JPH04196533A

JPH04196533A - 半導体基板処理方法およびその装置

Info

Publication number: JPH04196533A
Application number: JP32831990A
Authority: JP
Inventors: Munetaka Oda; 小田　宗隆
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-16

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〉本発明は、半導体基板の洗浄および絶縁膜形成を行うた
め、特にＭＯＳ　　ＬＳＩのゲート絶縁膜形成にあたり
、この前処理の洗浄と絶縁膜形成を行うための半導体基
板処理方法およびその装置に関する。

〈従来の技術〉一般に、超ＬＳＩに用いられる半導体基板（シリコンウ
ェハ）上にゲート酸化膜を形成するゲート絶縁膜形成プ
ロセスは、ＲＣＡ洗浄を行った後、炉本体間に設置され
た石英チューブ内で、８００℃〜１１００℃の温度範囲
で、０、、Ｈ２ＯまたはＮＨ，の気体を用いて行われる
。

超ＬＳＩに用いるゲート酸化膜は、高電界で使用される
ため、優れた信頼性が要求される。

優れた信頼性を得るには、酸化前の洗浄によるシリコン
ウェハ上の有機物および金属化合物の除去が必要である
。　従来、アンモニア、過酸化水素水、塩酸過酸化水素
水によるウェハ洗浄が一般的であった。

最近、炉前洗浄として、紫外光（ＵＶ光）を用いたウェ
ハのドライ洗浄技術が用いられ始めた。　この技術を用
いると、ＲＣＡ洗浄では除去できなかった自然酸化膜中
の重金属やアルカリ金属を自然酸化膜を分解、揮発させ
ることで、低下させることができる。

〈発明が解決しようとする課題〉上述の紫外光と０．、Ｃ１□、Ｆ、１等を用いた半導体
基板（ウェハ）洗浄方法は、従来のＲＣＡ洗浄で除去で
きなかったウェハ表面の重金属濃度を従来より低下させ
ることができる優れたウェハ洗浄方法である。

しかし、この方法で用いる洗浄装置は、酸化装置と別構
成になっており、ウニへの搬送が必要であり、この間の
コンタミが問題である。

すなわち、自然酸化膜を分解除去したウェハは、活性で
あり空気中に放置するとパーティクルが付着し、洗浄効
果が低下してしまう。　これを防止するために、ウェハ
洗浄後、直ちに不活性ガス中または真空中でウェハを酸
化・窒化炉に搬送する多室型の装置がある。　しかし、
この装置は大がかりとなり、高価である。

く課題を解決するための手段〉本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、同一
装置内に半導体基板（ウェハ）洗浄に用いる紫外線ラン
プと熱酸化または熱窒化を行うためウェハを加熱するの
に用いる赤外線ランプとを具備することにより、またさ
らにウェハを挿入する透明石英製チャンバーに接続され
た、ウェハ洗浄に用いるＣ１！　、Ｆ２．ＨＦ。

０２＋　Ｎ　ａ　＋　Ａ　ｒのガスラインと酸化、窒化
に用いるＯｘ　、ＮＨｓ　、Ｎｔ　Ｏ，Ｎａ　、Ａｒ。

Ｈ，Ｏのガスラインを具備することにより、同一装置内
で連続してウェハ洗浄（ウニへの表面クリーニング）と
ウニ八酸化・窒化を行うことができるので、従来避ける
ことができなかったシリコンウェハ搬送中に付着するパ
ーティクル、空気中の炭化水素の付着や空気中の水分に
よる自然酸化膜の形成を防ぐことができ、ウニ八表面上
に優れた信頼性を持つ酸化膜・窒化膜および酸窒化膜を
形成することができる半導体基板処理方法およびその装
置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、Ｆ
２．Ｃ１ａ　、ＨＦ、０２．Ｎ２およびＡｒのうちのい
ずれか１種または２種以上の洗浄用流体を流しながら、
紫外光を照射して、半導体基板の洗浄を行い、洗浄後紫
外光照射を停止するとともに前言己流体がＦａ、Ｃ１＊
またはＨＦであればその導入を停止し、ついで直ちにＯ
ｘ　、Ｈａ　Ｏ，ＮＨｓ　、Ｎｓ　Ｏ，Ｎｘ　、Ａｒの
うちのいずれか１種または２種以上の反応流体をひき続
いてまたは新たに流しながら、赤外光を前記半導体基板
に照射し、この半導体基板の表面を酸化、窒化または酸
窒化する半導体基板処理方法を提供するものである。

