JPH0821560B2

JPH0821560B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0821560B2
Application number: JP60182197A
Authority: JP
Inventors: 林志杉野; 清小沢; 隆司伊藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-08-20
Filing date: 1985-08-20
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPS6242530A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕半導体装置の製造方法において、光照射により塩素ガ
ス・ラジカルを発生せしめ、シリコン基板をエッチング
した後、引続き薄膜形成を行なう事により、優れた特性
の熱酸化膜を形成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体基板上に薄膜を形成する技術に係
り、特に、ドライ・プロセスにより半導体基板表面を清
浄化して熱酸化薄膜を形成する点に特徴を有する半導体
装置の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

半導体基板上に薄膜を成長するための前処理として、
基板表面の正常化は極めて重要である。

従来、この清浄な半導体表面を得るために、ドライ・
プロセス或いはウェット・プロセスにより半導体基板表
面を僅かにエッチングすることがなされている。

一般に、ドライ・プロセスは半導体基板にダメージを
与えることから、基板表面の前処理には化学エッチング
等のウェット・プロセスが用いられている。

以下に、従来のウェット・プロセスの例を示す。

（１）NH₄OH,H₂O₂,H₂Oの混合溶液で処理する。

（２）流水で洗浄する。

（３）HNO₃で煮沸する。

（４）流水で洗浄する。

（５）３％HFで処理する（６）流水で洗浄する。

（７）H₂Oで煮沸する。

（８）HCl,H₂O₂,H₂Oで処理する。

（９）流水で洗浄する。

（10）蒸留水で煮沸する。

以上の各工程はそれぞれ10分程度を要し、従ってこの
清浄化工程は、100分程度かかることになる。

このように、従来のウェット・プロセスでは、工程数
が多く処理時間が長い、高純度で高価な薬品の使用量が
多い、自動化が困難であるといった欠点がある。清浄化
処理後のシリコン基板を移動する間に空気中のダストや
微粒子が付着してしまい、後続の薄膜形成の障害になる
こともある。

一方、ドライ・プロセス、例えばプラズマ・エッチン
グ等では、前記の半導体基板のダメージを与える欠点の
他、Cl₂ガスの高純度化において避けられない程度の極
微量を不純物、例えばCO₂等が基板と作用してしまい、
表面の清浄化が不十分になるという欠点がある。

第４図に、シリコン（Si）基板１の表面に汚染物質２
が存在するような場合の酸化膜の形成を示している。

図示のように、シリコン（Si）基板１の表面に形成さ
れた酸化膜（SiO₂）３は、膜厚或は膜質が均一に得られ
ず、その結果、所定の酸化膜の耐圧が得られなくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的はシリコン基板上に膜厚、膜質が均質で
良質な熱酸化膜を形成することができる半導体装置の製
造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、シリコン基板上に熱酸化膜を形成
するにあたり、該反応槽内に塩素ガスを導入すると共に
所定の温度（100℃〜500℃）に加熱したシリコン基板装
填部に光を照射して塩素ラジカルを発生し、それにより
前記シリコン基板表面のエッチングを行ない、その後、
該反応槽内から塩素ガスを除去し、引き続き薄膜形成用
ガスを該反応槽内に導入して前記シリコン基板上に熱酸
化膜を形成する。

従って、本発明の構成は以下に示す通りである。即
ち、本発明は反応槽（11）内にシリコン基板（13）を装
填し該反応槽（11）内を排気する第１の工程と、しかる
後、該反応槽（11）内に塩素ガス（17）を導入すると共
に該シリコン基板（13）を100℃〜500℃の温度に加熱す
る第２の工程と、該反応槽（11）内に塩素ガス（17）を
導入しつつ加熱し、該シリコン基板充填部に光を照射し
て塩素ラジカルを発生し、それにより該シリコン基板
（13）表面のエッチングを行なう第３の工程と、その
後、該反応槽（11）内から塩素ガス（17）を除去し、薄
膜形成用ガス（18）を該反応槽（11）内に導入して前記
シリコン基板（13）上に熱酸化膜を形成する第４の工程
とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法とし
ての構成を有する。

〔作用〕

上記によれば、光照射により十分低温で塩素ラジカル
を生成することができ、CO₂等の混入が避けられない微
量の不純物がSi基板に作用することを防止できる。塩素
ガスは他のハロゲン・ガスの弗素等と比較して比較的に
腐食性が弱く、配管系、反応槽、サセプタ等を侵して管
内雰囲気を汚染することが少ない利点があり、一方、比
較的低温（100℃〜500℃）で光照射によるラジカルを発
生でき、Si基板の表面でのエッチング反応を促進するこ
とができる。そして、熱力学的に取り扱えないよう極微
量な、しかしデバイスに影響する量の不純物をシリコン
（Si）基板表面を薄く除去することで取り除くことがで
き、引き続いて薄膜成長を行なうことにより、良質の熱
酸化膜を形成することができる。

