用している。それゆえに、光
だけでは活性化できないような反応ガスを用いても、該
反応ガスで自然酸化膜または汚染物を除去することが可
能となる。また、高温下に置かないと自然酸化膜または
汚染物を除去できない場合であっても、光のエネルギの
助けによって、より低温で、自然酸化膜または汚染物を
除去できるようになる。

それゆえに、十分低温で、かつ半導体基板表面に損傷を
与えずに、半導体基板表面に付着した自然酸化膜または
汚染物を除去できるようになる。

そして、このようにして得られた半導体基板の真性表面
に、引き続き、大気に晒すことなく、薄膜を形成するの
で、半導体基板と薄膜との界面に自然酸化膜等が介在し
なくなる。そのため、半導体基板と薄膜との界面構造が
良好な状態に制御される。

［実施例］ 本発明に係る、半導体基板表面に薄膜を形成する方法は
、２つの主要工程、すなわち半導体基板の表面に付着し
た自然酸化膜または汚染物を除去する工程（以下、第１
の工程という）と、上記半導体基板表面に付着した自然
酸化膜または汚染物を除去した後、引き続き、大気に晒
すことなく上記半導体基板表面に薄膜を形成する工程（
以下、第２の工程という）と、からなる。

まず、第１の工程において、半導体基板表面から自然酸
化膜または汚染物が、実際にどの程度除去されるかにつ
いて゛、実験データを示しながら、説明する。

使用した実験装置： 第１図は、使用した実験装置の断面図である。

第１図を参照して、実験装置は、チャンバ３を備えてい
る。チャンバ３には、ＨＣｕガス導入口６と、５ｉＨ２
Ｃ見、ガス導入ロアと、ＮＨ，ガス導入口８と、排気口
９が設けられている。さらに、チャンバ３には、チャン
バ３内に紫外線を照射するための紫外線入射窓２が設け
られている。

紫外線入射窓２に対向して、低圧水銀ランプ１が設置さ
れている。チャンバ３内には基板支持台５が設置され、
基板支持台５の上には半導体基板たとえばシリコン基板
４が置かれている。基板支持台５は加熱手段５ａを備え
ている。これにより、基板支持台５を介して、シリコン
基板４を加熱できる。

次に、上述の実験装置を用いて、半導体基板の表面に付
着した自然酸化膜または汚染物を除去する方法の概略を
述べる。

基板支持台５上にシリコン基板４を置く。このシリコン
基板４は、溶剤処理を行なった後のものであるが、既に
大気に触れて、その表面に自然酸化膜が生じている。次
いで、ＨＣｉガス導入口６より、ＨＣｕガスをチャンバ
３内に導入し、シリコン基板４の表面にＨＣＩＩガスを
供給する。次いで、低圧水銀ランプ１を点灯することに
より、紫外線入射窓２からシリコン基板４の表面に紫外
線を照射する。この紫外線照射と同時に、シリコン基板
４を２００〜７００℃に加熱する。すると、光と熱の相
乗効果により、たとえば、次に示す反応が促進され、シ
リコン基板４上の自然酸化膜が除去される。

Ｓ　ｉ０２　＋４ＨＣ見→ＳｉＣ見、＋２Ｈ２０自然酸
化膜が除去されているか否かの確認の方法二以上のよう
にして自然酸化膜が除去されるわけであるが、自然酸化
膜が除去されているか否かを確認するためには、工夫を
要する。なぜなら、シリコンは極めて酸化されやすい物
質であるので、上述の方法に従って自然酸化膜を除去し
ても、その効果を確認するためにシリコン基板を装置外
に取出すと、その瞬間に再び表面が酸化されてしまうか
らである。そこで、その評価にあたり、ここでは２つの
巧みな手法が考案されている。

第１の確認方法： 第１の確認の方法は、シリコン基板の表面から自然酸化
膜を除去した後、そのまま、その上へシリコン窒化膜等
の酸素原子を含まない薄膜を堆積し、その後、オージェ
電子分光法等で膜厚方向の元素プロファイルを観測する
、という方法である。

この方法によれば、シリコン基板（Ｓｔ）と堆積膜（Ｓ
ｉ３Ｎ４）との界面近傍における酸素の信号の検出の有
無により、自然酸化膜の有無が判定される。

第２Ａ図は、シリコン基板の表面から自然酸化膜を除去
した直後に、シリコン窒化膜を化学堆積法（以下、ＣＶ
Ｄ法という）により堆積させて得た試料の、膜厚方向の
オージェプロファイルである。オージェ電子分光法に供
した試料は、次のようにして作られた。

第１図を参照して、基板支持台５上に溶液洗浄を行なっ
た後のシリコン基板４を置いた。このシリコン基板４は
、大気に触れて、既に自然酸化膜が生じていた。次いで
、ＨＣｕガス導入口６より、ＨＣｕガスをチャンバ３内
に導入し、シリコン基板４の表面にＨＣｕガスを供給し
た。次いで、シリコン基板４表面に紫外線を照射すると
同時に、基板を２００〜７００℃の範囲内にある温度に
加熱して、自然酸化膜の除去処理を行なった。ＨＣ旦ガ
スの被爆時間は、数分間であった。次いで、排気口９か
らＨ（４ガスを排気し、次いで５ｉＨ２ｃＱ、ｚガス導
入ロアより５ｉＨ２Ｃｉ２ガスを導入し、ＮＨ，ガス導
入口８よりＮＨ３ガスを導入し、シリコン基板４上にシ
リコン窒化膜をＣＶＤ法により堆積させた。そして、こ
のものを、オージェ電子分光分析に供した。第２Ａ図に
おいて、横軸はスパッタ時間であり、縦軸はオージェ信
号である。第２Ａ図から明らかなように、自然酸化膜の
除去処理（ＨＣＩＩ処理をしたもの）を行なったものは
、Ｓｉと５ｔ３Ｎ４の界面近傍に、酸素の信号が検出さ
れなかった。

第２Ｂ図は、自然酸化膜除去処理を行なわず（ＨＣｉ処
理なし）に、Ｓｔ、Ｎ４を堆積したものの、膜厚方向の
元素プロファイルである。第２Ｂ図から明らかなように
、ＳｉとＳｔ、Ｎ、の界面近傍に、酸素の信号が検出さ
れた。

以上の結果より、第１の工程である自然酸化膜の除去処
理を施すと、自然酸化膜が確実に除去される、というこ
とが確認される。

第２の確認方法： 自然酸化膜の除去処理の効果の第２の確認方法は、自然
酸化膜の除去処理前後のシリコン基板に紫外線を照射し
て光電子放出を行なわせ、放出される電子の量（光電流
）の変化を測定する方法である。この方法は、後述のよ
うに、自然酸化膜の有無が光電流量に著しい影響を与え
るため、自然酸化膜の有無の良好な判定手段となり得る
。

