JPH05129255A - Treatment of semiconductor substrate - Google Patents

Treatment of semiconductor substrate

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Publication number
JPH05129255A
JPH05129255A JP28795591A JP28795591A JPH05129255A JP H05129255 A JPH05129255 A JP H05129255A JP 28795591 A JP28795591 A JP 28795591A JP 28795591 A JP28795591 A JP 28795591A JP H05129255 A JPH05129255 A JP H05129255A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
silicon wafer
gas
oxide film
chlorine
Prior art date
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Pending
Application number
JP28795591A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadayoshi Shiraishi
忠義 白石
Munetaka Oda
宗隆 小田
Yoshio Kaneko
良夫 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH05129255A publication Critical patent/JPH05129255A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide the treatment of a semiconductor substrate by removing a natural oxide film without heating a silicon wafer and ensuring the flatness of the surface by uniform etching when the surface of the silicon wafer is cleaned. CONSTITUTION:A silicon wafer is placed in the mixed gas atmosphere of chlorine fluoride gas and hydrogen chloride gas. Then, the mixed gas is irradiated with ultraviolet rays so as to simultaneously generate hydrogen fluoride radical and chlorine radical, and a natural oxide film formed on the surface of the silicon wafer is removed by the hydrogen fluoride radical and the silicon wafer is etched by the chlorine radical.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板の処理方法、
特に光化学反応を利用して半導体基板の表面を清浄化す
る方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor substrate processing method,
In particular, it relates to a method for cleaning the surface of a semiconductor substrate by utilizing a photochemical reaction.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリコンウエファの表面を洗浄す
る方法として、ハロゲンガスのようにシリコンと反応し
て揮発性のシリコン化合物を生成するガスを、照射光に
より励起してラジカルを生成し、このラジカルをシリコ
ンウエファと反応させてウエファ表面を洗浄する方法が
知られている。このような方法として、特開昭64-9621
号公報には、反応ガスとして塩素ガス(Cl2)を用いる方
法が記載されている。また、特開平2-28322 号公報に
は、反応ガスとして塩化水素ガス(HCl) を用い、シリコ
ンウエファ表面に形成されている自然酸化膜を除去する
方法が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for cleaning the surface of a silicon wafer, a gas such as a halogen gas that reacts with silicon to generate a volatile silicon compound is excited by irradiation light to generate radicals. A method is known in which radicals are reacted with a silicon wafer to clean the surface of the wafer. As such a method, JP-A-64-9621
The publication describes a method using chlorine gas (Cl 2 ) as a reaction gas. Further, JP-A-2-28322 discloses a method of removing a natural oxide film formed on the surface of a silicon wafer by using hydrogen chloride gas (HCl) as a reaction gas.

【0003】ラジカルによる洗浄方法では、シリコンウ
エファ表面に残存するFe, Cu, Niなどの重金属不純物、
あるいはNa, K, Ca などのアルカリまたはアルカリ土類
金属不純物は塩化物として気化し、ウエファ表面から除
去される。このとき、溶液を用いた洗浄方法のように処
理溶液中の不純物の再付着がないため、ウエファ表面の
高清浄化が可能である。また、このラジカル洗浄は犠牲
酸化プロセスに代わるプロセスであり、処理温度を低温
化でき、したがってウエファに注入した不純物の再拡
散、絶縁膜中における不純物の拡散などを抑制すること
ができる利点がある。
In the radical cleaning method, heavy metal impurities such as Fe, Cu and Ni remaining on the surface of the silicon wafer,
Alternatively, alkali or alkaline earth metal impurities such as Na, K and Ca are vaporized as chlorides and removed from the wafer surface. At this time, unlike a cleaning method using a solution, impurities in the processing solution do not redeposit, so that the wafer surface can be highly cleaned. Further, this radical cleaning is a process which is an alternative to the sacrificial oxidation process, and has the advantage that the processing temperature can be lowered and therefore the re-diffusion of impurities implanted in the wafer and the diffusion of impurities in the insulating film can be suppressed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した反応ガスとし
て塩素ガスを使用する洗浄方法においては、シリコンウ
エファ自体のエッチングは可能であるが、シリコンウエ
ファ表面に形成されている厚さ10Å程度の自然酸化膜を
除去することができない欠点がある。この自然酸化膜は
不均質な膜であるので、下地のシリコンウエファのエッ
チングにむらが生じ、シリコンウエファ表面に凹凸が形
成されてしまうという問題があった。
In the above-mentioned cleaning method using chlorine gas as the reaction gas, the silicon wafer itself can be etched, but the natural oxidation of about 10 Å formed on the surface of the silicon wafer is possible. There is a drawback that the film cannot be removed. Since this natural oxide film is a non-homogeneous film, there is a problem in that the underlying silicon wafer is unevenly etched and unevenness is formed on the surface of the silicon wafer.

