JPH0684887A - 半導体ウェーハの保護膜形成方法及び同装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ウェーハ１の汚染層２を各種薬液で除去し、
表面を清浄化する。その後、ウェーハ１を酸素含有の気
相又は液相中に置き、直ちに１８４．９ｎｍ及び２５
３．７ｎｍに主発光スペクトルを持つ紫外光を照射する
ことで、ウェーハ１表面に保護膜となる酸化膜３を短時
間で形成する。この高清浄度条件での酸化処理により、
汚染物フリーで屈折率１．４５±０．０２の範囲内の純
粋な酸化膜が得られる。 【効果】 表面安定度高く、外部環境からの汚染付着率
を低くするウェーハ表面保護膜が得られる。紫外線光源
として身近な光源を利用できる。通常プロセス中のウェ
ーハ地肌露出工程直後への導入により露出部の選択的洗
浄や保護膜形成が可能となり、ウェーハをプロセス内滞
留時の汚染から保護することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウェーハの保護膜
形成方法及び同装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高い表面安定度を得るに
は、その基板材料となる半導体ウェーハの表面を汚染か
ら保護する必要があり、その対策として、近年、清浄度
が高く、かつオングストロームオーダの薄膜からなる保
護膜をウェーハ表面に被着しておくことが研究されてい
る。

【０００３】しかし、そのような保護膜の形成技術とし
て、今だ望ましいものが見出だされておらず、そのため
薄膜によるウェーハ表面保護の実現が遅れている実情に
ある。

【０００４】因みに、従来、考えられているウェーハ表
面への保護膜形成技術には、ウェーハ表面に熱酸化膜を
形成するもの、ウェーハ表面にゴム系樹脂膜ないしはシ
リケートガラスを塗布するもの、プラスチックフィルム
を貼着するものなどがある。

【０００５】しかし、熱酸化膜を形成する技術の場合、
ウェーハに対し高温（１０００°Ｃ以上）の熱プロセス
を必要とするため、その熱プロセスの際にウェーハの変
質や汚染があり、薄く高清浄度の保護膜形成は不可能な
ものである。

【０００６】また、ゴム系樹脂、シリケートガラス、プ
ラスチックフィルム等の被着の場合には、その塗布・剥
離が非常に面倒で、それらの膜によってウェーハ表面が
逆汚染されるという問題がある。さらに、これらもま
た、膜厚をオングストロームオーダにコントロールする
のは困難なものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来に
あっては、半導体ウェーハ表面への保護膜形成技術とし
て良好なものが存在せず、ウェーハ表面の薄膜による保
護が実現困難な状態にある。

【０００８】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、その目的するところは高清浄度でオングストローム
オーダの膜厚制御が可能な半導体ウェーハの保護膜形成
方法及び同装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体ウェーハ
の保護膜形成方法は、被処理半導体ウェーハ表面上の汚
染層を薬液洗浄により除去して該被処理半導体ウェーハ
表面を清浄化する表面清浄化工程と、その後、上記被処
理半導体ウェーハを酸素含有の気相または液相中に置
き、被処理半導体ウェーハ表面が一定の清浄状態に維持
されている間に、１８４．９ｎｍ及び２５３．７ｎｍに
主発光スペクトルを持つ紫外光を気相または液相に照射
することにより、被処理半導体ウェーハの表面に保護膜
としての酸化膜を形成する酸化膜形成工程とを含んでい
ることを特徴とする。

【００１０】このような本発明の保護膜形成プロセス
は、通常のプロセスとは独立させて設け、ウェーハを通
常のプロセスに乗せる前に予め保護膜を付けておくよう
にすることができる。その他、本発明のプロセスは、通
常のプロセス内でウェーハの地肌が露出する工程があれ
ば、その直後に導入することができる。

【００１１】表面清浄化工程は、アンモニア水及び過酸
化水素水による洗浄処理によって被処理半導体ウェーハ
表面上の有機物及び硫化物を除去する工程、塩酸及び過
酸化水素水による洗浄処理によって被処理半導体ウェー
ハ表面上の金属イオンを除去する工程、希弗酸による洗
浄処理によって被処理半導体ウェーハ表面上の自然酸化
膜を除去する工程、薬液による洗浄処理の後に、ＴＯＣ
成分が５ｐｐｂ以下で、かつ溶存酸素が５０ｐｐｂ以下
の超純水によるすすぎ洗浄工程等を含むことが可能であ
る。

