JPH05267260A - 半導体表面の安定化方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体表面の安定化方法及び半導体装置の製造方法Info
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- JPH05267260A JPH05267260A JP6031292A JP6031292A JPH05267260A JP H05267260 A JPH05267260 A JP H05267260A JP 6031292 A JP6031292 A JP 6031292A JP 6031292 A JP6031292 A JP 6031292A JP H05267260 A JPH05267260 A JP H05267260A
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- Japan
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- silicon surface
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン表面を酸化膜によってではなく、水
素化で安定化し、かつ平坦性を確保する。 【構成】 シリコン表面を清浄化し酸化膜を成長する工
程、該シリコンをフッ化アンモニウム及びアルコールを
含む混合水溶液で処理して酸化膜を除去しかつシリコン
水素化膜を形成する工程とからなる。この安定化の後、
熱酸化、熱窒化の如く基板内へ成膜し、あるいはＣＶＤ
の如く基板上へ成長、堆積する工程に続くことができ
る。
素化で安定化し、かつ平坦性を確保する。 【構成】 シリコン表面を清浄化し酸化膜を成長する工
程、該シリコンをフッ化アンモニウム及びアルコールを
含む混合水溶液で処理して酸化膜を除去しかつシリコン
水素化膜を形成する工程とからなる。この安定化の後、
熱酸化、熱窒化の如く基板内へ成膜し、あるいはＣＶＤ
の如く基板上へ成長、堆積する工程に続くことができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体表面の安定化方法
及び半導体装置の製造方法に係る。
及び半導体装置の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】半導体プロセスのうち、ＣＶＤや熱酸化
などの成膜プロセスの前には、半導体表面を洗浄し、安
定化してから次のプロセス装置に運搬している。代表的
な洗浄、安定化方法は、酸やアルカリを用いたＲＣＡ洗
浄法で、例えば、熱酸化の前には硝酸水溶液によって表
面に酸化膜を成長させた後、酸化炉に導入している。
などの成膜プロセスの前には、半導体表面を洗浄し、安
定化してから次のプロセス装置に運搬している。代表的
な洗浄、安定化方法は、酸やアルカリを用いたＲＣＡ洗
浄法で、例えば、熱酸化の前には硝酸水溶液によって表
面に酸化膜を成長させた後、酸化炉に導入している。
【０００３】本発明者らは、さらに、上記酸化膜をＨＦ
水溶液で除去してからお湯に浸して表面を安定化する方
法を先に開示した。また、ＨｉｇａｓｈｉらはＨＦとＮ
Ｈ4ＯＨの混合水溶液又はＮＨ4 Ｆ水溶液による表面安
定化を発表している。
水溶液で除去してからお湯に浸して表面を安定化する方
法を先に開示した。また、ＨｉｇａｓｈｉらはＨＦとＮ
Ｈ4ＯＨの混合水溶液又はＮＨ4 Ｆ水溶液による表面安
定化を発表している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】シリコン表面を熱酸化
する場合、酸化膜厚が小さくなるにつれて、洗浄のとき
に成長させた酸化膜が熱酸化膜の特性に影響を与えるよ
うになって問題にされている。表面を酸化膜で覆う方法
は簡便でよいが、薄膜の成長をシリコン表面から行いた
いエピタキシャル成長の時などは、真空の成長炉に導入
後、１０００℃まで温度を上げ酸化膜を蒸発させた後に
成長を行っている。成長温度が７００℃程度に低温化で
きるのにも係わらず、成長の直前に１０００℃が必要な
ことがデバイスの設計や高性能化へのネックになってい
