JPH03265136A - 半導体基板のドライ洗浄方法 - 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］ 半導体基板表面の清浄化方法に関し、 ドライ洗浄により基板表面に吸着している不純物を除去
することを目的とし、 半導体基板上に吸着している不純物を、塩素系ガスをエ
ッチャントとして除去するドライ洗浄方法において、該
エッチャントとして水を含む塩素または塩化水素ガスを
用い、紫外線を照射しながら行うことを特徴として半導
体基板のドライ洗浄方法を構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は半導体基板のドライ洗浄方法に関する。

半導体にはシリコン（Ｓｉ）のような単体半導体とガリ
ウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）のよう
な化合物半導体とがあるが、ＩＣやＬＳＩなどの集積回
路は殆どのものが単体半導体特にＳｉ単結晶基板を用い
て作られている。

こ覧で、単結晶基板は引き上げ法などにより成長した単
結晶ロンドをスライスし、研磨と表面処理を施して厚さ
が約５００　μｍの基板（ウェハ）とし、この基板を基
にして薄膜形成技術、写真蝕刻技術（フォトリソグラフ
ィ）、不純物イオン注入技術などを用い集積回路の形成
が行われている。

こ＼で、半導体素子の高集積化のためにパターン幅は年
ごとに縮小し、最小線幅はサブ・ミクロンに及んでいる
が、電極や配線などは素子の特性を維持する必要から膜
厚は減少しておらず、パターンの起伏は増大し、アスペ
クト比は益々増大するｆ頃向にある。

また、多層化が行われており、眉間絶縁層で絶縁し、ピ
アホール（Ｖｉａ−ｈｏｌｅ）により上下層を回路接続
する手法がとられている。

こ＼で、半導体素子の形成に当たっては、基板上に真空
蒸着や気相成長（ＣＶＤ）による導電膜や絶縁膜の形成
、レジストの被覆、レジストの窓開け、イオン注入など
の処理が繰り返し行われているが、これらの処理により
基板面は汚染物質が付着し易く、このため、デバイスの
形成に当たっては、表面に付着している汚染物質の除去
は不可欠の工程である。

［従来の技術］ 基板表面に付着している汚染物質の除去方法としてはウ
ェット洗浄法とドライ洗浄法があり、ウェット洗浄法は
硝酸（ＨＮＯ，）水溶液或いは塩酸（）１ｃｊｌりと過
酸化水素（Ｈｚ（ｈ）の混合液を用いて行われている。

然し、ウェット洗浄法は、 ■　アスペクト比の大きな凹部に入り込んだ薬品の完全
洗浄は困難である。

■　浸漬・洗浄および乾燥処理に時間がか象る。

■　汚染物質の中にはウェット法で除去できないものが
ある。

■　薬品の価格が無視できない。

などの理由から、汚染物質の完全除去が可能で且つ比較
的簡単に処理できるドライ洗浄法が着目され、実用化が
急がれている。

こ＼で、集積回路の形成において、最も有害な不純物は
ナトリウム（Ｎａ）イオンと鉄（Ｆｅ）イオンであり、
前者は写真蝕刻技術に使用するレジストなどに含まれて
おり、基板上に吸着している。

また、後者はイオン注入処理やプラズマＣＶＤなとの処
理に当たって電極や保持容器などに不錆鋼（ステンレス
）が使われることから、不純物として吸着され易い。

さて、半導体基板上に吸着しているＮａやＦｅなとの汚
染物質を除去するドライ洗浄法として、発明者等はハロ
ゲンラジカルを用いて基板表面を薄くエツチングする方
法を提案している。

すなわち、塩素ガス（ＣＬ）をドライエツチング装置に
導入し、一方、基板面に紫外線を照射することにより、
発生する塩素ラジカル（Ｃｆ”）でＳｉ基板面を薄くエ
ツチングし、これにより汚染物質も同時に除去するもの
である。

然し、仔細に観察した結果、Ｓｉ基板面はエツチングさ
れ、この上に吸着しているＮａやＦｅなとの汚染物質は
除去できるが、Ｓｉ酸化膜はエツチングされにくいため
に、この上に吸着している汚染物質は除去されにくいこ
とが判った。

〔発明が解決しようとする課題〕

塩素系のガスをエッチャントとし、塩素ラジカル（Ｃ１
”）によりＳｉ基板上の汚染物質を除去する方法では、
Ｓｉ酸化膜上に吸着している汚染物質は除去が困難であ
る。

そのため、Ｓｉ酸化膜上の汚染物質も除去できるドライ
エツチング法を開発することが課題である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は半導体基板上に吸着している不純物を、塩
素系ガスをエッチャントとして除去するドライ洗浄方法
において、エッチャントとして水を含むＣ１２または塩
化水素ガスを用い、紫外線を照射しながら行うことを特
徴として半導体基板のドライ洗浄方法を構成することに
より解決することができる。