また、この方法においては、自然酸化膜を除去するため
に用いる紫外線を、そのまま、光電子放出を起こさせる
紫外線として用いることができるので、光電流を追跡す
ることで、自然酸化膜が除去されていく状況をモニタで
きる、という利点がある。

光電流と自然酸化膜の有無の関係を、第３Ａ図および第
３Ｂ図を参照して説明する。これらの図はアルゴン雰囲
気中、基板温度を５５０℃にして、紫外線照射開始後か
ら、放出される光電子の電流を追跡したものである。第
３Ａ図は、５５０℃で１５分間紫外線照射下でＨＣＱガ
スを被爆させたシリコン基板を用いたときのデータであ
り、第２Ａ図に対応する。第３Ｂ図は、この処理を行な
わなかったシリコン基板を用いた場合のデータであり、
第２Ｂ図に対応する。

これらの図から明らかなように、自然酸化膜の除去処理
を行なった場合、光電流が著しく小さくなっている。そ
れゆえに、光電流の減少は自然酸化膜が除去されるため
に生じる現象である、と結論づけることができる。

また、光電流の減少の程度を追跡することにより、自然
酸化膜が除去されていく状況をモニタできる、という結
論も、容易に理解されるであろう。

第３Ａ図と第３Ｂ図の結果を念頭において、第１の工程
における自然酸化膜の除去が、熱反応と光化学反応の相
乗効果によるものであることを、次に立証していく。

第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図および第４Ｄ図は、図中
に示されている各基板温度で、自然酸化膜の除去処理を
行なっているときの光電流の変化を示したものである。

すなわち、第１の工程における、自然酸化膜の除去処理
方法、の温度依存性を見たものである。第４Ａ図は、基
板温度を２５０℃にしたときの、光電流の変化を示した
ものである。第４Ｂ図は、基板温度を４５０℃にしたと
きの、光電流の変化を示したものである。第４Ｃ図は、
基板温度を５００℃にしたときの、光電流の変化を示し
たものである。第４Ｄ図は、基板温度を５５０℃にした
ときの、光電流の変化を示したものである。これらの図
において、横軸は時間（分）であり、縦軸は光電流（μ
Ａ）である。充電流測定は、半導体基板を各温度でＨＣ
Ｉ雰囲気に置き、紫外線照射時間のシャッタを開放し、
時間を追うで電流値を追跡していくという手順で行なっ
た。第４Ａ図〜第４Ｄ図より、次の知見が得られた。

■　各温度とも、紫外線照射とともに光電流は減少する
。

■　光電流の減少速度は、基板の温度上昇とともに急速
に増大する。

■　減少後の光電流は、基板温度に関係なく、一定値に
落着く。

光電流の減少は、前述のとおり、自然酸化膜の除去に関
連づけることができるので、上述の結果より、自然酸化
膜の除去速度は高温はど大きく、熱により加速されるも
のであるということが示唆される。また、データブック
によれば、常温常圧のＨｅ１ｌは、約１５０ｎｍ以下の
波長の紫外線しか吸収しない。したがって、低圧水銀ラ
ンプから照射される光（１８４９Ａと２５３７Ａの波長
を有する紫外線）では、本来ならば、ＨＣＬは励起され
ず、ひいては、このＨＣＬが自然酸化膜を除去すること
は不可能だろう。しかしながら、基板を２００〜７００
℃の範囲内にある温度に加熱することにより、実際に、
第４Ａ図〜第４Ｄ図に示したごとく、自然酸化膜が除去
されるのである。

よって、この点からも、第１の工程における自然酸化膜
の除去は、熱と光の相乗効果の結果であると結論できる
。

なお、薄膜形成前の前処理という時間制約のあるもとで
は、第４Ａ図〜第４Ｄ図の結果は、５００℃程度以上の
基板温度が望ましいことを示しているが、この温度でも
熱反応のみによる場合と比べると、著しい低温化が達成
されており、実用的意義は非常に大きいといえる。

第５図は、第１の工程における、自然酸化膜の除去処理
の紫外線照射効果を見たものである。実験装置は、第１
図に示す装置に光電子コレクタ電極を備え付けたものを
用いた。この光電子コレクタ電極は、メツシュ状の電極
であり、第１図を参照して、シリコン基板４と紫外線入
射窓２との間の位置に配置される。

本実験では、Ａｒ雰囲気中で、基板温度を５００℃にし
、光電子コレクタ電極に印加する電圧を変化させて、光
電流を測定した。

測定するための基板として、以下の４種類が選ばれた。

■　紫外線を照射しながら、５００℃において１５分間
ＨＣＩ被爆させた基板（第１工程の処理を行なったもの
）。

■　紫外線を照射しながら、５００℃において１５分間
ＨＣＩ被爆させ、このとき同時に、光電子電極に＋２５
０ｖの電圧を印加し続けて得た基板。

■　紫外線を照射せずに、５００℃において１５分間Ｈ
Ｃｍ被爆を行なった基板。

■　ＨＣＩＩ被爆を全く行なわなかった基板。

第５図から明らかなように、充電流特性は、■と■とか
らなるグループと、■と■とからなるグループに明瞭に
分かれた。このことから、以下の事柄が明らかとなった
。すなわち、■と■を比較すると明らかなように、５０
０℃程度の高温でも、紫外線照射のない場合には、ＨＣ
ｉ処理は効果がない。また、■と■を比較すると明らか
なように、自然酸化膜除去には、ＨＣｉ被爆は必要不可
欠である。これについては、第２Ａ図、第２Ｂ図、第３
Ａ図および第３Ｂ図の説明のところで説明したので、こ
こではその説明を省略する。

なお、第４Ａ図〜第４Ｄ図の結果だけを参照すると、光
電流測定中に印加した外部電界によりＨＣ免プラズマが
発生し、そのプラズマによって自然酸化膜が除去されて
いるのではないかという疑問が生じるかもしれないが、
■と■を比べて、光電流値に差がないことより、かかる
疑問は解消される。

また、第５図を参照して、印加電圧の増加とともに光電
流が増加するのは、測定雰囲気ガスであるＡｒ中の電子
増倍作用によるもので、現在の議論にとって大きな意味
はない。以上の事柄より、自然酸化膜の除去は、光と熱
の相乗効果によって初めて可能となる、と結論づけるこ
とができる。

