JPH03116727A - 半導体装置の製造方法 - 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〕 半導体装置の製造方法に係り、特に半導体基板表面のク
リーニング方法に関し。

半導体基板表面に形成されている自然酸化膜及び表面に
付着している汚染物の除去を目的とし。

表面に酸化膜の形成された半導体基板をふっ素原子を含
むガス中に曝したのち、還元性ガス中或いは不活性ガス
中或いは真空中でアニールすることにより、該酸化膜を
除去する工程を含む半導体装置の製造方法、及び２表面
に酸化膜の形成された半導体基板に紫外線を照射しなが
らふっ素と水素の混合ガスを導入することにより、該酸
化膜を除去する工程を含む半導体装置の製造方法により
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に半導体基板
表面のクリーニング方法に関する。

半導体基板表面のクリーニングは、主にエピタキシャル
成長に先立って行われる。さらに、コンタクト形成の前
処理としても重要である。

この技術は従来、アニール前にＲＣＡ法等の湿式洗浄、
またはＵＶオゾンクリーニング等の乾式洗浄により、汚
染物の少ない酸化膜を半導体装置に形成し、その酸化膜
をアニールにより除去し。

清浄表面を得ようとするものである。

さらに、最近はふっ素系のガスを用いて自然酸化膜を除
去する方法が研究されている。

〔従来の技術〕

従来、汚染物の少ない酸化膜を形成することのみに関心
が払われていて、酸化膜形成後の再汚染物の除去には何
ら対策が立てられていない。

したがって、従来は酸化膜形成後アニールするまでの間
に、基板表面がハイドロカーボン等により再汚染される
といった問題があった。

そして、このような再汚染物の除去及び酸化膜の完全除
去には高温アニールが必要であった。例えば、シリコン
基板の場合、　１２００°Ｃ以上のアニールが必要であ
った。

ふっ素系のガスを用いて自然酸化膜を除去する方法では
、シリコンのエツチング速度が酸化膜のエツチング速度
に比べて３桁も大きく、酸化膜が除去された直後に下地
のシリコンが大量にエツチングされるといった問題があ
った。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、汚染物が存在する半導体表面でもアニールに
より容易に汚染物を除去し、酸化膜も完全に除去して清
浄な半導体表面を露出する方法を提供することを目的と
する。

さらに、ふっ素系のガスを用いて表面酸化膜を完全に除
去し、しかも下地の半導体はほとんど除去することなく
、清浄な半導体表面を露出する方法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〕

上記課題は９表面に酸化膜の形成された半導体基板１を
ふっ素原子を含むガス中に曝したのち。

還元性ガス中或いは不活性ガス中或いは真空中でアニー
ルすることにより、該酸化膜を除去する工程を含む半導
体装置の製造方法、及び２表面に酸化膜の形成された半
導体基板ｌに紫外線を照射しながらふっ素と水素の混合
ガスを導入することにより、該酸化膜を除去する工程を
含む半導体装置の製造方法によって解決される。

〔作用〕

第１図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の詳細な説明するため
の図であり、　（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は、それぞ
れ。

シリコン基板表面にふっ素原子が吸着した状態。

ふっ素原子と汚染物が吸着した状態、アニール状態を示
している。

ふっ素原子Ｆが付着したシリコン原子のバックボンドは
、電気陰性度の大きなＦに電子が引き寄せられるため、
結合が弱まる。結合が弱まり、切れやすくなったバック
ボンドに再汚染物が結合する（第１図（ａ）　、　（ｂ
）　）。

主な再汚染物である炭素（Ｃ）、酸素（０）はシリコン
（Ｓｉ）よりも電気陰性度が大きいため。

Ｆの結合によりややプラスに帯電しているＳｉとイオン
性の結合を作り、　Ｓｔとの結合が強くなる。

そして、アニールによって５ｉｈＣのようなＳｉ化合物
として除去される（第１図（Ｃ））。

第２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の詳細な説明するた
めの図であり、　（ａ）、　（ｂ）は、それぞれ、シリ
コン基板表面にふっ素原子と汚染物が吸着した状態。

それをアニールした状態を示している。

Ｆが付着したＳｉ原子の他のボンドは、電気陰性度の大
きなＦに電子を引き寄せられるため結合が弱まる。Ｓｉ
よりも電気陰性度の小さい原子からなる汚染物は、Ｓｉ
との間にイオン性の結合力の出ないので結合力は弱まる
（第２図（ａ））。

それにより、アニール時に汚染物とＳｉの結合が切れや
すくなり、従来に比して低温のアニールでも、汚染物が
除去されやすくなる（第２図（ａ））。

還元性ガス中或いは不活性ガス中或いは真空中・でのア
ニールは、汚染物の除去と同時に酸化膜を除去して、清
浄な半導体表面を露出させる。

このようにすれば、酸化膜を完全に除去して。

しかも清浄な表面を有するシリコン基板面を現出するこ
とができる。

さらに、半導体基板に紫外線を照射しながらふっ素ガス
を半導体基板に導入することは、基板表面に形成された
酸化膜及び汚染物を除去する働きがあるが、ふっ素ガス
は酸化膜よりもシリコンをエツチングする速度が大きい
ので、酸化膜が除去されてシリコン表面が露出するとそ
のシリコンをエツチングしてしまう。そこで１本発明で
はふっ素ガスに水素ガスを混合して酸化膜に対するエツ
チング速度を上げ、シリコンに対するエツチング速度を
下げている。

水素はふっ素と反応してぶつ化水素（ＨＦ）を生成する
。ＨＦはシリコン酸化膜をエツチングするが、シリコン
をエツチングしない。また、水素は基板表面でシリコン
と結合し、ふっ素によるエツチングを阻害する。それ故
、水素ガスの濃度を調整することにより５表面の酸化膜
を完全に除去して、しかも露出するシリコン表面はエツ
チング量を微細に調整することができる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について説明する。

第３図は本発明を実施するための装置Ｉを示す模式図で
、１は半導体基板、２はヒータ、３は紫外光ランプ、４
は真空チャンバ、５は基板支持台を表す。

装置Ｉは、真空チャンバ、真空系、ふっ素を含むガスと
水素ガスの導入系、基板の支持と加熱機構、紫外光照射
系からなる。

第４図は本発明を実施するための装置■を示す模式図で
、１は半導体基板、２はヒータ、３１は紫外光ランプＩ
、３２は紫外光ランプ■、４１は真空チャンバ１．４２
は真空チャンバＩＩ、　５１．５２は基板支持台を表す
。

この装置■は、ふっ素を含むガスによる処理を行う真空
チャンバとアニール処理を行う真空チャンバを別途に設
けたものであり、半導体基板１を大気に曝さずに真空チ
ャンバＩから真空チャンバ■へ運搬する運搬機構を備え
ている。

実施例Ｉ 装置ｌ（第３図）の基板支持台５に、自然酸化膜が形成
され、さらに表面に汚染物の吸着しているシリコン基板
１を配置した。真空チャンバ４を真空に引いた後、不活
性ガス（Ａｒ、　Ｎｅ等）で希釈したふっ素ガス（Ｆ２
）を真空チャンバ４内に導入し、ふっ素をシリコン基板
１に吸着させた。

再び真空に引いた後、真空チャンバ■内に水素（Ｆ２）
を導入し、　２．５７ｏｒｒの水素中で、７３０°Ｃ２
２０分のアニールを行った。

その後、シリコン基板１上にシリコンを２２００人の厚
さにエピタキシャル成長した。

比較のために、従来例として、上記のシリコン基板に相
当するシリコン基板を、ふっ素ガス処理を行わずに、２
．５丁ｏｒｒの水素中で、８６０℃、２０分のアニール
を行い、その上にシリコンを２２００人の厚さにエピタ
キシャル成長した。

第５図（ａ）、　（ｂ）にＳＩＭＳによる両者の試料の
表面分析結果を比較して示す。

本発明を適用した試料では９表面から２２００人の深さ
にあるエピタキシャル層と基板の境界には炭素（Ｃ）や
酸素（０）を示すＳＩＭＳ強度は、バックグラウンドに
埋もれて見出すことができなかった（第５図（ａ））。