【００１２】酸化膜形成工程は、紫外線照射を、純水、
蒸留水、過酸化水素水、オゾンガス添加水の少なくとも
ひとつの液相中で行い、その後、この被処理半導体ウェ
ーハをスピンドライあるいは窒素吹付けにより乾燥させ
ることによって実現することができる。

【００１３】あるいは、酸化膜形成工程は、被処理半導
体ウェーハを窒素吹付けにより乾燥させ、続いてこの紫
外線照射を酸素雰囲気中で行うことによっても実現する
ことができる。

【００１４】この場合において、紫外線照射を８００°
Ｃまでの加熱雰囲気中で行うこともできる。

【００１５】次に、本発明の半導体ウェーハの保護膜形
成装置は、被処理半導体ウェーハが収容され、その収容
室内に連通する流体導入口及び流体排出口を有する処理
容器と、複数の流体導入路と、この複数の流体導入路を
上記処理容器の流体導入口へ選択的に連通させる流体導
入路切換え手段と、上記収容室内に１８４．９ｎｍ及び
２５３．７ｎｍの主発光スペクトルを持つ紫外光を照射
可能な紫外光照射手段とを備えていることを特徴とす
る。

【００１６】紫外光照射手段は、処理容器を石英製のも
のとし、その外周に紫外線ランプを配設することによっ
て構成することができる。

【００１７】さらに、本発明の保護膜形成装置は、処理
容器の収容室内を加熱するヒータを備える構成とするこ
とができる。

【００１８】

【作用】本発明は、ウェーハ表面上の汚染層を薬液洗浄
により除去して清浄化した後、この清浄度が極力失われ
ないうちに、酸素を含む気相または液相中で、１８４．
９ｎｍ及び２５３．７ｎｍに主発光スペクトルを持つ紫
外光を照射することで、オゾンを発生・分解させ、その
発生・分解の際に生ずる原子状活性酸素の酸化作用を利
用してウェーハ表面に酸化膜を形成するようにしたの
で、高清浄度でオングストロームオーダ（１オングスト
ローム〜５０オングストローム）の膜厚コントロールが
可能な酸化膜をウェーハ表面に形成することができる。
なお、望ましい厚さは３オングストローム程度である。

【００１９】因みに、本発明に従って表面に保護膜を形
成したウェーハと、従来の保護膜無しのウェーハとをク
ラス１００００のクリーンルーム内に１か月間放置し、
両者における気中陰イオン成分の付着量を比較した結
果、本発明の保護膜付ウェーハは従来の保護膜無ウェー
ハに対し一桁低い値を示した。

【００２０】また、本発明で使用する紫外線は、低圧水
銀灯の発光スペクトルに相当し、よって身近な光源を利
用することが可能となる。

【００２１】さらに、本発明の保護膜形成プロセスは通
常のウェーハプロセス中におけるウェーハの地肌露出工
程の直後に導入することができ、この場合、ウェーハの
地肌露出部の選択的なクリーニングや保護膜形成が可能
となり、ウェーハをプロセス内滞留時の環境からの表面
汚染から保護することが可能となる。

【００２２】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。

【００２３】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施例に
係る保護膜形成プロセスの概要を示すものである。

【００２４】それらのうち図１（ａ）は保護膜形成前の
状態を示すもので、１は保護膜形成前Ｓｉ（シリコン）
ウェーハであり、このウェーハ１の表面には、自然酸化
膜、酸化物、硫化物、有機物、金属、水分などを含む数
１０オングストローム〜数１００オングストロームの汚
染層２が存在している。

【００２５】まず、図１（ｂ）に示すように、この汚染
層２を各種薬液で除去し、ウェーハ１表面を清浄化す
る。例えば、最初にＮＨ₄ ＯＨ（アンモニア水）＋Ｈ₂
Ｏ₂ （過酸化水素水）による洗浄処理によってウェーハ
１表面上の有機物及び硫化物を除去し、次いで、ＨＣｌ
（塩酸）＋Ｈ₂ Ｏ₂ による洗浄処理でウェーハ１表面上
の金属イオンを除去し、続いてＨＦ（弗酸）＋Ｈ₂ Ｏ
（純水）、すなわち希弗酸液（ガス）あるいは水素ガス
による洗浄処理によってウェーハ１表面上の自然酸化膜
を除去し、最後に、ＴＯＣ（全有機炭素）成分が５ｐｐ
ｂ以下で、かつ溶存酸素が５０ｐｐｂ以下の超純水によ
るすすぎ洗浄を行うことにより、ウェーハ１の表面を高
清浄度状態とする。