それゆえ、光だけでは活性化できないような反応ガスを
用いても自然酸化膜の除去が可能となる。

また、高温下に置かないと自然酸化膜を除去できない場
合であっても、光のエネルギの助けによって、より低温
で自然酸化膜を除去できるようになる。

次に、自然酸化膜の除去処理における、望ましい基板温
度の範囲を求める実験を行なった。

第６図は、ＵＶ−ＨＣＩＩ！、系でシリコン基板をエツ
チングしたときの、エツチング速度と温度との関係を示
した、アレニウスプロット（ｌｏｇ（エツチングレート
）ｖｓ、１／Ｔ）である。ここでは、自然酸化膜の除去
速度でなく、シリコン基板のエツチング速度をとってい
る。これは、以下の理由による。すなわち、自然酸化膜
は薄すぎて、除去速度の定量ができないから、シリコン
基板のエツチング速度を求め、このシリコン基板のエツ
チング速度から自然酸化膜の除去速度を推測しよう、と
考えたためである。第６図の結果を説明する前に、エツ
チング速度の求め方を、第７Ａ図、第７Ｂ図および第７
Ｃ図を参照して説明する。まず、第７Ａ図を参照して、
シリコン酸化膜のマスク１５が形成された半導体基板１
６を準備する。

半導体基板１６には１〜１００Ω・ｃｍの抵抗を有する
ｐ型（１００）シリコン基板を用いた。次に、第７Ｂ図
を参照して、エツチングを所定のエツチング条件（１０
０％ＨＣＩＩニア００ｓｅｃｍ。

雰囲気圧カニ７．２Ｔｏｒｒ、低圧水銀ランプの照射の
ある場合とない場合）下で行なった。次に、第７Ｃ図を
参照して、マスク１５を除去し、エツチング深さｄを求
めた。このエツチング深さｄから、エツチング速度が求
められた。

以上のような求め方により、ＵＶを照射する場合とＵＶ
を照射しない場合に分けて、種々の温度でエツチング速
度を求めた。第６図は、このようにして求められたエツ
チング速度を温度の関数として、アレニウスプロットし
たものである。

第６図の上のプロットを参照して、ＵＶ照射がある場合
、エツチング速度は室温から２００℃にかけて少しずつ
上昇し、２００℃を屈曲点として急上昇することがわか
った。これは、２００℃以下では実効的なエツチングが
起こらず、２００℃以上にして初めて実効的なエツチン
グが起こる、ということを示している。また、第６図の
下のプロットは、ＵＶを照射しないと、基板温度を６０
０℃まで上昇させても、エツチング速度があまり大きく
ならず、実効的なエツチングが起こらないことを示して
いる。

これらのエツチング条件は、本発明の第１の工程で採用
される自然酸化膜の除去処理条件と同じであるから、第
６図の結果は、自然酸化膜の除去速度にそのままあては
めることができる。

以上の結果より、基板温度を２００℃以上にし、かつＵ
Ｖを照射して初めて、熱と光の相乗効果により、実効的
な自然酸化膜除去処理が行なえるということが明らかと
なった。

ところで、第６図からも明らかなように、２００℃以上
ならば、温度を上げれば上げるほど、自然酸化膜の除去
速度は大きくなる。しかしながら、６００℃以上に基板
温度を上げると、アモルファスシリコンがポリシリコン
に変化すると報告されている（Ｅ、Ｋ１ｎ５ｂｒｏｎ、
Ｍ、５ｔｅｒｎｈｅ　ｉｍ、ａｎｄ　　Ｒ，Ｋｎｏｅ　
１１．Ａｐｐ　Ｉ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏｌ、４２．Ｎｏ、９゜８３
５、Ｉ　　Ｍａｙ　（１９８３））。

最近のデバイス作製上の傾向として、ポリＳｔはなるべ
く結晶粒径の小さい、すなわち非晶質に近いものが望ま
れており、基板温度は上述のとおり６００℃以下にする
のが望ましいが、これ以上の温度で処理しても実用的に
は十分に使用に耐え得るものが得られるし、また温度を
上げると自然酸化膜の除去速度が速くなるという利点が
ある。

しかし、７００℃を越えると、上記利点よりも、アモル
ファスシリコンからポリシリコンへ変化するという不利
な点が強調されるようになる。したがって、半導体基板
の処理温度は２００〜７００℃の範囲にある温度に設定
されるのが好ましい。

本発明の実施例 以下、本発明の実施例（第１工程十第２工程）について
説明する。

第８Ａ図は、本発明の第１の実施例に係る、薄膜形成方
法を実現するための装置の断面図であり、化学堆積法（
以下、ＣＶＤ法という）により薄膜を形成する装置であ
る。

第８ＡＩ！ｌを参照して、処理装置はチャンバ３を備え
ている。チャンバ３には、ＨＣｉガス導入口６と、成膜
用ガス導入口３６と、排気口９が設けられている。さら
に、チャンバ３には、チャンバ３内に紫外線を照射する
ための紫外線入射窓２が設けられている。紫外線入射窓
２に対向して、低圧水銀ランプ１が設置されている。チ
ャンバ３内には基板支持台５が設置され、基板支持台５
の上にシリコン基板４が置かれている。基板支持台５は
加熱手段５ａを備えており、基板支持台５を介して、シ
リコン基板４を加熱できるように構成されている。

次に、上述の装置を用いて、半導体基板表面にＣＶＤ法
により薄膜を形成する方法について述べる。

第８Ａ図を参照して、基板支持台５上にシリコン基板４
を置く。このシリコン基板４は、溶剤処理を行なった後
のものであるが、既に空気に触れて自然酸化膜が生じて
いる。次いで、第８Ｂ図を参照して、ＨＣＩＬガス導入
口６より、ＨＣｆＬガスをチャンバ３内に導入し、シリ
コン基板４の表面にＨＣＩＩガスを供給する。次いで、
低圧水銀ランプを点灯することにより、紫外線入射窓２
からシリコン基板４の表面に紫外線を照射する。この紫
外線照射と同時に、シリコン基板４を２００〜７００℃
に加熱する。すると、光と熱の相乗効果により、たとえ
ば、次に示す反応が促進され、シリコン基板４上に付着
した自然酸化膜が除去される。

Ｓ　ｉ　０２　＋４ＨＣｌ−８ｉ　Ｃ１１４＋　２Ｈ２
０続いて、引き続き、大気に晒すことなく、半導体基板
表面にＣＶＤ法により薄膜を形成する。すなわち、第８
Ｃ図を参照して、排気口９よりＨＣ史ガスを排気する。

次いで、加熱手段５ａを動作させて、半導体基板４を加
熱し、成膜用ガス導入口３６より成膜用ガス（たとえば
、Ｓ　ｔ　Ｈ２ＣＱ。

、＋ＮＨ３）を導入する。すると、半導体基板４の表面
に所定の薄膜が形成される。

半導体基板表面に付着した自然酸化膜または汚染物は、
十分低温で、かつ、半導体基板表面に損傷を与えること
なく除去され、その後、引き続き、大気に晒すことなく
、その上に薄膜が形成されるので、半導体基板と薄膜と
の界面に自然酸化膜等は介在しなくなる。それゆえ、半
導体基板と薄膜との界面構造が良好な状態に制御された
ものが得られる。

