JPH06196455A - 半導体基板の処理方法 - Google Patents
半導体基板の処理方法Info
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- JPH06196455A JPH06196455A JP21323691A JP21323691A JPH06196455A JP H06196455 A JPH06196455 A JP H06196455A JP 21323691 A JP21323691 A JP 21323691A JP 21323691 A JP21323691 A JP 21323691A JP H06196455 A JPH06196455 A JP H06196455A
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- gas
- radicals
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコンウエファの表面を清浄するに当た
り、自然酸化膜をシリコンウエファを加熱することなく
除去するとともに均一なエッチングを行って表面の平坦
性を確保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。 【構成】 シリコンウエファをフッ化塩素系ガスと水素
ガスとの混合ガス雰囲気中に入れ、この混合ガスに紫外
線を照射してフッ化水素ラジカルを生成させ、このフッ
化水素ラジカルで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し、次に雰囲気をフッ化塩素系ガス
のみに切換え、これに紫外線を照射してフッ素ラジカル
および塩素ラジカルを生成させ、これらのラジカルによ
ってシリコンウエファをエッチングする。
り、自然酸化膜をシリコンウエファを加熱することなく
除去するとともに均一なエッチングを行って表面の平坦
性を確保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。 【構成】 シリコンウエファをフッ化塩素系ガスと水素
ガスとの混合ガス雰囲気中に入れ、この混合ガスに紫外
線を照射してフッ化水素ラジカルを生成させ、このフッ
化水素ラジカルで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し、次に雰囲気をフッ化塩素系ガス
のみに切換え、これに紫外線を照射してフッ素ラジカル
および塩素ラジカルを生成させ、これらのラジカルによ
ってシリコンウエファをエッチングする。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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、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し、次に、雰囲気をフッ化塩素系ガ
スのみとし、これに紫外線を照射して生成されるフッ素
ラジカルおよび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。
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、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し、次に、雰囲気をフッ化塩素系ガ
スのみとし、これに紫外線を照射して生成されるフッ素
ラジカルおよび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。
【０００８】本発明による半導体基板の処理方法を実施
するに当たっては、フッ化塩素系ガスのみの雰囲気中で
エッチングする際には、半導体基板を室温のままとする
かまたは100 〜300 ℃の低い温度に加熱する。
するに当たっては、フッ化塩素系ガスのみの雰囲気中で
エッチングする際には、半導体基板を室温のままとする
かまたは100 〜300 ℃の低い温度に加熱する。
【０００９】
【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水素との混合ガスに紫
外線を照射することによってフッ化水素(HF)ラジカルを
生成し、この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ようにしたため、熱
を加える必要がなく、室温において自然酸化膜の除去が
可能である。
においては、フッ化塩素系ガスと水素との混合ガスに紫
外線を照射することによってフッ化水素(HF)ラジカルを
生成し、この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ようにしたため、熱
を加える必要がなく、室温において自然酸化膜の除去が
可能である。
【００１０】さらに、ガス雰囲気をフッ化塩素系ガスの
みとして紫外線を照射することによってエッチングを行
うが、このときまでには、すでに自然酸化膜は除去され
ているので、半導体基板の均一なエッチングが進行し、
半導体基板表面の平坦性を確保することができる。ま
た、フッ化塩素系ガスの分解によって生成されるフッ素
(F) および塩素(Cl)ラジカルの作用によって、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が塩
化されて気化し、処理系から除去されることになる。ま
た、この処理は、室温でも十分可能であるが、半導体基
板を100 〜300 ℃の低温で加熱することによってさらに
その効果を向上させることができる。
みとして紫外線を照射することによってエッチングを行
うが、このときまでには、すでに自然酸化膜は除去され
ているので、半導体基板の均一なエッチングが進行し、
半導体基板表面の平坦性を確保することができる。ま
た、フッ化塩素系ガスの分解によって生成されるフッ素
(F) および塩素(Cl)ラジカルの作用によって、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が塩
化されて気化し、処理系から除去されることになる。ま
た、この処理は、室温でも十分可能であるが、半導体基
板を100 〜300 ℃の低温で加熱することによってさらに
その効果を向上させることができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明による半導体基板の処理方法の
一実施例の順次の工程を示すフローチャートである。先