【００２６】この清浄化工程の次に、ウェーハ１を酸素
含有の気相または液相中に置き、ウェーハ１表面が一定
の清浄状態に維持されている間に、１８４．９ｎｍ及び
２５３．７ｎｍに主発光スペクトルを持つ紫外光をその
気相または液相に照射することにより、図１（ｃ）に示
すようにウェーハ１の表面に保護膜としての酸化膜３を
形成する。

【００２７】ここで、図３は、上記清浄化工程後のウェ
ーハ１をクラス１００のクリーンルーム内に放置したと
きの放置時間とウェーハ１表面への炭素付着量との関係
を示したものである。この図が示しているように、放置
時間が１０分以上になると炭素付着量が急激に増加する
ことから、ウェーハ１は清浄化工程後できれば５分以内
に次の酸化膜形成工程を終わらせるのが望ましい。

【００２８】上記酸素を含む気相あるいは液相中の紫外
線照射は、この酸化時間短縮に大きく寄与することとな
る。

【００２９】すなわち、酸素は２００ｎｍ以下の極短波
長光を吸収して原子状活性酸素及びオゾンを発生し、ま
た、オゾンに２５５ｎｍ近傍の紫外線を吸収して分解
し、原子状活性酸素及び酸素を発生することが知られて
いる。図４は後者のデータを示すもので、これはHartle
y の吸収スペクトルと呼ばれるものである。そして、こ
のようにして発生される原子状活性酸素は非常に強力な
酸化剤となる。

【００３０】本発明では、酸素を含む気相または液相中
に１８４．９ｎｍ及び２５３．７ｎｍに主発光スペクト
ルを持つ紫外光を照射することで、オゾンを発生・分解
させ、その発生・分解の際に生ずる原子状活性酸素の酸
化作用を利用してウェーハ表面に酸化膜を形成するよう
にしたので、短時間で酸化膜をウェーハ１表面に形成す
ることができることとなる。

【００３１】この酸化膜形成工程は、紫外線照射を気相
中で行うか、液相中で行うかによって具体的な実現手段
が異なってくる。

【００３２】まず、紫外線照射を液相中で行う場合に
は、ウェーハ１を、純水、蒸留水、過酸化水素水、オゾ
ンガス添加水のうちのいずれか、あるいは混合液中に置
いて、清浄化工程でのウェーハ１のすすぎ洗浄に引き続
いて直ちに行う。その後、このウェーハ１をスピンドラ
イあるいはＮ₂ ブロー（窒素吹付け）により乾燥させる
ことになる。なお、特に純水を使用した場合、５分間以
上の紫外線照射で３オングストローム以上の酸化膜を形
成することができる。

【００３３】次に、当該紫外線照射を気相中で行う場
合、すすぎ洗浄後のウェーハ１をＮ₂ブローにより乾燥
させ、続いて紫外線照射を酸素雰囲気中で行うこととな
る。この場合、紫外線照射を８００°Ｃ以内の加熱雰囲
気中で行うことにより、酸化速度を上げることができ
る。この加熱処理を行わないで酸素雰囲気へ紫外線照射
を行う場合、３分間以上の紫外線照射で３オングストロ
ーム以上の酸化膜厚を得られ、加熱処理を併用すればそ
れより短い時間で同等の酸化膜厚が得られることとな
る。

【００３４】このような高清浄度条件での酸化処理によ
り、酸化膜３としては、メタルフリー、カーボンフリ
ー、パーティクルフリーの屈折率が１．４５±０．０２
の範囲内の純粋な酸化膜が得られ、表面安定度が高く、
外部環境からの汚染付着率も低い。

【００３５】図５は、このようにして表面に保護膜を形
成したウェーハと、従来の保護膜無しのウェーハとをク
ラス１００００のクリーンルーム内に１か月間放置し、
両者における気中陰イオン成分の付着量を比較した結果
を示すものである。この図から明らかなように、本発明
の保護膜付ウェーハは従来の保護膜無ウェーハに対し一
桁低い値を示している。

【００３６】また、本実施例で使用する紫外線は、低圧
水銀灯の発光スペクトルに相当し、よって身近な光源を
利用することが可能となる。

【００３７】さらに、本実施例の保護膜形成プロセスは
通常のウェーハプロセス中におけるウェーハの地肌露出
工程の直後に導入することができ、この場合、ウェーハ
の地肌露出部の選択的なクリーニングや保護膜形成が可
能となり、ウェーハをプロセス内滞留時の環境からの表
面汚染から保護することが可能となる。