本発明の第２の実施例（ＣＶＤ法） なお、上述の実施例では、自然酸化膜等を除去するため
のチャンバ（以下、前処理用チャンバという）と薄膜を
形成するためのチャンバ（以下、薄膜形成用チャンバと
いう）が一体的に形成され、同一チャンバ内で自然酸化
膜等の除去と薄膜形成とを行なえるように構成された、
薄膜形成装置について説明した。しかし、前処理用チャ
ンバと薄膜形成用チャンバとを分離して構成してもよい
。

第９図に示す装置は、その例であって、本発明の第２の
実施例である。断面図で表わされている。

第９図において、当該装置は１つのチャンバ２０を備え
ている。このチャンバ２０は、ロックバルブ２１ａによ
り、前処理用チャンバ３７と薄膜形成用チャンバ３８に
区分されている。前処理用チャンバ３７には、ＨＣＩＩ
Ｉ、ガス導入口６が設けら゛れている。さらに、前処理
用チャンバ３７には、前処理用チャンバ３７内に紫外線
を照射するための紫外線入射窓２が設けられている。紫
外線入射窓２に対向して、低圧水銀ランプ１が設置され
ている。前処理用チャンバ３７内には基板支持台５が設
置され、基板支持台５の上にはシリコン基板４が置かれ
ている。基板支持台５は加熱手段５ａを備えており、基
板支持台５を介して、シリコン基板４を加熱できるよう
に構成されている。また、前処理用チャンバ３７内には
、ベルトコンベアの如き搬送系２７ａが設けられている
。

薄膜形成用チャンバ３８には、成膜用ガス導入口３６ａ
、３６ｂと、排気口９が設けられている。

薄膜形成用チャンバ３８内には、基板支持台５′が設置
されている。基板支持台５′は加熱手段５ａ′を備えて
いる。薄膜形成用チャンバ３８には、搬送系２７ｂが設
けられている。

次に、上述の装置を用いて、半導体基板表面に薄膜を形
成する方法について述べる。

第９図を参照して、前処理用チャンバ３７内の基板支持
台５上にシリコン基板４を置く。このシリコン基板４は
、溶剤処理を行なった後のものであるが、既に空気に触
れて自然酸化膜が生じている。次いで、ＨＣＩガス導入
口６より、ＨＣＩＩガスを前処理用チャンバ３７に導入
し、シリコン基板４の表面に塩酸ガスを供給する。次い
で、低圧水銀ランプ１を点灯することにより、紫外線入
射窓２からシリコン基板４の表面に紫外線を照射する。

この紫外線照射と同時に、シリコン基板４を２００〜７
００℃に加熱する。すると、光と熱の相乗効果により、
シリコン基板４上に付着した自然酸化膜が除去される。

次いで、ロックバルブ２１ａを開けて、搬送系２７ａお
よび搬送系２７ｂを作動させ、半導体基板４を薄膜形成
用チャンバ３８内に導入し、基板支持台５′上にシリコ
ン基板４を置く。ロックバルブ２１ａの開閉および搬送
系２７ａ、２７ｂの作動は、たとえば外部に設けられた
スイッチ手段（図示せず）で行なうようにしてもよい。

次いで、排気口９より、薄膜形成用チャンバ３８内のガ
スを排気する。次いで、加熱手段５ａ′を動作させ、半
導体基板を加熱し、同時に成膜用ガス導入口３６ａ、３
６ｂより薄膜形成用チャンバ３８内に成膜用ガスを導入
する。すると、半導体基板表面に所望の薄膜が形成され
る。

ＣＶＤ法により形成する薄膜としては、シリコン基板上
の単結晶シリコン膜（すなわちエピタキシャルシリコン
膜）、多結晶シリコン膜、非晶質シリコン膜等がある。

エピタキシャルシリコン膜の形成においては１、半導体
基板との界面に自然酸化膜の介在しないエピタキシャル
シリコン膜を、６００℃程度の低温の基板温度で形成す
ることが可能となる。これにより、コンタクト抵抗の十
分少さいものが得られる。また、多結晶シリコン膜の形
成においても、基板との間にコンタクト抵抗を著しく増
大させる原因となっていた自然酸化膜が介在しなくなる
。そのため、コンタクト抵抗が十分少さな多結晶シリコ
ン配線を安定して形成することが可能となる。また、Ｃ
ＶＤ法により形成する薄膜として、たとえばゲート絶縁
膜や、キャパシタ絶縁膜として使用される酸化シリコン
膜や、窒化シリコン膜等の極薄絶縁膜も形成可能であり
、半導体基板との界面に自然酸化膜が介在しない良質の
極薄絶縁膜が得られる。自然酸化膜は、高温で意図的に
酸化して形成した酸化シリコン膜と異なり、膜が緻密で
なく、欠陥も多いため、絶縁耐圧が極めて低い。本発明
に従って、自然酸化膜を除去した後に、ＣＶＤ法により
酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を形成すると、絶縁膜
として極めて不完全な自然酸化膜が存在しないため、絶
縁特性が大幅に向上する。また窒化シリコン膜の形成に
おいても、自然酸化膜が存在しないため、誘電率の低下
のない、絶縁特性の極めて良好な薄膜を提供し得る。な
お、窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜より誘電率が大
きいため、キャパシタ絶縁膜として好ましく使用されて
いるものである。

また、自然酸化膜を除゛去した後、タングステン、モリ
ブデン、タンタル、チタン等の高融点金属や１、これら
のシリサイド化合物の薄膜を、ＣＶＤ法によって形成し
てもよい。いずれの場合も、界面に自然酸化膜が存在し
ないものが得られるため、熱処理なしでも、極めて低い
コンタクト抵抗を有するものを得ることができる。

本発明の第３の実施例（ＣＶＤ法） 第１０図は薄膜形成装置の第３の実施例の断面図である
。

この装置は、１つのチャンバ２０を備え、このチャンバ
２０がロックバルブ２１ａとロックバルブ２１ｂにより
、前処理用チャンバ３７と、成膜前チャンバ３９と、薄
膜形成用チャンバ３８に区分されている。第１０図を参
照して、前処理用チャンバ３７には、ＨＣｊｌガス導入
口６と、排気口９が設けられている。さらに、前処理用
チャンバ３７には、前処理用チャンバ３７内に紫外線を
照射するための紫外線入射窓２が設けられている。