る。また配線材料として金属薄膜を堆積する時にもエピ
タキシャル成長の時と同様に清浄なシリコン表面が必要
である。この場合は高温プロセスでは既に完成している
デバイス部分を破壊してしまう。そこで成長の直前に希
フッ酸溶液に浸し、酸化膜を除去後水洗いでフッ素分を
取り除き、成長炉に導入する手続きが行われている。し
かし水洗いによる酸化は避けられないので、接触部分の
電気抵抗は充分低くならない。
する場合、酸化膜厚が小さくなるにつれて、洗浄のとき
に成長させた酸化膜が熱酸化膜の特性に影響を与えるよ
うになって問題にされている。表面を酸化膜で覆う方法
は簡便でよいが、薄膜の成長をシリコン表面から行いた
いエピタキシャル成長の時などは、真空の成長炉に導入
後、１０００℃まで温度を上げ酸化膜を蒸発させた後に
成長を行っている。成長温度が７００℃程度に低温化で
きるのにも係わらず、成長の直前に１０００℃が必要な
ことがデバイスの設計や高性能化へのネックになってい
る。また配線材料として金属薄膜を堆積する時にもエピ
タキシャル成長の時と同様に清浄なシリコン表面が必要
である。この場合は高温プロセスでは既に完成している
デバイス部分を破壊してしまう。そこで成長の直前に希
フッ酸溶液に浸し、酸化膜を除去後水洗いでフッ素分を
取り除き、成長炉に導入する手続きが行われている。し
かし水洗いによる酸化は避けられないので、接触部分の
電気抵抗は充分低くならない。
【０００５】また、ＨＦで酸化膜を除去後お湯で安定化
する方法は、お湯の純度条件が大変に厳しく、実用上の
困難さが伴なう。また、ＨＦとＮＨ4 ＯＨの混合水溶液
又はＮＨ4 Ｆ水溶液による安定化方法では、シリコンと
アルカリとの反応による水素ガスの発生が避けられず、
シリコン表面に水素が付着するために、表面に数１０μ
ｍのオーダーのマクロな凹凸が発生し、安定化は十分で
あるが、凹凸の発生は次のデバイス工程に致命的であ
る。
する方法は、お湯の純度条件が大変に厳しく、実用上の
困難さが伴なう。また、ＨＦとＮＨ4 ＯＨの混合水溶液
又はＮＨ4 Ｆ水溶液による安定化方法では、シリコンと
アルカリとの反応による水素ガスの発生が避けられず、
シリコン表面に水素が付着するために、表面に数１０μ
ｍのオーダーのマクロな凹凸が発生し、安定化は十分で
あるが、凹凸の発生は次のデバイス工程に致命的であ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き課
題を解決するために、シリコン表面を清浄化し酸化膜を
成長する工程、該シリコンをフッ化アンモニウム及びア
ルコールを含む混合水溶液で処理して酸化膜を除去しか
つシリコン水素化膜を形成する工程を含むことを特徴と
する半導体表面の安定化方法を提供する。
題を解決するために、シリコン表面を清浄化し酸化膜を
成長する工程、該シリコンをフッ化アンモニウム及びア
ルコールを含む混合水溶液で処理して酸化膜を除去しか
つシリコン水素化膜を形成する工程を含むことを特徴と
する半導体表面の安定化方法を提供する。
【０００７】シリコン表面を清浄化し酸化膜を成長する
工程は、従来法の如くでよく、例えば、酸（ＨＣｌ＋Ｈ
2 Ｏ2 ，Ｈ2 ＳＯ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ，ｃｏｎｃ−ＨＮＯ3 な
ど）、アルカリの水溶液に浸漬する方法によってよい。
酸化膜の厚さは特に限定されないが、一般に１０Ａ°程
度である。次いで、本発明によれば、フッ化アンモニウ
ムとアルコールを含む混合水溶液に浸漬する。フッ化ア
ンモニウム水溶液は、Ｈｉｇａｓｈｉらの方法の如く、
シリコン表面の酸化膜を除去した後、表面を水素化して
ミクロに平坦化する作用を有するが、水素ガスが発生し
て表面がマクロに凹凸を形成する問題がある。しかし、
本発明によりフッ化アンモニウム水溶液中にアルコール
が存在すると溶液の粘度が変化して水素ガスが泡になり
にくなり、水素ガスが泡としてシリコン表面に付着する
のを防止する働きがある。従って、マクロな凹凸は発生
せず、シリコン表面は原子レベルで平坦化される。その
結果、シリコン表面は平坦化及び安定化される。通常、
ＨＦでシリコン表面を水素化した場合、数時間で表面は
酸化されるが、平均化によって本発明の方法で処理した
水素化表面は１０日以上も安定である。