尚、シリコン（Si）基板温度が100℃以下では表面清
浄化が十分でなく、形成される酸化膜等の耐圧が得られ
ない。又、500℃以上ではサセプタが塩素で侵され、雰
囲気は汚染されるため、シリコン（Si）基板の清浄化が
できなくなる。以上の観点からいうと、250℃〜350℃が
最も望まいし範囲である。

〔実施例〕

第１図に、本発明に用いる装置を示している。図にお
いて、11は反応槽で石英管であり、その中にサセプタ12
とシリコン（Si）基板（ウエハ）13が装填されている。

14はシリコン（Si）基板加熱用の赤外線源であり、15
はシリコン（Si）基板に照射する紫外線光源である。

石英管11の中に真空ポンプ16で排気されるようになっ
ており、一方、エッチング・ガス（Cl₂）17及び薄膜形
成用ガス18が石英管11内に供給されるようになってい
る。

シリコン（Si）基板の温度調節は、赤外線源14で行な
うようにしており、紫外線光源15の全面のウィンドウ19
に特定波長（200〜300nm）のみを通すガラスを配設して
いる。

以下、SiO₂（酸化膜）薄膜を形成する実施例を示す。

（１）石英管11内を10^-3Torr以下の真空度に引く。

（２）純水素雰囲気（200Torr），シリコン（Si）基板
温度450℃で５分間加熱する。

（３）管内を10^-3Torr以下に引く。

（４）シリコン（Si）基板温度を100℃以下に下げる。

（５）純N₂で案内をリークする。

（６）HF:H₂（3:100）でシリコン（Si）基板の自然酸化
膜を除去する。

（８）乾いた該シリコン（Si）基板13をセットする。

（９）高純度な塩素ガス（99.999％）を管内圧50Torrに
なるまで導入する。

（11）赤外線源（ランプ）14を点灯し、シリコン（Si）
基板13を300℃に加熱する。

（12）塩素ガスの流量系を50cc/分にしたまま真空ポン
プ16の吸引量を調節し、管内圧を20Torrに保つ。

（13）紫外線光源15を点灯し、シリコン（Si）基板13に
紫外線を照射する。照射強度は400〜600W/cm²程度とす
る。その際のエッチング速度は600Å／分程度であり、
約１分間紫外線を照射し、その後紫外線源15を切り塩素
ガスを止め、エッチングを止める。

以上の工程は一連に行なうことができ、それにより、
シリコン（Si）基板13の清浄化が達成される。その後、
引き続いて薄膜形成用ガスとしてO₂を10リットル／分の
流量で導入し、シリコン（Si）基板13温度1000℃で８分
間酸化し、150Åの熱酸化膜（SiO₂膜）を形成した。

第２図に、管内圧とシリコン（Si）基板のエッチング
速度の関係を示してあり、管内圧15〜30Torrで大きなエ
ッチング速度が得られる。

第３図に本実施例による酸化膜の耐圧分布図を示して
あり、実線が本実施例であり、点線が比較例の先に従来
例とした示して10工程からなるウェット・プロセスの場
合であり、本実施例はドライ・プロセスであるにも拘わ
らず殆ど遜色がない。

以上、特に熱酸化膜形成の実施例で説明したが、本発
明はこれに限ることなく多くの他の薄膜形成に適用でき
るものであり、例えば、原料ガスとしてシラン・ガス或
はジシラン・ガスを用いることにより、シリコン薄膜を
形成することができる。

〔発明の効果〕

以上のことから明らかなように、本発明によれば、従
来のように薬品を用いるウェット・プロセスによらず、
ドライ・プロセスで、ダメージを誘起することなく十分
にシリコン（Si）基板の清浄化を行なうことができ、引
き続いてシリコン（Si）基板を反応槽から取出すことな
く薄膜の形成を行なうことにより、シリコン（Si）基板
上に膜圧、膜質が均質で良質な熱酸化膜を形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は第１図の装
置における管内圧とエッチング速度の関係を示す図、第
３図は本発明と従来例の酸化膜の耐圧分布の比較図、第
４図は従来の表面が清浄でない場合の酸化膜形成図であ
る。 1,13……シリコン（Si）基板（ウエハ）２……汚染物質３……SiO₂（薄膜）（熱酸化膜） 11……石英管 12……サセプタ 14……赤外線源 15……紫外線光源 16……真空ポンプ 17……エッチング・ガス（塩素ガスCl₂） 18……薄膜形成用ガス（O₂） 19……ウィンドウ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−124124（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−63930（ＪＰ，Ａ) 特公昭49−390（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応槽内にシリコン基板を装填し、該反応
槽内を排気する第１の工程と、しかる後、該反応槽内に
塩素ガスを導入すると共に該シリコン基板を100℃〜500
℃の温度に加熱する第２の工程と、該反応槽内に塩素ガ
スを導入しつつ加熱し、該シリコン基板充填部に光を照
射して塩素ラジカルを発生し、それにより該シリコン基
板表面のエッチングを行なう第３の工程と、その後、該
反応槽内から塩素ガスを除去し、薄膜形成用ガスを該反
応槽内に導入して前記シリコン基板上に熱酸化膜を形成
する第４の工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。