JPH05217968A - 半導体基板の表面処理方法 - Google Patents

半導体基板の表面処理方法

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JPH05217968A
JPH05217968A JP1792092A JP1792092A JPH05217968A JP H05217968 A JPH05217968 A JP H05217968A JP 1792092 A JP1792092 A JP 1792092A JP 1792092 A JP1792092 A JP 1792092A JP H05217968 A JPH05217968 A JP H05217968A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
oxide film
reaction chamber
silicon wafer
natural oxide
Prior art date
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JP1792092A
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English (en)
Inventor
Munetaka Oda
宗隆 小田
Tadayoshi Shiraishi
忠義 白石
Yoshio Kaneko
良夫 金子
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板の表面を洗浄するに当たり、自然
酸化膜を最初に除去して高度に平坦で汚染物質が除去さ
れた表面を得ることができる方法を提供する。 【構成】 半導体基板を反応チャンバ内に入れ、フッ化
水素酸ガスを導入して自然酸化膜を除去した後、フッ化
塩素ガスを導入し、紫外線を照射してエッチングを行
い、さらに水素ガスを導入し、紫外線を照射して塩化物
を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板の表面処理方
法、特に半導体基板の表面に形成されている自然酸化膜
や表面に付着している汚染物質を乾式で除去する方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、LSIの製造において、その歩
留りを向上するには、出発材料である半導体基板、例え
ばシリコンウエファの表面の汚染物質を除去し、完全は
結晶状態とするとともに表面を平坦とすることが重要で
ある。
【0003】従来、半導体基板の乾式洗浄方法として
は、特開昭62-272541 号公報に記載されているように、
半導体基板をハロゲンを含む雰囲気内に入れ、これに紫
外線を照射してハロゲンラジカルを発生させて半導体基
板の表面をエッチングする方法が提案されている。
【0004】しかしながら、この従来の方法でシリコン
ウエファを処理すると、シリコンウエファの表面に不均
一に残存している自然酸化膜のため、シリコンウエファ
のエッチングが不均一となり、乾式洗浄後の表面に大き
な凹凸が形成されることになる。このようにシリコンウ
エファの表面に大きな凹凸があると、乾式洗浄したシリ
コンウエファの表面に非晶質状態のハロゲン化シリコン
が残存することになる。このようにハロゲン化シリコン
が残存して表面状態のまま次工程において熱酸化を行う
と、形成されるシリコン酸化膜の密度が低くなってしま
うとともにシリコン酸化膜とシリコンウエファ表面との
界面の凹凸が大きくなってしまう。その結果、絶縁膜と
して形成したシリコン酸化膜の耐圧が低くなり、素子特
性が劣化してしまう欠点がある。
【0005】このような欠点を一部分解決する方法とし
て、特開平1-211925号公報には、塩素ラジカルを用いた
乾式洗浄後、水素雰囲気中で加熱してシリコンウエファ
の表面に残存している非晶質物質を除去し、さらに表面
を水素で終端させて高清浄状態を安定に保つようにした
方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開平1-2119
25号公報に記載された半導体基板の表面洗浄方法におい
ては、半導体基板表面の汚染原子の低減と表面に付着し
た原子の制御が可能であるが、塩素ラジカルを用いた洗
浄を行う前の半導体基板の表面に不均一に形成されてい
る自然酸化膜を除去することができないので、乾式洗浄
後の表面に依然として大きな凹凸が形成されることにな
る。このような表面状態のままで酸化膜を形成すると、
酸化膜と半導体基板の表面との界面の凹凸が大きくな
り、信頼性が低下してしまう欠点がある。
【0007】本発明の目的は、上述した従来の洗浄方法
の欠点を除去し、エッチングを行う以前に半導体基板の
表面に形成されている自然酸化膜を除去することによっ
て大きな凹凸がない清浄な表面が得られるようにした半
導体基板の表面洗浄方法を提供しようとするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体基板の表
面洗浄方法は、半導体基板の表面に形成されている自然
酸化膜や表面に付着している汚染物質を乾式で除去する