【００３８】次に、図２は本発明の半導体ウェーハの保
護膜形成装置の構造を示すものである。

【００３９】この図において、まず、４はＮ₂ パージさ
れたランプハウスであり、このランプハウス４内の中央
部には処理容器５が配置されており、ウェーハ１はその
内部の処理室に収容される。この処理容器５は石英から
なり、ランプハウス４内にはその処理容器５の外周から
処理室内へ上記主発光スペクトルを持つ紫外線を照射す
る紫外線ランプ６が配設され、この紫外線ランプ６の外
周にはヒータ７が配設されている。このヒータ７は処理
容器５内の処理室を加熱するためのものである。

【００４０】この処理容器５には収容室内に連通する流
体導入口８と流体排出口９とが形成されている。流体導
入口８には切換えバルブ１０を介して酸化処理液導入管
１１と洗浄液導入管１２とガス導入管１３とが接続さ
れ、これらが選択的に処理室内に連通され、導入管１１
〜１３のいずれかから供給される流体は流体導入口８を
通って処理容器５の室内へ入り、反対側に位置する流体
排出口９から排出される。

【００４１】このような装置を用いると、前述した保護
膜形成プロセスを良好に実行することができる。

【００４２】まず、ウェーハ１を処理室内に設置した
後、切換えバルブ１０を洗浄液導入管１２側に設定し、
前述したような手順で、順次、各種薬液を処理室内へ供
給する。これにより、薬液の導入口８から排出口９へ向
かう流れによりウェーハ１は洗浄される。この薬液によ
る洗浄の後、切換えバルブ１０を酸化処理液導入管１１
側に設定し、処理室内へ上記超純水を供給してウェーハ
１のすすぎ洗浄を行う。

【００４３】続いて、液相での紫外線照射を行う場合に
は、切換えバルブ１０をそのままで上記純水等を供給し
ながら直ちに紫外線ランプ６を点灯させ、ウェーハ１の
表面に酸化膜３を形成する。その後、切換えバルブ１０
をガス導入管１３側へ設定し、Ｎ₂ ガスを処理室内へ導
入し、ウェーハ１を乾燥させることとなる。

【００４４】また、気相での紫外線照射を行う場合に
は、すすぎ洗浄の後、直ちに切換えバルブ１０をガス導
入管１３側へ設定し、Ｎ₂ ガスを処理室内へ導入してウ
ェーハ１を乾燥させる。その後、速やかにガス導入管１
３から酸素を供給しつつ紫外線ランプ６を点灯させ、酸
化膜３を形成する。このとき、ヒータ７を同時に通電
し、８００°Ｃ程度に処理室内を急速加熱して酸化を速
めるようにしても良い。

【００４５】さらに、不活性ガスは上記Ｎ₂ に限定され
ずＡｒでもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ウェーハ
表面上の汚染層を薬液洗浄により除去して清浄化した
後、この清浄度が極力失われないうちに、酸素を含む気
相または液相中で、１８４．９ｎｍ及び２５３．７ｎｍ
に主発光スペクトルを持つ紫外光を照射することで、オ
ゾンを発生・分解させ、その発生・分解の際に生ずる原
子状活性酸素の酸化作用を利用してウェーハ表面に酸化
膜を形成するようにしたので、高清浄度でオングストロ
ームオーダ（３オングストローム〜５０オングストロー
ム）の膜厚コントロールが可能な酸化膜をウェーハ表面
に形成することができ、表面安定度が高く、外部からの
汚染を受けにくいウェーハが得られることとなる。

【００４７】因みに、本発明に従って表面に保護膜を形
成したウェーハと、従来の保護膜無しのウェーハとをク
ラス１００００のクリーンルーム内に１か月間放置し、
両者における気中陰イオン成分の付着量を比較した結
果、本発明の保護膜付ウェーハは従来の保護膜無ウェー
ハに対し一桁低い値を示した。

【００４８】また、本発明で使用する紫外線は、低圧水
銀灯の発光スペクトルに相当し、よって身近な光源を利
用することが可能となる。

【００４９】さらに、本発明の保護膜形成プロセスは通
常のウェーハプロセス中におけるウェーハの地肌露出工
程の直後に導入することができ、この場合、ウェーハの
地肌露出部の選択的なクリーニングや保護膜形成が可能
となり、ウェーハをプロセス内滞留時の環境からの表面
汚染から保護することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体ウェーハの保護
膜形成プロセスの概要を示す工程別断面図。