【0005】また、反応ガスとして塩化水素ガスを使用
した洗浄方法では、シリコンウエファ表面の自然酸化膜
の除去は可能であるが、このときシリコンウエファを50
0 〜550 ℃といった高温に加熱する必要があり、したが
って、ウエファにおける注入不純物の再拡散、絶縁膜中
における不純物の拡散が起こり、素子特性を劣化させる
という問題があった。
Further, although the natural oxide film on the surface of the silicon wafer can be removed by the cleaning method using hydrogen chloride gas as the reaction gas, the silicon wafer is removed by 50
It is necessary to heat to a high temperature such as 0 to 550 ° C. Therefore, there is a problem that re-diffusion of implanted impurities in the wafer and diffusion of impurities in the insulating film occur, deteriorating the device characteristics.

【0006】本発明の目的は、上述した従来の方法の欠
点を除去し、半導体基板を高温に加熱することなく半導
体基板表面に形成されている自然酸化膜を有効に除去す
ることができ、したがって半導体基板表面に凹凸を形成
することなくエッチングすることができる半導体基板の
処理方法を提供しようとするものである。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional method and to effectively remove the native oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate without heating the semiconductor substrate to a high temperature. An object of the present invention is to provide a method for treating a semiconductor substrate, which enables etching without forming irregularities on the surface of the semiconductor substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体基板
の処理方法は、表面を清浄処理すべき半導体基板をフッ
化塩素系ガスと、塩化水素ガスとを含む混合ガス雰囲気
中に入れ、この混合ガスに紫外線を照射して生成される
フッ化水素ラジカルによって半導体基板表面に形成され
ている自然酸化膜を除去するとともに紫外線の照射によ
って同時に生成される塩素ラジカルによって半導体基板
の表面をエッチングすることを特徴とするものである。
According to the method of treating a semiconductor substrate of the present invention, a semiconductor substrate whose surface is to be cleaned is placed in a mixed gas atmosphere containing a chlorine fluoride gas and hydrogen chloride gas, and this mixture is mixed. It is necessary to remove the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate by hydrogen fluoride radicals generated by irradiating the gas with ultraviolet rays and etch the surface of the semiconductor substrate with chlorine radicals simultaneously generated by irradiating the gas with ultraviolet rays. It is a feature.

【0008】[0008]

【作用】このような本発明による半導体基板の処理方法
においては、フッ化塩素系ガスと塩化水素ガスとの混合
ガスに紫外線を照射することによってフッ化水素(HF)ラ
ジカルおよび塩素(Cl)ラジカルを同時に生成するよう
にしたので、HFラジカルによって半導体基板の表面に形
成されている自然酸化膜を除去することができるととも
に塩素ラジカルによって半導体基板表面をエッチングし
てそこに付着している各種金属不純物を除去することが
できる。また、本発明の方法では、熱を加える必要がな
く、例えば室温において自然酸化膜の除去および半導体
基板のエッチングが可能であるので、注入不純物の再拡
散や絶縁膜中での不純物中の拡散がおこらず、素子特性
を劣化させることがない。
In the method for treating a semiconductor substrate according to the present invention, hydrogen fluoride (HF) radicals and chlorine (Cl) radicals are obtained by irradiating a mixed gas of chlorine fluoride gas and hydrogen chloride gas with ultraviolet rays. As a result, HF radicals can remove the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate, and chlorine radicals also etch the surface of the semiconductor substrate to deposit various metallic impurities. Can be removed. Further, in the method of the present invention, since it is possible to remove the natural oxide film and etch the semiconductor substrate at room temperature without the need to apply heat, re-diffusion of implanted impurities and diffusion of impurities in the insulating film can be prevented. It does not occur and does not deteriorate the device characteristics.

【0009】さらに、塩素ラジカルの作用によって、半
導体基板のエッチングだけでなく、半導体基板表面に存
在する金属不純物を塩化物として気化することができ、
したがって処理系から容易に除去することができる。
Further, due to the action of chlorine radicals, not only etching of the semiconductor substrate but also metal impurities existing on the surface of the semiconductor substrate can be vaporized as chlorides,
Therefore, it can be easily removed from the processing system.

【0010】[0010]

【実施例】本発明による半導体基板の処理方法の一実施
例を説明すると、先ず、N型シリコンウエファをチャン
バの所定の位置に置いた後、ガス供給ボックスからClF3
ガスとHCl ガスとをそれぞれチャンバ内に導く。このと
きのガスの分圧は、それぞれ10-3〜10Torrおよび10-1
100Torr とする。なお、シリコンウエファは加熱せず、
常温に保つ。
EXAMPLE An example of a method for processing a semiconductor substrate according to the present invention will be described. First, an N-type silicon wafer is placed at a predetermined position in a chamber, and then ClF 3 is supplied from a gas supply box.
Gas and HCl gas are introduced into the chamber, respectively. The gas partial pressures at this time are 10 -3 to 10 Torr and 10 -1 to
Set to 100 Torr. The silicon wafer was not heated,
Keep at room temperature.

【0011】次に、このような混合ガス雰囲気中で、シ
リコン基板の表面に向けて波長が150 〜350nm の紫外線
を照射する。この紫外線光源としては低圧水銀灯が好適
であるが、本発明はこれに限られるものではなく、エキ
シマレーザ等の紫外線を放射するものであればどのよう
な光源を使用しても良い。チャンバ内に供給されたガス
は紫外線の照射により、下式、 ClF3 + 3HCl → 3HF* + 4Cl * に示すように反応が進み、同時に生成されたHFラジカル
およびClラジカルによりシリコン基板表面に形成されて
いる自然酸化膜が除去されるとともにシリコンウエファ
がエッチングされる。
Next, in such a mixed gas atmosphere, the surface of the silicon substrate is irradiated with ultraviolet rays having a wavelength of 150 to 350 nm. A low-pressure mercury lamp is suitable as the ultraviolet light source, but the present invention is not limited to this, and any light source that emits ultraviolet light such as an excimer laser may be used. The gas supplied into the chamber is irradiated with ultraviolet rays to proceed the reaction as shown in the following formula, ClF 3 + 3HCl → 3HF * + 4Cl * , and is simultaneously formed on the silicon substrate surface by the generated HF radicals and Cl radicals. The native oxide film that has formed is removed and the silicon wafer is etched.

【0012】すなわち、本発明による半導体基板の処理
方法においては、紫外線照射によって発生されるフッ化
水素ラジカルによって、シリコンウエファ表面に形成さ
れている自然酸化膜が除去され、これと同時に発生され
る塩素ラジカルによってシリコンウエファ表面をエッチ
ングして、そこに付着している金属元素を除去すること
ができる。さらに、塩素ラジカルは金属不純物を塩化物
として気化することができるので、処理系から容易に除
去することができる。
That is, in the semiconductor substrate processing method according to the present invention, the natural oxide film formed on the surface of the silicon wafer is removed by the hydrogen fluoride radicals generated by the ultraviolet irradiation, and chlorine generated at the same time is removed. The surface of the silicon wafer can be etched by the radicals to remove the metal element attached thereto. Furthermore, since chlorine radicals can vaporize metal impurities as chlorides, they can be easily removed from the treatment system.

【0013】図1は、上述した本発明の実施例によって
表面を処理した後のシリコンウエファの表面をX線光電
子分光法によって測定して表面自然酸化膜が存在するか
否かを検出した結果を示すものである。図1に示すよう
に本発明の方法によって処理したシリコンウエファの表
面には自然酸化膜(SiO2)のピークは全く観測されなか
った。
FIG. 1 shows the result of detecting whether or not a surface native oxide film is present by measuring the surface of a silicon wafer after treating the surface according to the above-described embodiment of the present invention by X-ray photoelectron spectroscopy. It is shown. As shown in FIG. 1, no natural oxide film (SiO 2 ) peak was observed on the surface of the silicon wafer treated by the method of the present invention.

【0014】図2は、塩素ガスだけに紫外線を照射して
表面を処理する従来の方法で処理した後のシリコンウエ
ファのX線光電子分光法による測定結果を示すものであ
り、自然酸化膜のピークは消滅しておらず、シリコンウ
エファ表面に自然酸化膜が残存していることがわかる。
このときの自然酸化膜の膜厚はピーク値から計算すると
約6Åであった。
FIG. 2 shows the results of measurement by X-ray photoelectron spectroscopy of a silicon wafer after the surface was processed by irradiating only chlorine gas with ultraviolet rays and the peak of the natural oxide film. Indicates that a natural oxide film remains on the surface of the silicon wafer.
The thickness of the native oxide film at this time was about 6Å calculated from the peak value.

【0015】図3は、本発明による処理方法によって表
面を処理したシリコンウエファを、乾燥酸素雰囲気中で
900 ℃の温度で酸化して200 Åの熱酸化膜を形成した場
合と、シリコンウエファをフッ酸溶液処理をした後に酸
化して熱酸化膜を形成した場合と、塩素ガスに紫外線を
照射して表面処理を行ったシリコンウエファを酸化して
熱酸化膜を形成した場合における少数キャリア生成の寿
命を測定した結果を示すものである。図3に示すよう
に、本発明による表面処理を行った後に形成する熱酸化
膜の特性を向上することができる。
FIG. 3 shows a silicon wafer whose surface has been treated by the treatment method according to the present invention, in a dry oxygen atmosphere.
When the thermal oxidation film of 200 Å was formed by oxidation at a temperature of 900 ° C, or when the silicon wafer was treated with hydrofluoric acid solution and then oxidized to form a thermal oxidation film, chlorine gas was irradiated with ultraviolet rays. FIG. 5 shows the results of measuring the minority carrier generation lifetime when a surface-treated silicon wafer is oxidized to form a thermal oxide film. As shown in FIG. 3, the characteristics of the thermal oxide film formed after the surface treatment according to the present invention can be improved.

【0016】上述した実施例においては、フッ化塩素系
ガスとしてClF3ガスを用いたが、その他のフッ化塩素系
ガス、例えばClF, ClF2, ClF5, Cl2F6などを用いても同
様の効果を得ることができる。さらに、上述した実施例
では、フッ化塩素系ガスと塩化水素ガスとの混合ガスに
紫外線を照射してシリコンウエファの表面を清浄化する
際にシリコンウエファを室温のままとしたが、100 〜30
0 ℃の温度に加熱することもできる。
Although ClF 3 gas is used as the chlorine fluoride-based gas in the above-described embodiments, other chlorine fluoride-based gas such as ClF, ClF 2 , ClF 5 , Cl 2 F 6 may be used. The same effect can be obtained. Further, in the above-mentioned embodiment, the silicon wafer was left at room temperature when the surface of the silicon wafer was cleaned by irradiating the mixed gas of the chlorine fluoride-based gas and the hydrogen chloride gas with ultraviolet rays, but 100 to 30
It is also possible to heat to a temperature of 0 ° C.