工程は、従来法の如くでよく、例えば、酸（ＨＣｌ＋Ｈ
2 Ｏ2 ，Ｈ2 ＳＯ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ，ｃｏｎｃ−ＨＮＯ3 な
ど）、アルカリの水溶液に浸漬する方法によってよい。
酸化膜の厚さは特に限定されないが、一般に１０Ａ°程
度である。次いで、本発明によれば、フッ化アンモニウ
ムとアルコールを含む混合水溶液に浸漬する。フッ化ア
ンモニウム水溶液は、Ｈｉｇａｓｈｉらの方法の如く、
シリコン表面の酸化膜を除去した後、表面を水素化して
ミクロに平坦化する作用を有するが、水素ガスが発生し
て表面がマクロに凹凸を形成する問題がある。しかし、
本発明によりフッ化アンモニウム水溶液中にアルコール
が存在すると溶液の粘度が変化して水素ガスが泡になり
にくなり、水素ガスが泡としてシリコン表面に付着する
のを防止する働きがある。従って、マクロな凹凸は発生
せず、シリコン表面は原子レベルで平坦化される。その
結果、シリコン表面は平坦化及び安定化される。通常、
ＨＦでシリコン表面を水素化した場合、数時間で表面は
酸化されるが、平均化によって本発明の方法で処理した
水素化表面は１０日以上も安定である。
【０００８】フッ化アンモニウムはフッ化水素とアルカ
リ（例、水酸化アンモニウム、水酸化カリウムなど）と
の混合によってもよい。フッ化アンモニウムの濃度は５
％〜５０％、より好ましくは１０％〜２０％とする。フ
ッ化アンモニウムの濃度が低いと処理に長時間が必要と
なり、高いと泡が発生し易くなる。アルコールはメタノ
ール、エタノール、イソプロピルアルコールなど水素ガ
スがシリコン表面に付着するのを防止するものであれば
よい。アルコールの量は０．５％以上、好ましくは３０
〜５０％である。アルコールの量が少ないと泡の発生が
あり、多すぎると処理に長時間必要となる。残りの部分
は純水によって希釈していることになる。
リ（例、水酸化アンモニウム、水酸化カリウムなど）と
の混合によってもよい。フッ化アンモニウムの濃度は５
％〜５０％、より好ましくは１０％〜２０％とする。フ
ッ化アンモニウムの濃度が低いと処理に長時間が必要と
なり、高いと泡が発生し易くなる。アルコールはメタノ
ール、エタノール、イソプロピルアルコールなど水素ガ
スがシリコン表面に付着するのを防止するものであれば
よい。アルコールの量は０．５％以上、好ましくは３０
〜５０％である。アルコールの量が少ないと泡の発生が
あり、多すぎると処理に長時間必要となる。残りの部分
は純水によって希釈していることになる。
【０００９】本発明では酸化膜ではなく水素化膜によっ
て表面を覆い、安定化させる。シリコン水素化物は６０
０〜７００℃の熱で蒸発し且つ、空気中の水分や有機物
と反応を起こしにくい。これらとの反応は表面の凸凹部
の角で起こりやすい。この凸凹をなくして、表面を水素
化物で覆えばよい。この水素が仮に成膜後も界面や膜中
に残留しても酸素と違い、デバイスの特性を悪化させる
ことはない。
て表面を覆い、安定化させる。シリコン水素化物は６０
０〜７００℃の熱で蒸発し且つ、空気中の水分や有機物
と反応を起こしにくい。これらとの反応は表面の凸凹部
の角で起こりやすい。この凸凹をなくして、表面を水素
化物で覆えばよい。この水素が仮に成膜後も界面や膜中
に残留しても酸素と違い、デバイスの特性を悪化させる
ことはない。
【００１０】そこで、本発明に従ってシリコン表面を安
定化した後、必要に応じて、熱酸化や熱窒化の如くシリ
コン表面からの拡散を利用したシリコン内部への成膜工
程、あるいはシリコン表面の上に薄膜を成長又は堆積す
る工程を行なうことができる。こうして、本発明のシリ
コン表面の安定化方法によれば、次の如き効果が奏せら
れる。
定化した後、必要に応じて、熱酸化や熱窒化の如くシリ
コン表面からの拡散を利用したシリコン内部への成膜工
程、あるいはシリコン表面の上に薄膜を成長又は堆積す
る工程を行なうことができる。こうして、本発明のシリ
コン表面の安定化方法によれば、次の如き効果が奏せら
れる。
【００１１】 シリコン表面の凹凸がなくなり、原子
レベルで平坦化されるため、室温動作のＭＯＳトランジ
スタのゲート遅延時間が３０％減少し、低温動作の場合