に当たり、前記半導体基板を反応チャンバ内に入れる工
程と、この反応チャンバ内に気体状のフッ化水素酸を導
入して半導体基板の表面に付着している自然酸化膜を除
去する工程と、前記反応チャンバ内をフッ化塩素を含む
雰囲気とし、紫外線を照射することによって発生される
フッ素ラジカルと塩素ラジカルとによって半導体基板の
表面をエッチングする工程と、前記反応チャンバ内を水
素を導入し、紫外線に照射により発生される水素ラジカ
ルによって半導体基板の表面をエッチングする工程とを
具えることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】このような本発明による半導体基板の表面洗浄
方法においては、先ず適量の水分を含んだフッ化水素酸
で半導体基板の表面に形成されている自然酸化膜を除去
し、その後同一反応チャンバ内で半導体基板の表面に自
然酸化膜が再び形成されることがないようにして、表面
をエッチングするので、半導体基板の表面全体に亘って
均一なエッチングを行うことができ、したがって半導体
基板の表面に付着していた汚染物質を完全に除去するこ
とができるとともに表面に凹凸が形成されるのを防ぐこ
とができる。また、フッ化塩素を含む雰囲気に紫外線を
照射することによって塩素ラジカルとフッ素ラジカルと
を生成し、塩化物を形成しない金属はフッ化物となり、
またフッ化物を形成しない金属は塩化物となって昇華
し、反応チャンバから排出されることになる。この反応
で半導体基板の表面には塩化物( 例えばシリコンウエフ
ァの場合には塩化シリコン) が形成されることになる
が、反応チャンバ内に水素雰囲気を導入し、紫外線を照
射して水素ラジカルを発生されこれによって表面の塩化
物は除去されるので、完全結晶の表面が得られることに
なる。
【0010】
【実施例】図1は本発明による半導体基板の表面処理方
法を実施するための洗浄装置の全体の構成を示す線図で
ある。反応チャンバ1の内部には処理すべき半導体基
板、本例ではシリコンウエファ2を支持するホルダ3を
設け、このホルダの内部にはヒータ4を設ける。また、
反応チャンバ1の一部分に石英製の窓5を設け、この窓
と対向するように紫外線ランプ6を配置する。反応チャ
ンバ1にはさらに、それぞれ流量計7〜10およびバル
ブ11〜14を経てフッ化水素ガス供給源15、三フッ
化塩素ガス供給源16、水蒸気供給源17および水素ガ
ス供給源18を連結するとともにバルブ19を介して排
気口20を連結する。
【0011】次に、上述した装置によってシリコンウエ
ファの表面を洗浄する順次の工程を図2に示すフローチ
ャートをも参照して説明する。先ず、シリコンウエファ
2を反応チャンバ1内に入れ、ホルダ3の上に載置す
る。シリコンウエファ2はヒータ4によって100 〜300
℃の温度に加熱する。次に、バルブ11および13を開
き、フッ化水素ガス供給源15および水蒸気供給源17
からフッ化水素ガスおよび水蒸気を反応チャンバ1内に
導入する。この際のフッ化水素ガスおよび水蒸気の供給
流量を流量計7および9で測定し、それぞれ10ミリリッ
トル/分および1ミリリットル/分となるように制御す
る。これによってシリコンウエファ2の表面に形成され
ている厚さ10Å程度の自然酸化膜が除去される。
【0012】上述したようにして、シリコンウエファ2
の表面に形成されている自然酸化膜を除去した後、バル
ブ11および13を閉じ、バルブ14を開いて反応チャ
ンバ1内に水素ガス供給源18から水素ガスを導入し、
シリコンウエファの表面を不活性化する。次に、バルブ
14を閉じ、バルブ12を開いて三フッ化塩素ガス供給
源16から三フッ化塩素ガスを反応チャンバ1内に導入
しながら紫外線ランプ6を動作させて波長が200 〜300n
m で、シリコンウエファ表面での強度が50mW/cm2の紫外
線を石英窓5を経て反応チャンバ内に照射する。三フッ
化塩素ガスの反応チャンバ1 内への供給流量は流量計8
で測定し、50ミリリットル/分となるようにバルブ12
を制御する。このように紫外線の照射によって発生され
るフッ素ラジカルおよび塩素ラジカルによってシリコン
ウエファ2の表面をエッチングする。この際、シリコン
ウエファ2の表面には自然酸化膜が形成されていないの
で、均一なエッチングが可能となり、シリコンウエファ
の表面に付着されている汚染物質を除去することができ
るとともに凹凸のない表面を得ることができる。
【0013】上述した三フッ化塩素ガスに紫外線を照射
することによってフッ素ラジカルと塩素ラジカルとが生
成され、汚染物質金属の内、塩化物を形成しない金属は
フッ化物を形成し、フッ化物を形成しない金属は塩化物
を形成し、これらフッ化物および塩化物はバルブ19お
よび排気口20を経て反応チャンバ1から排出されるこ
とになるので、きわめて清浄な表面を得ることができ
る。しかし、このエッチングの際にシリコンウエファ1
の表面には塩化シリコンが形成されることになるが、こ
れは次工程で除去する。
【0014】すなわち、紫外線ランプ6を動作させたま
まで、バルブ12を閉じ、バルブ14を開いて水素ガス
供給源18から水素ガスを反応チャンバ1に導入する。
このように水素ガスに紫外線を照射することによって水