【0017】[0017]

【発明の効果】上述した本発明による半導体基板の処理
方法によれば、フッ化塩素系ガスと塩化水素ガスとの混
合ガスに紫外線を照射して生成されるHFラジカルとClラ
ジカルによって半導体基板の表面に形成されている自然
酸化膜を除去すると同時に半導体基板をエッチングする
ようにしたため、半導体基板を高温に加熱することなく
自然酸化膜を除去するとともにエッチングすることがで
き、したがって半導体基板に注入した不純物の再拡散や
絶縁物中における不純物の拡散を抑制することができる
とともに処理後の表面には自然酸化膜が残存していない
ので、例えばその上に形成される熱酸化膜の特性を改善
することができ、その結果として素子特性を改善するこ
とができる。
According to the above-described semiconductor substrate processing method of the present invention, the semiconductor substrate is processed by the HF radicals and Cl radicals generated by irradiating the mixed gas of the chlorine fluoride-based gas and the hydrogen chloride gas with ultraviolet rays. Since the natural oxide film formed on the surface is removed and the semiconductor substrate is etched at the same time, it is possible to remove and etch the natural oxide film without heating the semiconductor substrate to a high temperature. It is possible to suppress the re-diffusion of impurities and the diffusion of impurities in the insulator, and since the natural oxide film does not remain on the surface after the treatment, for example, the characteristics of the thermal oxide film formed on it are improved. As a result, the device characteristics can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明の方法によって処理した半導体基
板表面のX線光電子分法による測定結果を示すピーク強
度図である。
FIG. 1 is a peak intensity diagram showing a measurement result by an X-ray photoelectron spectroscopy method on a surface of a semiconductor substrate treated by the method of the present invention.

【図2】図2は従来の方法で処理した半導体基板表面の
X線光電子分光法による測定結果を示すピーク強度図で
ある。
FIG. 2 is a peak intensity chart showing a measurement result by X-ray photoelectron spectroscopy of a surface of a semiconductor substrate treated by a conventional method.

【図3】図3は本発明の方法および従来の方法で処理し
た半導体基板に熱酸化膜を形成した場合の少数キャリア
の寿命を対比して示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a comparison of minority carrier lifetimes when a thermal oxide film is formed on a semiconductor substrate processed by the method of the present invention and the conventional method.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面を清浄処理すべき半導体基板を、フ
ッ化塩素系ガスと、塩化水素ガスとを含む混合ガス雰囲
気中に入れ、この混合ガスに紫外線を照射して生成され
るフッ化水素ラジカルによって半導体基板表面に形成さ
れている自然酸化膜を除去するとともに紫外線照射によ
って同時に生成される塩素ラジカルによって半導体基板
の表面のエッチングおよび金属元素の除去を行うことを
特徴とする半導体基板の処理方法。
1. A hydrogen fluoride produced by placing a semiconductor substrate whose surface is to be cleaned in a mixed gas atmosphere containing a chlorine fluoride-based gas and hydrogen chloride gas and irradiating the mixed gas with ultraviolet rays. A method for treating a semiconductor substrate, characterized in that a natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate is removed by radicals, and at the same time, the surface of the semiconductor substrate is etched and metal elements are removed by chlorine radicals simultaneously generated by irradiation of ultraviolet rays. ..
JP28795591A 1991-11-01 1991-11-01 Treatment of semiconductor substrate Pending JPH05129255A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100432856B1 (en) * 2000-04-27 2004-05-24 스미토모덴키고교가부시키가이샤 Method of fabricating compound semiconductor device and apparatus for fabricating compound semiconductor device

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KR100432856B1 (en) * 2000-04-27 2004-05-24 스미토모덴키고교가부시키가이샤 Method of fabricating compound semiconductor device and apparatus for fabricating compound semiconductor device

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