は５０から６０％減少する。 シリコンのエピタキシーが７００℃で可能となる。 金属とシリコンの接触抵抗が減少する。
レベルで平坦化されるため、室温動作のＭＯＳトランジ
スタのゲート遅延時間が３０％減少し、低温動作の場合
は５０から６０％減少する。 シリコンのエピタキシーが７００℃で可能となる。 金属とシリコンの接触抵抗が減少する。
【００１２】 エッチングの選択比が向上する。
【００１３】
【実施例】実施例１ （１１１）シリコン基板を５０％ＨＮＯ3 水溶液に５分
間浸漬して表面を洗浄し同時に厚さ１０Ａ°程度の酸化
膜を形成した。次いで、このシリコン基板を、４０wt％
ＮＨ4 Ｆ水溶液と１００wt％エタノールを１：１に混合
した溶液に浸漬した。このとき、表面の酸化膜は除去さ
れ、表面が平坦化した。
間浸漬して表面を洗浄し同時に厚さ１０Ａ°程度の酸化
膜を形成した。次いで、このシリコン基板を、４０wt％
ＮＨ4 Ｆ水溶液と１００wt％エタノールを１：１に混合
した溶液に浸漬した。このとき、表面の酸化膜は除去さ
れ、表面が平坦化した。
【００１４】得られたシリコン表面を光学顕微鏡で観察
したが，Ｈｉｇａｓｈｉらの方法（ＮＨ4 Ｆ水溶液処
理）による場合のようなマクロな凹凸は全く見られなか
った。また、赤外分光法で表面の化学結合を調べたが、
図１に見られる如く、専ら２０８３．４cm-1の吸収−Ｓ
ｉ（１１１）表面に垂直に延びた−ＳｉＨ結合−が見ら
れた。シリコン表面の段差部に表われる−ＳｉＨの存在
を示す２０７０cm-1の吸収も僅かであるが観察される
が、酸化物の存在を示す２２５０cm-1には吸収は認めら
れなかった。
したが，Ｈｉｇａｓｈｉらの方法（ＮＨ4 Ｆ水溶液処
理）による場合のようなマクロな凹凸は全く見られなか
った。また、赤外分光法で表面の化学結合を調べたが、
図１に見られる如く、専ら２０８３．４cm-1の吸収−Ｓ
ｉ（１１１）表面に垂直に延びた−ＳｉＨ結合−が見ら
れた。シリコン表面の段差部に表われる−ＳｉＨの存在
を示す２０７０cm-1の吸収も僅かであるが観察される
が、酸化物の存在を示す２２５０cm-1には吸収は認めら
れなかった。
【００１５】このシリコン表面は空気中に放置しても１
０日以上酸化が起きず、また有機物の吸着も極めて少な
い。比較のために、上記と同じシリコン基板を１．５％
ＨＦ水溶液で処理したものは空気中に放置すると数時間
で表面が酸化した。また、凹凸は極めて多く存在してい
る。
０日以上酸化が起きず、また有機物の吸着も極めて少な
い。比較のために、上記と同じシリコン基板を１．５％
ＨＦ水溶液で処理したものは空気中に放置すると数時間
で表面が酸化した。また、凹凸は極めて多く存在してい
る。
【００１６】また、４０％ＮＨ4 Ｆ水溶液で処理したも
のは、目視で数１０μｍのオーダーのマクロな凹凸が２
０〜５０個／cm2 も存在した。水素の泡によるものであ
る。次いで、上記実施例（ＮＨ4 Ｆ＋アルコール処理）
で得られたシリコン基板を用いて、１０００℃でＯ2 ガ
ス中で１００Ａ°の熱酸化膜を成長する通常のＭＣＳ工
程を用いて実温動作は３０％のゲート遅延時間の短縮が
観察された。
のは、目視で数１０μｍのオーダーのマクロな凹凸が２
０〜５０個／cm2 も存在した。水素の泡によるものであ
る。次いで、上記実施例（ＮＨ4 Ｆ＋アルコール処理）
で得られたシリコン基板を用いて、１０００℃でＯ2 ガ
ス中で１００Ａ°の熱酸化膜を成長する通常のＭＣＳ工
程を用いて実温動作は３０％のゲート遅延時間の短縮が
観察された。
【００１７】また、シリコンのエピタキシャル成長は７
００℃の前処理で単結晶を成長することができた。
００℃の前処理で単結晶を成長することができた。
【００１８】
【発明の効果】本発明の方法によれば、シリコン表面が
極めて平坦に水素化により安定化される。水素は低温で
除去できデバイスに悪影響がなく、極めて平坦であるか
らデバイス特性が向上し、かつ安定化の程度も従来法と
比べて向上している。
極めて平坦に水素化により安定化される。水素は低温で
除去できデバイスに悪影響がなく、極めて平坦であるか
らデバイス特性が向上し、かつ安定化の程度も従来法と
比べて向上している。
【図１】安定化シリコン表面の赤外分光分析結果を示す
チャートである。
チャートである。