紫外線入射窓２に対向して、低圧水銀ランプ１が設置さ
れている。前処理用チャンバ３７内には基板支持台５が
設置され、基板支持台５の上にはシリコン基板４が置か
れている。基板支持台５は加熱手段５ａを備えており、
基板支持台５を介して、シリコン基板４を加熱できるよ
うに構成されている。また、前処理用チャンバ３７内に
は、シリコン基板４を搬送するための搬送系２７ａが設
けられている。

成膜前チャンバ３９内にも、搬送系２７ｂが設置されて
いる。’ｉ’ｉｔｍ形成用チャンバ３８には、成膜用ガ
ス導入口３６と排気口９が設けられている。

薄膜形成用チャンバ３８内には基板支持台５′が設置さ
れ、基板支持台５′の上にはシリコン基板４が置かれて
いる。基板支持台５′は加熱手段５ａ′を備えており、
基板支持台５′を介して、シリコン基板４を加熱できる
ように構成されている。

また、薄膜形成用チャンバ３８内には、半導体基板４を
搬送するための搬送系２７ｃが設置されている。

次に、この装置を用いて、半導体基板の上に薄膜を形成
する方法について述べる。

前処理用チャンバ３７内の基板支持台５上にシリコン基
板４を置く。このシリコン基板４は、溶剤処理を行なっ
た後のものであるが、既に空気に触れて自然酸化膜が生
じている。次いで、Ｈｕｔガス導入口６より、ＨＣｌ１
ガスを前処理用チャンバ３７内に導入し、シリコン基板
４の表面にＨＣ【ガスを供給する。次いで、低圧水銀ラ
ンプ１を点灯することにより、紫外線入射窓２からシリ
コン基板４の表面に紫外線を照射する。この紫外線照射
と同時に、シリコン基板４を２００〜７００℃に加熱す
る。すると、光と熱の相乗効果により、シリコン基板４
上の自然酸化膜が除去される。

次いで、ロックバルブ２１ａを開けて、搬送系２７ａを
作動させて、半導体基板４を成膜前チャンバ３９内に導
く。この成膜前チャンバ３９では、半導体基板の表面に
自然酸化膜が再形成しないように、そのガス雰囲気が制
御されている。次いで、ロックバルブ２１ａを閉じる。

その後、ロックバルブ２１ｂを開けて、搬送系２７ｂを
作動させて半導体基板４を薄膜形成用チャンバ３８内の
基板支持台５′に導く。なお、このとき、ロックバルブ
２１ｇとロックバルブ２１ｂとを同時に開放状態にしな
いよ°うに制御すると、前処理用チャンバ３７内の残留
ガスと薄膜形成用チャンバ３８内の残留ガスとによる、
前処理用チャンバ３７と薄膜形成用チャンバ３８の内部
汚染を防止することができる。

続いて、薄膜形成用チャンバ３８内において、加熱手段
５　ａ　／を動作させ、シリコン基板４を加熱する。こ
れと同時に、成膜用ガス導入口３６より、薄膜形成用チ
ャンバ３８内に成膜用ガスを導入する。すると、半導体
基板４の表面に所望の薄膜が形成される。

本発明の第４の実施例（スパッタ堆積法）第１１図は、
薄膜形成装置の第４の実施例の断面図である。この装置
は、１つのチャンバ２０を備え、このチャンバ２０は、
ロックバルブ２１ａ１０ツクバルブ２１ｂ、ロックバル
ブ２１ｃによりローダ室４０と、前処理用チャンバ３７
と、薄膜形成用チャンバ３８と、アンローダ室４１に仕
切られている。

ローダ室４０には、窒素ガス導入口２６と、排気口９ａ
が設けられている。また、ローダ室４０には、搬送系２
７ａが設置されている。

前処理用チャンバ３７には、Ｈｌｌガス導入口６と、排
気口９ｂが設けられている。さらに、前処理用チャンバ
３７には、前処理用チャンバ３７内に紫外線を入射する
ための紫外線入射窓２が設けられている。紫外線入射窓
２に対抗して、低圧水銀ランプ１が設置されている。前
処理用チャンバ３７内には基板支持台５が設置され、基
板支持台５の上にはトレイ３０が置かれており、トレイ
３０にはシリコン基板４が載せられている。基板支持台
５は加熱手段５ａを備えており、基板支持台５を介して
、シリコン基板４を加熱できるように構成されている。

また、前処理用チャンバ３７内には、シリコン基板４を
搬送するための搬送系２７ｂが設置されている。

薄膜形成用チャンバ３８は、スパッタ堆積法により薄膜
を形成するデボ室である。薄膜形成用チャンバ３８には
、アルゴンガスを導入するアルゴンガス導入口２８と排
気口９Ｃが設けられている。

薄膜形成用チャンバ３８は、基板支持台５′を含んでい
る。また、薄膜形成用チャンバ３８には、ターゲット３
４が設けられている。ターゲット３４には直流電源３５
が接続され、ターゲット３４とアルゴンガス間に高電圧
が印加され得るようになっている。基板支持台５′とチ
ャンバ２０は絶縁部３３により絶縁され、ターゲット３
４とチャンバ２０は絶縁部３３で絶縁されている。薄膜
形成用チャンバ３８内には搬送系２７ｃが設置されてい
る。

アンローダ室４１は窒素ガス導入口２６と排気口９ｄを
備えている。アンローダ室４１内には搬送系２７ｄが設
けられている。チャンバ２０は気密性を有し、排気口９
ａ、排気口９ｂ、排気口９Ｃおよび排気口９ｄから真空
ポンプによって吸引することにより、内部を高真空状態
にできる。

次に、この装置を用いて、半導体基板上に薄膜を形成す
る方法について説明する。

まず、ローダ室４０、前処理用チャンバ３７、薄膜形成
用チャンバ３８およびアンローダ室４１のそれぞれを高
真空状態にする。

次いで、真空保持されたローダ室４０に、窒素ガス導入
口２６ａより窒素ガスを導入し、ローダ室４０内を大気
圧下に戻す。次に、トレイ３０に載せたシリコン基板４
をローダ室４０内にカセットを用いて複数枚入れ、扉を
閉める。続いて、ローダ室４０内を排気口９ａから真空
ポンプで排気し、内部を高真空状態にする。次に、ロッ
クバルブ２１ａを開き、搬送系２７ａのモータを駆動さ
せ、トレイ３０に載せたシリコン基板４を前処理用チャ
ンバ３７内に移動させ、ロックバルブ２１ａを閉じる。