ず、Ｐ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H2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1 〜100Torr および200 〜300Torr とする。
一実施例の順次の工程を示すフローチャートである。先
ず、Ｐ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H2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1 〜100Torr および200 〜300Torr とする。
【００１２】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
シマレーザのような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、 PHN* に示すように反応が
進み、生成されたHF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。
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
シマレーザのような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、 PHN* に示すように反応が
進み、生成されたHF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。
【００１３】このとき同時に生成されるCl2 は、すぐに
Cl2+H2→2HClとなるため、塩素ラジカルによるエッチン
グは起こらず、自然酸化膜だけが選択的に除去されるこ
とになる。
Cl2+H2→2HClとなるため、塩素ラジカルによるエッチン
グは起こらず、自然酸化膜だけが選択的に除去されるこ
とになる。
【００１４】次に、水素ガスの供給を止め、ClF3ガスの
みを、ガス分圧が1 〜100Torr となるようにチャンバに
流す。ClF3ガスを十分に流した後に、再びシリコンウエ
ファ表面に紫外線を照射する。このとき、ClF3ガスはF
ラジカルとClラジカルとに分解され、シリコンウエファ
の表面のエッチングを行う。次に、H2ガスだけをチャン
バに導入し、シリコンウエファ表面に残存する塩素基を
水素に置き換えてウエファ表面を水素終端させる。その
後、シリコンウエファを酸化して所定の膜厚のシリコン
酸化膜を形成する。
みを、ガス分圧が1 〜100Torr となるようにチャンバに
流す。ClF3ガスを十分に流した後に、再びシリコンウエ
ファ表面に紫外線を照射する。このとき、ClF3ガスはF
ラジカルとClラジカルとに分解され、シリコンウエファ
の表面のエッチングを行う。次に、H2ガスだけをチャン
バに導入し、シリコンウエファ表面に残存する塩素基を
水素に置き換えてウエファ表面を水素終端させる。その
後、シリコンウエファを酸化して所定の膜厚のシリコン
酸化膜を形成する。
【００１５】図２は、上述した本発明の実施例によって
シリコンウエファの表面を処理した後に生成した熱酸化
膜の絶縁耐圧の測定結果を示すものであり、横軸に絶縁
破壊電界強度を採り、縦軸に絶縁破壊の頻度を任意の単
位で採って示した。図３は従来のCl2 ガスだけで処理し
た後に生成した熱酸化膜の絶縁耐圧の測定結果を示す。
本発明の処理方法によれば、絶縁破壊の強さは11.0MV/c
m であり、一方従来のそれは10MV/cm である。このこと
から、本発明の方法で処理したシリコンウエファに形成
した熱酸化膜は従来の方法で処理したシリコンウエファ
に形成した熱酸化膜よりもきわめて良好な品質を有して
いることが分かった。
シリコンウエファの表面を処理した後に生成した熱酸化
膜の絶縁耐圧の測定結果を示すものであり、横軸に絶縁
破壊電界強度を採り、縦軸に絶縁破壊の頻度を任意の単
位で採って示した。図３は従来のCl2 ガスだけで処理し
た後に生成した熱酸化膜の絶縁耐圧の測定結果を示す。
本発明の処理方法によれば、絶縁破壊の強さは11.0MV/c
m であり、一方従来のそれは10MV/cm である。このこと
から、本発明の方法で処理したシリコンウエファに形成
した熱酸化膜は従来の方法で処理したシリコンウエファ
に形成した熱酸化膜よりもきわめて良好な品質を有して
いることが分かった。
【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(Cl2F6, ClF2, ClF)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、ClF3ガスの
みによるエッチングの際にシリコンウエファを室温のま
まとしたが、100 〜300 ℃の温度に加熱することもでき
る。
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(Cl2F6, ClF2, ClF)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、ClF3ガスの
みによるエッチングの際にシリコンウエファを室温のま
まとしたが、100 〜300 ℃の温度に加熱することもでき
る。
【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し、
さらにその後フッ化塩素系ガスのみとして紫外線を照射
してF ラジカルとClラジカルとを生成させ、これらによ
って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
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。さらに、半導体基板をエッチング
する際には自然酸化膜はすでに除去されているので、半
導体基板表面の均一にエッチングすることができ、した
がって表面の平坦性を確保することができる。
方法によれば、フッ化塩素系ガスと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し、
さらにその後フッ化塩素系ガスのみとして紫外線を照射
してF ラジカルとClラジカルとを生成させ、これらによ
って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
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。さらに、半導体基板をエッチング