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン表面を清浄化し酸化膜を成長す
る工程、該シリコンをフッ化アンモニウム及びアルコー
ルを含む混合水溶液で処理して酸化膜を除去しかつシリ
コン水素化膜を形成する工程を含むことを特徴とする半
導体表面の安定化方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体表面の安定化処理
後、さらにシリコン表面からシリコン内部に向って熱拡
散を利用してシリコン化合物の成膜を行なう工程を含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記成膜が熱酸化又は熱窒化である請求
項２記載の方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の半導体表面の安定化処理
後、さらにシリコン表面上に薄膜の成長又は堆積を行な
うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6031292A JPH05267260A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 半導体表面の安定化方法及び半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6031292A JPH05267260A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 半導体表面の安定化方法及び半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267260A true JPH05267260A (ja) | 1993-10-15 |
Family
ID=13138530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6031292A Withdrawn JPH05267260A (ja) | 1992-03-17 | 1992-03-17 | 半導体表面の安定化方法及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05267260A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6241584B1 (en) | 1998-05-22 | 2001-06-05 | Nec Corporation | Method of washing a semiconductor device |
| US7371694B2 (en) | 2004-02-13 | 2008-05-13 | Elpida Memory Inc. | Semiconductor device fabrication method and fabrication apparatus |
-
1992
- 1992-03-17 JP JP6031292A patent/JPH05267260A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6241584B1 (en) | 1998-05-22 | 2001-06-05 | Nec Corporation | Method of washing a semiconductor device |
| US6695683B2 (en) | 1998-05-22 | 2004-02-24 | Nec Electronics Corporation | Semiconductor device washing apparatus and a method of washing a semiconductor device |
| US7371694B2 (en) | 2004-02-13 | 2008-05-13 | Elpida Memory Inc. | Semiconductor device fabrication method and fabrication apparatus |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |