JPH09186133A - シリコンウエファの表面処理方法 - Google Patents
シリコンウエファの表面処理方法Info
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- JPH09186133A JPH09186133A JP8000894A JP89496A JPH09186133A JP H09186133 A JPH09186133 A JP H09186133A JP 8000894 A JP8000894 A JP 8000894A JP 89496 A JP89496 A JP 89496A JP H09186133 A JPH09186133 A JP H09186133A
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウエファ表面を水素終端化できると同時にウ
エファ表面の平坦性を損なうことのないシリコンウエフ
ァの表面処理方法を提供する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１を隔膜として用い
て、陽極側４と陰極側５とに分離して、陽極側に純水を
供給しながら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガス
を、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成
した水電解セル10からなる水素・酸素発生装置を用い
て、固体高分子電解質膜１の陰極側に、陰極側給電体と
してシリコンウエファ６を接触させて電気分解すること
によって、シリコンウエファの表面に水素ラジカルを接
触させることにより、シリコンウエファ表面を水素終端
化、すなわち不活性化する。
エファ表面の平坦性を損なうことのないシリコンウエフ
ァの表面処理方法を提供する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１を隔膜として用い
て、陽極側４と陰極側５とに分離して、陽極側に純水を
供給しながら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガス
を、陰極側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成
した水電解セル10からなる水素・酸素発生装置を用い
て、固体高分子電解質膜１の陰極側に、陰極側給電体と
してシリコンウエファ６を接触させて電気分解すること
によって、シリコンウエファの表面に水素ラジカルを接
触させることにより、シリコンウエファ表面を水素終端
化、すなわち不活性化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質膜、例
えば、固体高分子電解質膜を隔膜として用い、陽極側に
純水を供給しながら電気分解して、陽極側から酸素ガス
を、陰極側から水素ガスを発生させるための水素・酸素
発生装置を用いて、シリコンウエファ表面の不活性化、
すなわち水素終端化するシリコンウエファの表面処理方
法に関する。
えば、固体高分子電解質膜を隔膜として用い、陽極側に
純水を供給しながら電気分解して、陽極側から酸素ガス
を、陰極側から水素ガスを発生させるための水素・酸素
発生装置を用いて、シリコンウエファ表面の不活性化、
すなわち水素終端化するシリコンウエファの表面処理方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高性能、高信頼性を有する超集積回路(U
LSI)製造プロセスでは、ウエファ表面のマイクロラフネ
スを含む極微量のコンタミネーションが、デバイスの電
気特性に大きく影響を及ぼすこととなる。このため、従
来より、装置のクリーン化、用いる薬品や超純水の高純
度化が図られ、それにより、金属、有機物、微粒子など
の不純物に起因するコンタミネーションがほぼコントロ
ールできるようになっている。
LSI)製造プロセスでは、ウエファ表面のマイクロラフネ
スを含む極微量のコンタミネーションが、デバイスの電
気特性に大きく影響を及ぼすこととなる。このため、従
来より、装置のクリーン化、用いる薬品や超純水の高純
度化が図られ、それにより、金属、有機物、微粒子など
の不純物に起因するコンタミネーションがほぼコントロ
ールできるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなコンタミネーションが排除された現在、さらなるデ
バイスの高集積化とその生産の安定化のためには、製造
プロセス中において、いかにウエファ表面に形成される
自然酸化膜を制御するか、ウエファ表面の原子レベルで
の平坦化とその維持が重要な課題となっている。
うなコンタミネーションが排除された現在、さらなるデ
バイスの高集積化とその生産の安定化のためには、製造
プロセス中において、いかにウエファ表面に形成される
自然酸化膜を制御するか、ウエファ表面の原子レベルで
の平坦化とその維持が重要な課題となっている。
【０００４】現在、ウエファ表面に形成される自然酸化
膜の成長を抑制する方法として、ウエファ表面を不活性
化（水素終端化）する方法が知られている。ウエファ表
面を水素終端化する方法としては、プラズマや原子状ラ
ジカルをウエファ表面に照射するドライプロセスや、希
フッ酸や高温超純水等で処理を行うウェットプロセスが
あるが、これらは双方ともウエファ表面の平坦性を損な
うという欠点がある。
膜の成長を抑制する方法として、ウエファ表面を不活性
化（水素終端化）する方法が知られている。ウエファ表
面を水素終端化する方法としては、プラズマや原子状ラ
ジカルをウエファ表面に照射するドライプロセスや、希
フッ酸や高温超純水等で処理を行うウェットプロセスが
あるが、これらは双方ともウエファ表面の平坦性を損な
うという欠点がある。
【０００５】本発明は、このような現状に鑑みて、ウエ
ファ表面を水素終端化できると同時にウエファ表面の平