また、本発明の第２の態様は、少な（とも被処理半導体
基板の一方の表面を照射するための単数または複数の紫
外光ランプと、前配半導体基板を照射するための単数ま
たは複数の赤外光ランプを同一の処理室に具備したこと
を特徴とする半導体基板処理装置を提供するものである
。

前記紫外光ランプおよび前記赤外光ランプが、前記半導
体基板と平行に、かつこの被処理半導体基板の片方また
は両方に具備されているのが好ましい。

また、本発明の第３の態様は、上記半導体基板処理装置
であって、Ｆｘ　、Ｃｌ　ｇ　、ＨＦ。

Ｏｘ　　＋　Ｎ２　　＋　Ａｒ＋　Ｈａ　　Ｏ＋　ＮＨ
ｓ　　およびＮ、Ｏのうちのいずれか１種または２種以
上のガス種を前記処理室に導入することができることを
特徴とする半導体処理装置を提供するものである。

〈発明の作用〉本発明によれば、紫外光ランプと赤外光ランプとを同一
の処理室に具備することにより、まず紫外光をウェハに
照射しながらＣ１２゜Ｆ　２１　ＨＦ　、０２　＋　Ｎ
　２　！　Ａ　ｒのうちの１種または２種以上を流して
ウェハの洗浄を行い、次いで直ちに紫外光を赤外光にか
え、０□。

ＮＨｉ　、Ｎｇ　Ｏ，Ｎｇ　＋　Ａｒのうちから１種ま
たは２種以上のガスを流して、ウェハを酸化、窒化する
ことにより、ウェハの汚染を極力低下させて、信頼性に
優れた酸化膜、窒化膜または酸窒化膜の形成を行うこと
ができる。

〈実施例〉以下に、本発明に係る半導体基板処理方法およびその装
置を添付の図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明の半導体処理装置の一実施例を示す正
面断面図であり、本発明の半導体処理方法を実施するこ
とができるものである。

第１図において、１は赤外光ランプ、２は紫外光ランプ
、３は透明石英製チューブからなるチャンバーであり、
この中にウェハを保持することができる。　４は半導体
基板であるシリコンウェハでその鏡面４ａは上を向く、
５はプロセスガス入口であり、６は排気口で、これは大
気または図示しないが真空排気装置に接続されている。

　シリコンウェハ４の鏡面４ａの向きは、紫外光を受は
クリーニングが可能であればどちらでもよいが、紫外光
ランプ２側に向き、直接紫外光を受ける方に向くのがよ
い。

また、赤外光ランプ１と紫外光ランプ２の数は、特に制
限はないが、第１図のように紫外光ランプ２を赤外光ラ
ンプ１の間に所要の数だけ配置してもよいし、第２区に
示すように、交互に配置してもよい。　また、赤外光ラ
ンプ１および紫外光ランプ２を配置する位置はシリコン
ウェハ４の上側でも下側であってもよいし、両側であっ
てもよい。　紫外光ランプ２をシリコンウェハ４の上下
に配置して、ウニ八両面のクリーニングを行うこともで
きる。　また、第３図に示すように紫外光ランプ２と赤
外光ランプ１とを上下別々に配置してもよい。　また、
その配置は上・王道であってもよい。

シリコンウェハ４は、石英治具７等で数点支持するよう
にすれば、はぼ全面のクリーニングおよび酸化膜形成を
行うことができる。

赤外光ランプ１および紫外光ランプ２が縦長の管体であ
る場合、その配置の方向は、プロセスガスの流れに第１
区および第３図のように平行であってもよいし、第４図
のように垂直であってもよい。

流体すなわち、プロセスガスとしては、クリーニング時
すなわち紫外光ランプ２の点灯時には、Ｆｘ　、Ｃ１＊
　、ＨＦ、０１　、ＮａおよびＡｒなどのクリーニング
用流体の少なくとも１種を用いればよいし、熱反応時す
なわち赤外光ランプ１の点灯時には、Ｏ，、Ｈ，Ｏ。

ＮＨｍ　、Ｎ２０．Ｎａ　、Ａｒなどの熱反応流体の少
なくとも１種を用いればよい。

以下に、本発明の半導体基板処理方法を上記本発明装置
に基づいて説明する。

まず、シリコンウェハ４を石英製チューブ３のチャンバ
ーの中にセットし、プロセスガスとして、Ｆ２．Ｃ，１
，、ＨＣＩ、ＨＦ、Ｎ、。

０□、Ａｒなどの洗浄用流体のうちの１種または２種以
上を流しながら、真空中または大気中にプロセスガスを
排比し、紫外光ランプ２を点灯し紫外光をウェハ４に照
射する。　この後、紫外光ランプ２を消灯し紫外光照射
を停止し、次いでＯｘ　、Ｈａ　Ｏ，ＮＨ３、Ｎ２　、
Ａｒなどの反応用流体のうちの１種または２種以上を流
しながら赤外光ランプ１を点灯し赤外光をウェハ４に照
射し、ウェハ４を酸化、窒化または酸窒化する。　本発
明方法によればウェハ４をチャンバ３に保持し、高純度
ガスを流しながらウェハ洗浄から酸化、窒化または酸窒
化を連続的に行うため、ウェハ洗浄後のウェハ４の汚染
がなく、極めて高い絶縁耐圧および極めて優れた信頼性
を示す。