前処理用チャンバ３７内は、１０−７〜１０−’Ｔｏｒ
ｒ程度の高真空状態にされている。次いで、ＨＣｆｌガ
ス導入口６より、１〇−’Ｔｏｒｒまでの減圧状態のＨ
ＣＩＩガスを前処理用チャンバ３７内に導入し、シリコ
ン基板４の表面にＨＣＩＩＩガスを供給する。次いで、
低圧水銀ランプ１を点灯することにより、紫外線入射窓
２からシリコン基板４表面に紫外線を照射する。この紫
外線照射と同時に、シリコン基板４を２００〜７００℃
に加熱する。すると、光と熱の相乗効果により、たとえ
ば、次に示す反応が促進され、シリコン基板４上の自然
酸化膜が除去される。

Ｓ　ｉＯ２＋４ＢＣＬ→ＳｉＣ乱。＋２Ｈ２０シリコン
基板４の表面に付着した自然酸化膜または汚染物の除去
が完了すると、ＨＣｉガスの導入および低圧水銀ランプ
の照射を止め、前処理用チャンバ３７内のＨＣＩＩＩガ
スを排気して、前処理用チャンバ３７内を高真空状態に
する。

続いて、ロックバルブ２１ｂを開き、搬送系２７ｂのモ
ータを駆動させ、トレイ３０に載せたシリコン基板４を
、薄膜形成用チャンバ３８内に移動させる。そして、ロ
ックバルブ２１ｂを閉じる。

このとき、２枚目のシリコン基板４は、前処理用チャン
バ３７内に移動している。薄膜形成用チャンバ３８も、
１０−　’　〜１０−　’　Ｔｏ　ｒ　ｒ程度の高真空
状態にされている。そして、薄膜形成用チャンバ３８内
に、１０−３〜１０−’Ｔｏｒｒのアルゴンガスを導入
し、直、流電源３５によって、ターゲット３４とアルゴ
ンガスとの間に数１００〜数１０００ボルトの電圧を印
加して、プラズマを作る。このプラズマ中のアルゴンイ
オンが、負高圧側のターゲット３４に高いエネルギーで
衝突して、ターゲット３４の物質をスパッタする。この
物質はシリコン基板４上に堆積し、薄膜形成が行なわれ
る。所望の膜厚、均一性および膜質を有する薄膜の形成
が完了すると、アルゴンガスの導入および電圧の印加を
止め、薄膜形成用チャンバ３８内のアルゴンガスを排気
し、薄膜形成用チャンバ３８内を高真空状態にする。続
いて、ロックバルブ２１ｃを開き、搬送系２７ｃのモー
タを駆動させ、トレイ３０に載せたシリコン基板４をア
ンローダ室４１に移動させ、ロックバルブ２１ｃを閉じ
る。このとき、２枚目のシリコン基板４は薄膜形成用チ
ャンバ３８内に移動しており、３枚目のシリコン基板４
は前処理用チャンバ３７内に移動している。こうして、
順次、自然酸化膜の除去に続いて、スパッタ堆積が行な
われたシリコン基板４は、アンローダ室４１内のカセッ
ト（図示せず）に収納される。カセットに最後のシリコ
ン基板４が収納されると、アンローダ室４１内の圧力は
大気圧に戻される。こうして処理されたシリコン基板は
アンローダ室４１から取出され、次の工程へと送られる
。

本発明の第５の実施例（スパッタ堆積法）第４の実施例
では、前処理用チャンバと薄膜形成用チャンバとが分離
して構成された薄膜形成装置について説明したが、これ
らのチャンバを一体的に形成してもよい。

第１２Ａ図および第１２Ｂ図は、前処理用チャンバと薄
膜形成用チャンバが一体的に形成されたスパッタ堆積用
薄膜形成装置の断面図である。

これらの図を参照して、チャンバ２０はＨＣＩＩガス導
入口６と、アルゴンガス導入口２８と、排気口９を備え
ている。チャンバ２０には、チャンバ２０内に紫外線を
照射するための紫外線入射窓２が設けられている。紫外
線入射窓２に対向して、低圧水銀ランプ１が設置されて
いる。チャンバ２０は基板支持台５を含んでいる。基板
支持台５は加熱手段５ａを備えている。チャンバ２０に
はターゲット３４が設けられており、ターゲット３４と
チャンバ２０は絶縁物３３により絶縁されている。ター
ゲット３４には直流電源３５が接続されている。チャン
バ２０内にはプラテン４２が設置され、プラテン４２は
回転軸４３を中心に回転できるようになっている。プラ
テン４２には、トレイ３０が固定されている。トレイ３
０には、わずかに盛上がった凸部４４．４４’が設けら
れている。凸部４４と凸部４４′との間に挾まれるよう
にして、シリコン基板４がトレイ３０の上に置かれてい
る。

第１２Ａ図を参照して、チャンバ２０を前処理用チャン
バとして使用する場合には、プラテン４２は支軸４５に
支えられて、水平に配向する。このとき、シリコン基板
４と低圧水銀ランプ１は互いに対向する。

第１２Ｂ図を参照して、チャンバ２０を薄膜形成用チャ
ンバとして使用する場合には、プラテン４２を回転軸４
３を中心に回転させ、シリコン基板４とターゲット３４
とを対向させる。プラテン４２が回転すると、シリコン
基板４はプラテン４２の面内で、斜め下方向に滑り落ち
ようとするが、凸部４４によって、それ以上の落下が防
止される。

次に、この装置を用いて、半導体基板の表面上に薄膜を
形成する方法について説明する。

第１２Ａ図を参照して、プラテン４２を支軸４５に支持
させて、プラテン４２を水平方向に配向させる。続いて
、トレイ３０の上に、シリコン基板４を置く。この場合
、シリコン基板４は、凸部４４と凸部４４′に挾まれる
ように、置かれる。

このとき、シリコン基板４と低圧水銀ランプ１とは対向
している。シリコン基板４は、溶剤処理を行なったもの
であるが、既に空気に触れて自然酸化膜が生じている。

次いで、ＨＣＩＩガス導入口６より、ＨＣｌ１ｕガスを
チャンバ２０内に導入し、シリコン基板４の表面にＨＣ
ＩＩガスを供給する。次いで、低圧水銀ランプ１を点灯
することにより、紫外線入射窓２からシリコン基板４の
表面に紫外線を照射する。この紫外線照射と同時に、シ
リコン基板４を２００〜７００℃に加熱する。すると、
光と熱の相乗効果により、たとえば次に示す反応が促進
され、シリコン基板４上の自然酸化膜が除去される。

Ｓ　ｉ　Ｏ２＋４ＨＣｉ→Ｓ　Ｌ　Ｃ１，＋２Ｈ２０自
然酸化膜の除去が完了すると、ＨＣｕガス導入および低
圧水銀ランプ１の照射を止め、チャンバ２０内のＨ（１
１ガスを排気して、チャンバ２０内を高真空状態にする
。