する際には自然酸化膜はすでに除去されているので、半
導体基板表面の均一にエッチングすることができ、した
がって表面の平坦性を確保することができる。
【図１】図１は本発明による半導体基板の処理方法の一
実施例における順次の工程を示すフローチャートであ
る。
実施例における順次の工程を示すフローチャートであ
る。
【図２】図２は本発明の方法で処理した半導体基板に形
成した熱酸化膜の絶縁耐圧特性を示すグラフである。
成した熱酸化膜の絶縁耐圧特性を示すグラフである。
【図３】図３は従来の方法で処理した半導体基板に形成
した熱酸化膜の絶縁耐圧特性を示すグラフである。
した熱酸化膜の絶縁耐圧特性を示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年１０月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】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
シマレーザのような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、 2ClF3＋3H2 → 6HF* ＋Cl
2 に示すように反応が進み、生成されたHF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。
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
シマレーザのような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、 2ClF3＋3H2 → 6HF* ＋Cl
2 に示すように反応が進み、生成されたHF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。
Claims (2)
- 【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、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し、次に、雰囲気をフッ化塩素系
ガスのみとし、これに紫外線を照射して生成されるフッ
素ラジカルおよび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半導体基板の処理
方法。 - 【請求項２】 前記自然酸化膜の除去後のフッ化塩素系
ガスのみのエッチングにおいて、前記半導体基板を 100
〜300 ℃の温度に加熱することを特徴とする請求項１記
載の半導体基板の処理方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21323691A JPH06196455A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 半導体基板の処理方法 |
| US07/921,722 US5326406A (en) | 1991-07-31 | 1992-07-30 | Method of cleaning semiconductor substrate and apparatus for carrying out the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21323691A JPH06196455A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 半導体基板の処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06196455A true JPH06196455A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=16635780
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21323691A Pending JPH06196455A (ja) | 1991-07-31 | 1991-07-31 | 半導体基板の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06196455A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7094703B2 (en) | 1998-10-14 | 2006-08-22 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for surface treatment |
| WO2015016149A1 (ja) * | 2013-07-29 | 2015-02-05 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体 |
| CN111162088A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-15 | 长江存储科技有限责任公司 | 含硅衬底中凹槽的制作方法、三维nand存储器及制作方法 |
-
1991
- 1991-07-31 JP JP21323691A patent/JPH06196455A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7094703B2 (en) | 1998-10-14 | 2006-08-22 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for surface treatment |
| US7146744B2 (en) | 1998-10-14 | 2006-12-12 | Tokyo Electron Limited | Method and apparatus for surface treatment |
| WO2015016149A1 (ja) * | 2013-07-29 | 2015-02-05 | 株式会社日立国際電気 | 基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体 |
| CN111162088A (zh) * | 2020-01-02 | 2020-05-15 | 长江存储科技有限责任公司 | 含硅衬底中凹槽的制作方法、三维nand存储器及制作方法 |
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