一方、従来の試料では、エピタキシャル層と基板の境界
にバックグラウンド強度の１０倍程度のＳＩＭＳ強度を
示す炭素（Ｃ）や酸素（０）が見出された（第５図（ｂ
））。

第５図（ａ）から本発明によれば、７３０°Ｃアニルで
基板表面の汚染物の除去が完全に行われることが分かる
。従来の方法では８６０°Ｃアニールでも汚染物の除去
が完全に行われていない。

なお、シリコン基板をふっ素ガス処理を行うガスとして
、ぶつ化水素（ＨＦ）、３ふっ化塩素（ＣｌＦ３）、ゼ
ノンフロライド（ＸｅＦｔ）。

３ふっ化窒素（ＮＦ３）やこれらの混合ガスを用いるこ
ともできる。

さらに、ふっ素ガス処理を行う際、半導体基板に紫外光
を照射してもよい。紫外光照射はふっ素原子を含むガス
の解離を促進し、またふっ素原子と半導体原子との反応
を促進する。

アニールの際も、紫外光照射は表面振動の増大と解離反
応の促進により汚染物の脱離を増速するのに役立つ。

装置■（第４図）によっても上記と同様のことを実施す
ることができるのは勿論である。

実施例■ 装置Ｉ（第３図）の基板支持台５に２表面に厚さＬｎ＋
ａの自然酸化膜が形成されたシリコン基板１を配置した
。真空チャンバＩを真空に引いた後。

水銀ランプ３により紫外光をシリコン基板１に照射しな
がら、ふっ素ガス（Ｆ２）と水素ガス（Ｆ２）を真空チ
ャンバＩ内に導入した。ガスの全圧と７６０　Ｔｏｒｒ
であり、水素ガスの分率は３％とした。３０分間のエツ
チングにより自然酸化膜は完全に除去され、酸化膜や汚
染物のないシリコン表面が現出した。

なお、水素ガスの分率を上げることにより、シリコン表
面のエツチング速度を遅くすることができる。特に、水
素ガスの分率を９７％以上（ただし、１００％は含まず
）にすることにより、シリコン表面はほとんどエツチン
グせずに酸化膜を完全に除去することができる。

酸化膜の除去されたシリコン面に、シリコンエピタキシ
ャル層、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属膜等の
膜を形成する。

〔発明の効果〕

以上説明した様に２本発明によれば、半導体基板表面に
汚染物を残さずに酸化膜を除去することができる。この
ことにより、その後のエピタキシャル成長層に汚染物の
残存に基づく欠陥や界面準位を極めて少なく抑えること
ができる。

また、シリコン基板面のエツチング量はｎｌ１１単位で
精密制御することができる。このことにより。

その後のデバイス性能の均一性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｃ）は本発明の詳細な説明するため
の図。 第２図（ａ）、　（ｂ）は本発明の詳細な説明するため
の図。 第３図は本発明を実施するための装置■。 第４図は本発明を実施するための装置■。 第５図は表面分析結果の比較 である。 図において。 １は半導体基板であってシリコン基板。 ２はヒータ。 ３は紫外光ランプ。 ３１、３２は紫外光ランプＩ、紫外光ランプ■４は真空
チャンバ。 ４１、４２は真空チャンバＩ、真空チャンバ■。 ５、５１．５２は基板支持台。 ＄発ｅ月の原工里工を脱ＢＦ４テ３たのの図第 図 、ｆ完日月の原工里■乞説日月ブるための図（（１＞ （ら） “１−Ｃ ス（ （入） 深さ ４人） 表市分析糸占果の比申交 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕表面に酸化膜の形成された半導体基板（１）をふ
   っ素原子を含むガス中に曝したのち、還元性ガス中或い
   は不活性ガス中或いは真空中でアニールすることにより
   、該酸化膜を除去する工程を含むことを特徴とする半導
   体装置の製造方法。 〔２〕表面に酸化膜の形成された半導体基板（１）に紫
   外線を照射しながらふっ素と水素の混合ガスを導入する
   ことにより、該酸化膜を除去する工程を含むことを特徴
   とする半導体装置の製造方法。