〔作用］ 本発明はＣ１２ガスまたは塩化水素（ＨＣｊ２）ガスな
どの塩素（Ｃｆ　）系のガスに少量の水を加えたものを
エッチャントとしてＳｉ基板上に供給すると共に、Ｓｉ
基板に紫外線照射を行って塩素ラジカル（Ｃｆ’″）を
発生させることによりＳｉ酸化膜上に吸着しているＮａ
やＦｅなとの汚染物質を除去するものである。

Ｓｉは両性金属であることから、Ｓｉ基板面は容易に酸
化され数原子層の不動態皮膜により覆われている。

こ＼で、不動態皮膜は５ｉｎＸ（但し、２＞Ｘ≧１）で
表される非晶質の酸化物であって、結晶学的に安定した
酸化物ではない。

発明者はか＼る不動態皮膜にｃｐ”を作用させると、Ｃ
ｌ”は不動態皮膜を通って基板のｓｉと反応し、 Ｓｉ＋４Ｃｆ”　→５ｊＣｊ！４　　↑　・・・　（１
）の反応が生じて表面層のＳｉはエツチングされるが、
不動態皮膜については、 Ｓ＋ＯＸ　＋　４　Ｃｆ”−＋５ｚＣ１４＋Ｘ／２０ｚ
　　・＝（２）の反応は殆ど進行しないことに気付いた
。

一方、酸化膜上に吸着している汚染物質例えばＦｅは酸
化膜を構成している酸素原子とＦｅ−０結合をして強固
に化学吸着していることが光電子分光法から確かめられ
た。

そのため、不動態皮膜上に吸着している汚染物質は容易
に除去することができない。

そこで、発明者等は汚染物質原子例えばＦｅと不動態皮
膜の酸素原子との結合を弱めることがＦｅを除去する必
要条件であり、その方法としてＦｅ原子に水を吸着させ
ることが有効な手段であることを見出した。

すなわち、水を構成する酸素イオン（０”−）が鉄イオ
ン（Ｆｅ”　）と結合して吸着が起こることにより不動
態皮膜との結合が緩み、浮き上がった状態でＣ２９が反
応し、塩化鉄（ＦｅＣｌ、）を形成すると思考した。

この場合、Ｈ２Ｏは一種の触媒として作用する。

発明者等は、か＼る考えの下に実験を進めた結果、良好
な結果を得ることができた。

なお、実験の結果、基板上に吸着している汚染物質の除
去を効果的に行うには、基板温度を１００〜５００°Ｃ
の範囲がよく、塩素系ガスに対するＨ、０の混合比は１
０：１〜１００：１でよい。

〔実施例〕

実施例１： １０００°Ｃで熱処理して約３００人の酸化膜を設けた
Ｓｉ基板をＦｅイオンを１０　ｐｐｂ含むアルカリ溶液
に浸漬し、水洗乾燥した後、基板表面のＦｅイオン濃度
を原子吸光分析法により測定したところ、約１０′３個
／ｃｍ”の付着が認められた。

このＳｉ基板をドライエツチング装置にセントし、基板
を４５０°Ｃに加熱した状態でＣ１２ガスと水蒸気を１
００　　：　１の割合で混入した混合ガスを１００５ｅ
ｃＩ１１の流量で供給しながら、水銀（Ｈｇ）ランプで
基板を６０秒に亙って加熱した結果、表面のＦｅイオン
濃度をＩＯ９個／ｃｍ”に減らすことができた。

実施例２： 実施例１と同様にしてＦｅイオンが約１０１３個／ｃＷ
１２の濃度で吸着しているＳｉ基板をドライエツチング
装置にセットし、基板を４５０　’Ｃに加熱した状態で
Ｈｌガスと水蒸気を２００　　：　１の割合で混入した
混合ガスを１００　ｓｅｃｍの流量で供給しながら、水
銀（Ｈｇ）　ランプで基板を６０秒に亙って加熱した結
果、表面のＦｅイオン濃度を１０”個／ｃｒｙ”に減ら
すコトができた。

［発明の効果］ 本発明の実施により発明者等が提案している従来のドラ
イエツチング法に較べ、ＦｅやＮａなとのイオン濃度を
大幅に減少させることができ、これにより半導体素子の
品質を向上することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に吸着している不純物を、塩素系ガ
   スをエッチャントとして除去するドライ洗浄方法におい
   て、 該エッチヤントとして水を含む塩素系ガスを用い、紫外
   線を照射しながら行うことを特徴とする半導体基板のド
   ライ洗浄方法。
2. （２）前項記載の塩素系ガスが塩素または塩化水素であ
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体基板のドライ
   洗浄方法。