続いて、第１２Ｂ図を参照して、プラテン４２を回転軸
４３を中心に回転させ、シリコン基板４とターゲット３
４とを対向させる。この状態で、アルゴンガス導入口２
８よりアルゴンガスを導入し、直流電源３５によって、
アルゴンガスとターゲット３４間に高電圧を印加し、プ
ラズマを発生させる。このプラズマ中のアルゴンイオン
がターゲット３４に高いエネルギで衝突し、ターゲット
３４の物質をスパッタして、この物質をシリコン基板４
上に堆積させる。すると、シリコン基板４の表面に薄膜
が形成される。薄膜形成が完了すると、アルゴンガスの
導入および直流電源３５による高電圧の印加を止め、チ
ャンバ２０内のアルゴンガスを排気して、チャンバ２０
内を高真空状態にする。続いて、プラテン４２を水平方
向に配向させて元の状態に戻し、次いで、ロックバルブ
（図示せず）を開き、アンローダ室（図示せず）にシリ
コン基板を移動させる。このような方法によっても、半
導体基板と薄膜との界面のよく制御された薄膜形成を行
なうことができる。

本発明の第６の実施例 第１３Ａ図および第１３Ｂ図は、この発明の第６の実施
例を実現するための装置を示したものであり、第１３Ａ
図は正面断面図であり、第１３Ｂ図は第１３Ａ図におけ
るＢ−Ｂ断面図である。

この装置は、シリコン基板を大量に処理できるバッチ式
の処理装置である。処理装置はチャンバ２０を備えてい
る。チャンバ２０内には、複数個のシリコン基板４を保
持できるボート４６が配置されている。ボート４６は円
柱形状のものであり、その側壁には上下方向に延びる溝
４６ａが、複数、間隔をおいて形成されている。その溝
４６ａのそれぞれには、シリコン基板４を水平に保持す
る保持溝４６ｂが、上下方向に間隔をおいて、複数、形
成されている。ボート４６は、その軸心を中心に、回転
できるようになっている。チャンバ２０は、ＨＣｉガス
導入口６と、排気口９とを備えている。

また、チャンバ２０は紫外線入射窓２に備えており、こ
の紫外線入射窓２は、シリコン基板４に対して平行に光
を照射できるように配置されている。紫外線入射窓２に
対向して、光源たとえば低圧水銀ランプ１が配置される
。

次に、この装置を用いて、半導体基板表面に薄膜を形成
する方法について述べる。

ボート４６に複数個のシリコン基板４を保持させる。こ
のシリコン基板４は溶剤処理を行なったものであるが、
既に大気に触れて、その表面に自然酸化膜が形成されて
いるものである。次いで、チャンバ２０内を真空引きす
る。続いて、ＨＣｆＬガス導入口６より、ＨＣＩガス等
の反応ガスを導入すると同時に、低圧水銀ランプ１等の
光源から照射される紫外線を紫外線入射窓２を通して、
チャンバ２０内のシリコン基板４表面および導入された
塩化水素ガス等の反応ガスに照射する。このとき、シリ
コン基板４は光照射されることによって発生する熱によ
って２００〜７００℃に昇温される。この熱と、さらに
引き続き照射される光と、導入されたＨＣＱ、ガスとに
よって、半導体基板上に付着した自然酸化膜等が除去さ
れる。その後、Ｈｕｔガスを排気口９より真空引きした
後、同一装置内で空気に晒すことなく引き続き薄膜の形
成（薄膜形成手段は図示されていない）を行なえば、シ
リコン基板４と薄膜との界面構造のよく制御された薄膜
形成を行なうことができる。なお、薄膜形成手段は図示
されていないが、チャンバ２０内に薄膜形成用のガスを
導入するガス導入口を、チャンバ２０の側壁に形成する
ことで可能となる。

第７の実施例 第１４Ａ図および第１４Ｂ図は、この発明の第７の実施
例を実現するための装置を示したものであり、第１４Ａ
図は上から見たときの断面図であり、第１４Ｂ図は第１
４Ａ図におけるＡ−０−Ａ線に沿う断面図である。

この装置もまた、シリコン基板を大量に処理できるバッ
チ式の処理装置である。当該装置はチャンバ２０を備え
ている。チャンバ２０内には、複数枚のシリコン基板４
を保持できるターゲット４６が配置されている。ターゲ
ット４６は円錐台状のものであり、その側壁には、シリ
コン基板４を保持するためのビン４６ａが複数個設けら
れている。ターゲット４６は、その軸心を中心に回転で
きるようになっている。チャンバ２０は、ＨＣＩＩガス
導入口６と、排気口９と、成膜用ガス導入口３６を備え
ている。チャンバ２０の周囲には、低圧水銀ランプ１と
アルゴンアークランプ１００が配置されており、チャン
バ２０内に低圧水銀ランプ１よりの光とアルゴンアーク
ランプ１００よりの光が導入されるようになっている。

アルゴンアークランプ１００はシリコン基板を２００℃
〜７００℃に昇温するための昇温用のランプである。

次に、この装置を用いて、半導体基板表面に薄膜を形成
する方法について説明する。

ターゲット４６に複数枚のシリコン基板４を保持させる
。このシリコン基板４は溶剤処理を行なったものである
が、既に大気に触れて、その表面に自然酸化膜が形成さ
れている。次に、チャンバ２０内を排気口９を介して真
空引きする。続いて、ＨＣｉガス導入口６よりＨＣｉガ
ス等の反応ガスをチャンバ２０内に導入すると同時に、
低圧水銀ランプ１およびアルゴンアークランプ１００か
ら照射される光線をチャンバ２０内のシリコン基板４表
面に照射する。このとき、アルゴンアークランプ１００
の発する熱によって、シリコン基板４は２００〜７００
℃に昇温される。この熱と、低圧水銀ランプ１から照射
される紫外線と、導入されたＨＣｉガスとによって、半
導体基板上に付着した自然酸化膜等は除去される。その
後、ＨＣｌ１ガスを排気口９より真空引きした後、成膜
用ガス導入口３６よりチャンバ２０内にＣＶＤ用反応ガ
スを導入する。すると、シリコン基板４の清浄な表面に
薄膜の形成が行なえる。このように当該装置では、シリ
コン基板４の表面を清浄にした後、空気にさらすことな
く引き続きその表面に薄膜の形成を行なえるので、シリ
コン基板４と薄膜との界面構造がよく制御された薄膜を
形成することができる。