素ラジカルを生成させ、これによってシリコンウエファ
2の表面に形成されている塩化シリコンを除去すること
ができる。このようにして、平滑であるとともに完全結
晶のまま維持された表面を有するシリコンウエファを得
ることができる。
【0015】図3は上述した本発明の方法によって洗浄
したシリコンウエファの表面と、自然酸化膜を除去する
工程を除き、その他の工程は上述した実施例と同様に処
理したシリコンウエファの表面に形成されている凹凸を
原子間力顕微鏡を用いて測定した結果を示すものであ
り、平坦度はこの原子間力顕微鏡で測定した凹部と凸部
のそれぞれ最大値の差をnmの単位で表したものである。
自然酸化膜を除去しない場合には、平坦度は約5nmであ
り、表面には大きな凹凸が形成されていたが、本発明の
方法では平坦度は約1.2nm ときわめて小さく、非常に平
滑な表面が得られることが分かった。
【0016】図4は自然酸化膜を除去した後、シリコン
ウエファの表面をエッチングするためのガスとして塩素
ガスおよびフッ素ガスをそれぞれ単独で使用した場合
と、上述した実施例のように三フッ化塩素ガスを使用し
た場合との、残留重金属の濃度を示すものである。これ
らの処理を行うに当たっては、波長200 〜300nm の紫外
線をシリコンウエファの表面での強度が50mW/cm2となる
ように照射し、シリコンウエファを10nmだけエッチング
した。塩素ガスおよびフッ素ガスをそれぞれ単独で使用
した場合には、鉄およびニッケルの残留濃度は9〜10×
109 原子/cm2 と高かったが、本発明の方法では4〜5
×109 原子/cm2 と小さくこれらの重金属をきわめて効
率良く除去することができることが分かった。
【0017】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例においては、シリコンウエファの表
面に形成されている自然酸化膜を除去した後、水素ガス
を反応チャンバに導入して表面を不活性化したが、シリ
コンウエファは反応チャンバから出さないので、自然酸
化膜が形成される恐れは小さいので、このような不活性
化処理は必ずしも行わなくても良い。また、この不活性
化処理は水素ガス以外のガス、例えばフッ素ガスを使用
することもできる。さらに、水素ラジカルによって塩化
シリコンを除去した後、紫外線の照射を止め、水素によ
ってシリコンウエファの表面を終端させるようにしても
良い。
【0018】
【発明の効果】上述した本発明による半導体基板の表面
処理方法によれば、半導体基板の表面に形成されている
自然酸化膜を完全に除去した後に、フッ化塩素ガスによ
るエッチングを行うようにしたので、重金属などの汚染
物質が少なく、非常に平滑度の高い表面を有する半導体
基板を得ることができる。さらに、総ての処理は、半導
体基板を同じ反応チャンバ内に入れたままで行うことが
でき、洗浄中の汚染がないとともに工程が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明による半導体基板の表面処理方
法を実施する装置の構成を示す線図である。
【図2】図2は、本発明による洗浄方法の順次の工程を
示すフローチャートである。
【図3】図3は、本発明による洗浄方法の効果を示すグ
ラフである。
【図4】図4は、同じく本発明による洗浄方法の効果を
示すグラフである。
【符号の説明】
1 反応チャンバ 2 シリコンウエファ 3 ホルダ 4 ヒータ 5 石英窓 6 紫外線ランプ 7〜10 流量計 11〜14,19 バルブ 15〜18 ガス供給源 20 排気口

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に形成されている自然
    酸化膜や表面に付着している汚染物質を乾式で除去する
    に当たり、 前記半導体基板を反応チャンバ内に入れる工程と、 この反応チャンバ内に気体状のフッ化水素酸を導入して
    半導体基板の表面に付着している自然酸化膜を除去する
    工程と、 前記反応チャンバ内をフッ化塩素を含む雰囲気とし、紫
    外線を照射することによって発生されるフッ素ラジカル
    と塩素ラジカルとによって半導体基板の表面をエッチン
    グする工程と、 前記反応チャンバ内に水素雰囲気を導入し、紫外線の照
    射により発生される水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工程とを具えることを特徴とする
    半導体基板の表面処理方法。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板の表面に形成されている
    自然酸化膜を除去した後、エッチングする以前に水素ま
    たはフッ素を反応チャンバ内に導入して半導体基板の表
    面を不活性化する工程を含むことを特徴とする請求項1
    記載の半導体基板の表面処理方法。
JP1792092A 1992-02-03 1992-02-03 半導体基板の表面処理方法 Pending JPH05217968A (ja)

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