【図２】本発明の一実施例に係る半導体ウェーハの保護
膜形成装置の構造を示す断面図。

【図３】清浄化工程後のウェーハをクラス１００のクリ
ーンルーム内に放置する実験を行ったときの放置時間と
ウェーハへの炭素付着量との関係を示すグラフ。

【図４】オゾンの紫外線吸収スペクトル（Hartley の吸
収スペクトル）を示すグラフ。

【図５】本発明に従って表面に保護膜を形成したウェー
ハと、従来の保護膜無しのウェーハとをクラス１０００
０のクリーンルーム内に１か月間放置した結果として両
者における気中陰イオン成分の付着量を比較して示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１ 被処理Ｓｉウェーハ ２ 汚染層 ３ 酸化膜（保護膜） ４ ランプハウス ５ 処理容器 ６ 紫外線ランプ ７ ヒータ ８ 流体導入口 ９ 流体排出口 １０ 切換えバルブ １１ 酸化処理液導入管 １２ 洗浄液導入管 １３ ガス導入管

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理半導体ウェーハ表面上の汚染層を除
   去して該被処理半導体ウェーハ表面を清浄化する表面清
   浄化工程と、 その後、前記被処理半導体ウェーハを酸素含有の気相ま
   たは液相中に置き、該被処理半導体ウェーハ表面が一定
   の清浄状態に維持されている間に、１８４．９ｎｍ及び
   ２５３．７ｎｍに主発光スペクトルを持つ紫外光を前記
   気相または液相に照射することにより、前記被処理半導
   体ウェーハの表面に保護膜としての酸化膜を形成する酸
   化膜形成工程とを含んでいる半導体ウェーハの保護膜形
   成方法。
2. 【請求項２】表面清浄化工程は、 アンモニア水及び過酸化水素水による洗浄処理によって
   被処理半導体ウェーハ表面上の有機物及び硫化物を除去
   する工程を含んでいることを特徴とする請求項１記載の
   半導体ウェーハの保護膜形成方法。
3. 【請求項３】表面清浄化工程は、 塩酸及び過酸化水素水による洗浄処理によって被処理半
   導体ウェーハ表面上の金属イオンを除去する工程を含ん
   でいることを特徴とする請求項１、２のうちいずれか１
   項記載の半導体ウェーハの保護膜形成方法。
4. 【請求項４】表面清浄化工程は、 希弗酸あるいは水素による洗浄処理によって被処理半導
   体ウェーハ表面上の自然酸化膜を除去する工程を含んで
   いることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項
   記載の半導体ウェーハの保護膜形成方法。
5. 【請求項５】表面清浄化工程は、 洗浄処理の後に、ＴＯＣ成分が５ｐｐｂ以下で、かつ溶
   存酸素が５０ｐｐｂ以下の超純水によるすすぎ洗浄工程
   を含んでいることを特徴とする請求項１〜４のうちいず
   れか１項記載の半導体ウェーハの保護膜形成方法。
6. 【請求項６】酸化膜形成工程は、 紫外線照射を、純水、蒸留水、過酸化水素水、オゾンガ
   ス添加水の少なくともひとつの液相中で行い、その後、
   該被処理半導体ウェーハをスピンドライあるいは窒素吹
   付けにより乾燥させることを特徴とする請求項１〜５の
   うちいずれか１項記載の半導体ウェーハの保護膜形成方
   法。
7. 【請求項７】酸化膜形成工程は、 被処理半導体ウェーハを窒素吹付けにより乾燥させ、続
   いて紫外線照射を酸素雰囲気中で行うことを特徴とする
   請求項１〜５のうちいずれか１項記載の半導体ウェーハ
   の保護膜形成方法。
8. 【請求項８】紫外線照射を８００°Ｃ以内の加熱雰囲気
   中で行うことを特徴とする請求項７記載の半導体ウェー
   ハの保護膜形成方法。
9. 【請求項９】被処理半導体ウェーハが収容され、その収
   容室内に連通する流体導入口及び流体排出口を有する処
   理容器と、 複数の流体導入路と、 該複数の流体導入路を前記処理容器の流体導入口へ選択
   的に連通させる流体導入路切換え手段と、 前記収容室内に１８４．９ｎｍ及び２５３．７ｎｍの主
   発光スペクトルを持つ紫外光を照射可能な紫外光照射手
   段とを備えている半導体ウェーハの保護膜形成装置。
10. 【請求項１０】紫外光照射手段は、処理容器を石英製の
    ものとし、その外周に紫外線ランプを配設することによ
    り構成されている請求項９記載の半導体ウェーハの保護
    膜形成装置。
11. 【請求項１１】処理容器の収容室内を加熱するヒータを
    備えていることを特徴とする請求項９、１０のうちいず
    れか１項記載の半導体装置の保護膜形成装置。