なお、上記実施例では、反応ガスとしてＨＣＩＩガスを
用いた場合を例示したが、塩素ガス、水素ガス等の、紫
外領域に吸収のあるガスならいずれでも使用し得る。

また、光源として低圧水銀ランプを用いた場合を例示し
たが、高圧水銀ランプ、水銀キセノンランプ、アルゴン
−アークランプ、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシ
マレーザ、ＸｅＣ１１エキシマレーザであってもよい。

また、紫外線を発する光源と赤外線を発する光源とを備
えた光源も好ましく用いられる。また、半導体基板にシ
リコン基板を用いて説明したが、これに限られない。

以上、具体的な実施例を挙げて、この発明の薄膜形成方
法およびその装置について説明したが、本発明は、その
精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の色々
な形で実施することができる。それゆえ、前述の実施例
はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈して
はならない。

本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであ
って、明細書本文には何ら拘束されない。

さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更
は、すべて本発明の範囲内のものである。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明によれば、十分低温で、
かつ、半導体基板表面に損傷を与えずに、半導体基板表
面に付着した自然酸化膜または汚染物を除去できるよう
になる。そして、このような処理がなされた半導体基板
表面に、引き続き、大気に晒すことなく薄膜を形成する
ので、半導体基板と薄膜との界面に自然酸化膜等は存在
しなくなる。その結果、半導体基板と薄膜との界面構造
が良好な状態に制御されたものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は自然酸化膜を除去するための実験装置の断面図
である。第２Ａ図および第２Ｂ図は自然酸化膜が除去さ
れているか否かを確認するための第１の確認方法を説明
するための図である。第３Ａ図および第３Ｂ図は、自然
酸化膜が除去されているか否かの確認を行なう第２の確
認方法を説明するための図である。第４Ａ図、第４Ｂ図
、第４Ｃ図および第４Ｄ図は、本発明の第一工程の温度
効果を示した図である。第５図は本発明の第一工程の紫
外線照射効果を示した図である。第６図はシリコン基板
のエツチング速度と温度との関係をアレニウスプロット
した図である。第７Ａ図、第７Ｂ図および第７Ｃ図は、
シリコン基板のエツチング速度を求めるための方法を示
した図である。 第８Ａ図はこの発明の第１の実施例を実現するための装
置の断面図である。第８Ｂ図および第８Ｃ図は第１の実
施例に係る装置を用いて自然酸化膜を除去する方法を示
した図である。第９図はこの発明の第２の実施例の装置
の断面図である。第１０図はこの発明の第３の実施例の
装置の断面図である。第１１図はこの発明の第４の実施
例の装置の断面図である。第１２Ａ図および第１２Ｂ図
はこの発明の第５の実施例の装置の断面図である。 第１３Ａ図および第１３Ｂ図はこの発明の第６の実施例
の装置の断面図である。第１４Ａ図および第１４Ｂ図は
この発明の第７の実施例の装置の断面図である。第１５
図は従来の薄膜形成装置の断面図である。 図において、１は低圧水銀ランプ、３はチャンバ、４は
シリコン基板、５ａは加熱手段、６はＨＣｕガス導入口
、７は５ｉＨ２ＣＩＬ４ガス導入口、８はＮＨ，ガス導
入口である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の表面に付着した自然酸化膜または汚
   染物を除去し、その後、その清浄表面に薄膜を形成する
   方法であって、 前処理用チャンバ内に前記半導体基板を置く工程と、 前記前処理用チャンバ内に前記自然酸化膜または前記汚
   染物と反応し得る反応ガスを導入する工程と、 前記半導体基板を２００〜７００℃の範囲内にある温度
   に加熱する工程と、 前記半導体基板の加熱を行なっているときに、前記２０
   ０〜７００℃の範囲内にある温度で、前記チャンバ内に
   導入された反応ガスと前記半導体基板表面上に付着した
   自然酸化膜または汚染物との光化学反応を行なわしめる
   波長を有する光を前記反応ガスに照射する工程と、 前記加熱下における光化学反応によって前記半導体基板
   表面に付着した自然酸化膜または汚染物を除去した後、
   引き続き、薄膜形成用チャンバ内に該半導体基板を大気
   にさらすことなく移し、該半導体基板表面に薄膜を形成
   する工程と、 を備える、半導体基板表面に薄膜を形成する方法。
2. （２）半導体基板の表面に付着した自然酸化膜または汚
   染物を除去し、その後、その清浄表面に薄膜を形成する
   装置であって、 処理すべき前記半導体基板を収容する前処理用チャンバ
   と、 前記前処理用チャンバに前記自然酸化膜または汚染物と
   反応し得るガスを導入する反応ガス導入手段と、 前記半導体基板を２００〜７００℃の範囲内にある温度
   に加熱する加熱手段と、 前記半導体基板の加熱を行なっているときに、前記２０
   ０〜７００℃の範囲内にある温度で、前記前処理用チャ
   ンバ内に導入された反応ガスと前記半導体基板表面上に
   付着した自然酸化膜または汚染物との光化学反応を行な
   わしめる波長を有する光を前記反応ガスに照射する光源
   と、 前記自然酸化膜または汚染物が除去された半導体基板の
   表面に、引き続き、大気にさらすことなく薄膜を形成す
   る薄膜形成手段と、を備え、前記薄膜形成手段は前記薄
   膜を形成すべき半導体基板を収容する薄膜形成用チャン
   バを備える、半導体基板表面に薄膜を形成する装置。
3. （３）半導体基板の表面に付着した自然酸化膜または汚
   染物を除去し、その後、その清浄表面にスパッタ堆積法
   により薄膜を形成する装置であって、 処理すべき前記半導体基板を収容するチャンバと、 前記チャンバ内に前記自然酸化膜または汚染物と反応し
   得るガスを導入する反応ガス導入手段と、前記半導体基
   板を２００〜７００℃の範囲内にある温度に加熱する加
   熱手段と、 前記半導体基板の加熱を行なっているとき、前記２００
   〜７００℃の範囲内にある温度で、前記チャンバ内に導
   入された反応ガスと前記半導体基板表面に付着した自然
   酸化膜または汚染物との光化学反応を行なわしめる波長
   を有する光を前記反応ガスに照射する光源と、 前記チャンバ内に設けられ、前記自然酸化膜または汚染
   物が除去された半導体基板の表面に形成される薄膜の成
   分を提供するターゲットと、前記チャンバ内に設けられ
   、前記半導体基板を移動させる基板移動手段と、を備え
   、 前記基板移動手段は、前記半導体基板上に付着した自然
   酸化膜または汚染物を除去するときには、前記半導体基
   板の表面が前記光源と対向するように前記半導体基板を
   移動させるものであり、前記半導体基板上に薄膜を形成
   するときには、前記半導体基板の表面が前記ターゲット
   と対向するように前記半導体基板を移動させるものであ
   る、半導体基板表面に薄膜を形成する装置。