第５図および第６図は、自然酸化膜が付着したウェハを
第１図の本発明装置内に入れ、Ｃｌ　ｇを流しながら紫
外光を照射し、この後、チャンバ３から一度つエバ４を
取り出しクラスｌＯのクリーンルーム中に１分間保持し
再度１０００℃の乾燥酸素中で膜厚１３５人酸化した従
来法によるウェハ（比較例）と、紫外光による洗浄を行
った後、連続して１０００℃の乾燥酸素中で膜厚１３５
人酸化した本発明法によるウェハ（本発明例）の絶縁耐
圧およびＴＤＤＢ特性を示す。　連続して処理した本発
明例のウェハは、−度チャンバから取り出した従来例の
ウェハに比べ、高い絶縁耐圧および優れた信頼性を示す
。　以上、本実施例で示したように、本発明装置を用い
た本発明方法によれば、極めて優れた酸化膜、窒化膜お
・よび酸窒化膜を得ることができる。

〈発明の効果〉本発明の半導体処理方法によれば、ウェハ洗浄と絶縁膜
形成と同一のチャンバ内で行うことができるので、高い
絶縁耐圧と優れた信頼性を得ることができる。

また、本発明の半導体処理装置は、従来装置のような洗
浄装置から酸化、窒化装置までのウェハ搬送系が不要で
あるため、上記効果を達成する安価な装置とすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第４区は、それぞれ本発明の半導
体基板処理装置の一実施例を示す線区的断面図である。第３図は、本発明の半導体基板処理装置に用いられる赤
外光ランプと紫外光ランプとの配置であり、第５図およ
び第６図は、それぞれ本発明の半導体基板処理装置を用
い本発明の半導体基板処理方法により絶縁膜を形成した
半導体基板（シリコンウェハ）の絶縁耐圧およびＴＤＤ
Ｂ特性を示す図である。符号の説明１・・・赤外光ランプ、２・・・紫外光ランプ、３・・・透明石英チューブ、４・・・シリコンウェハ、５・・・プロセスガス入口、６・・・排気口、７・・・石英治具Ｆ　Ｉ　Ｇ、　１ＦＩＧ、３ＦＩＧ、４ＦｆＧ、５ｔ　　界　　９虱　・さ　（ＭＶ／ｃｍ）Ｆ　Ｉ　Ｇ、
　６晴　間（ｓｅｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｆ＿２、Ｃｌ＿２、ＨＦ、Ｏ＿２、Ｎ＿２および
Ａｒのうちのいずれか１種または２種以上の洗浄用流体
を流しながら、紫外光を照射して、半導体基板の洗浄を
行い、洗浄後紫外光照射を停止するとともに前記流体が
Ｆ＿２、Ｃｌ＿２またはＨＦであればその導入を停止し
、ついで直ちにＯ＿２、Ｈ＿２Ｏ、ＮＨ＿３、Ｎ＿２Ｏ
、Ｎ＿２、Ａｒのうちのいずれか１種または２種以上の
反応流体をひき続いてまたは新たに流しながら、赤外光
を前記半導体基板に照射し、この半導体基板の表面を酸
化、窒化または酸窒化する半導体基板処理方法。
（２）少なくとも被処理半導体基板の一方の表面を照射
するための単数または複数の紫外光ランプと、前記半導
体基板を照射するための単数または複数の赤外光ランプ
を同一の処理室に具備したことを特徴とする半導体基板
処理装置。
（３）前記紫外光ランプおよび前記赤外光ランプが、前
記半導体基板と平行に、かつこの被処理半導体基板の片
方または両方に具備されている請求項２に記載の半導体
基板処理装置。
（４）請求項２または３に記載の半導体基板処理装置で
あって、Ｆ＿２、Ｃｌ＿２、ＨＦ、Ｏ＿２、Ｎ＿２、Ａ
ｒ、Ｈ＿２Ｏ、ＮＨ＿３およびＮ＿２Ｏのうちのいずれ
か１種または２種以上のガス種を前記処理室に導入する
ことができることを特徴とする半導体処理装置。