坦性を損なうことのないシリコンウエファの表面処理方
法を提供することを目的とする。
ファ表面を水素終端化できると同時にウエファ表面の平
坦性を損なうことのないシリコンウエファの表面処理方
法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】例えば、半導体製造工場
など水素ガス、酸素ガスを消費する工場では、固体高分
子電解質膜等の固体電解質膜を隔膜として用いて、陽極
側と陰極側とに分離して、純水を陽極側に供給しながら
純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側か
ら水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セ
ルからなる水素・酸素発生装置を設置することが行われ
ている。
など水素ガス、酸素ガスを消費する工場では、固体高分
子電解質膜等の固体電解質膜を隔膜として用いて、陽極
側と陰極側とに分離して、純水を陽極側に供給しながら
純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側か
ら水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セ
ルからなる水素・酸素発生装置を設置することが行われ
ている。
【０００７】この装置は、本発明者等が既に特開平5-28
7570号において、図３に示したように、固体高分子電解
質128、例えば、カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフ
ォン酸カチオン交換膜、例えば、デュポン社製「ナフィ
オン117」）の両面に白金属族金属等からなる多孔質の
陽極122及び陰極123を接合した構造の固体高分子電解質
膜121を隔膜として用いることで、陽極室124と陰極室12
5とに分離した構造の水電解セル116を形成し、該水電解
セル116の陽極室124に純水を供給しながら電気分解を行
い、陽極室124から酸素ガスを、陰極室125から水素ガス
をそれぞれ発生するように構成したものである。すなわ
ち、水を陽極側に供給しながら電気分解することによ
り、陽極側では、2H2O→O2＋4H+＋4e-のような反応が起
こり酸素ガスが発生し、陰極側では、4H+＋4e-→２H2の
反応が起こり水素ガスが発生するものである。この場
合、水素は陽極で生成された水素イオンが、イオン交換
膜（カチオン交換膜）内を陰極側へ移動し、イオン交換
膜表面に接合した陰極123を構成する白金層と表面にお
いて電子を授受して水素ガスとなるが、この際、水素ラ
ジカルが同時に発生している。
7570号において、図３に示したように、固体高分子電解
質128、例えば、カチオン交換膜（フッ素樹脂系スルフ
ォン酸カチオン交換膜、例えば、デュポン社製「ナフィ
オン117」）の両面に白金属族金属等からなる多孔質の
陽極122及び陰極123を接合した構造の固体高分子電解質
膜121を隔膜として用いることで、陽極室124と陰極室12
5とに分離した構造の水電解セル116を形成し、該水電解
セル116の陽極室124に純水を供給しながら電気分解を行
い、陽極室124から酸素ガスを、陰極室125から水素ガス
をそれぞれ発生するように構成したものである。すなわ
ち、水を陽極側に供給しながら電気分解することによ
り、陽極側では、2H2O→O2＋4H+＋4e-のような反応が起
こり酸素ガスが発生し、陰極側では、4H+＋4e-→２H2の
反応が起こり水素ガスが発生するものである。この場
合、水素は陽極で生成された水素イオンが、イオン交換
膜（カチオン交換膜）内を陰極側へ移動し、イオン交換
膜表面に接合した陰極123を構成する白金層と表面にお
いて電子を授受して水素ガスとなるが、この際、水素ラ
ジカルが同時に発生している。
【０００８】本発明者等は、この作用に着目して、固体
電解質膜の陰極側の陰極側電極にシリコンウエファを接
触させて、シリコンウエファを給電体として電気分解を
行えば、シリコンウエファ表面で水素ラジカルが生成す
ることとなって、水素終端化処理を行えることを知見し
て本発明を完成させたものである。
電解質膜の陰極側の陰極側電極にシリコンウエファを接
触させて、シリコンウエファを給電体として電気分解を
行えば、シリコンウエファ表面で水素ラジカルが生成す
ることとなって、水素終端化処理を行えることを知見し
て本発明を完成させたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】すなわち、本発明のシリコンウエ
ファの表面処理方法は、固体電解質膜を隔膜として用い
て、陽極側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給
しながら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、
陰極側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成した
水電解セルからなる水素・酸素発生装置において、固体
電解質膜の陰極側の陰極側電極にシリコンウエファを接
触させて、シリコンウエファを給電体として電気分解す
ることによって、シリコンウエファの表面に水素ラジカ
ルを接触させることにより、シリコンウエファ表面を水
素終端化、すなわち不活性化することを特徴とするシリ
コンウエファの表面処理方法である。
ファの表面処理方法は、固体電解質膜を隔膜として用い
て、陽極側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給
しながら純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、
陰極側から水素ガスをそれぞれ発生するように構成した
水電解セルからなる水素・酸素発生装置において、固体
電解質膜の陰極側の陰極側電極にシリコンウエファを接
触させて、シリコンウエファを給電体として電気分解す
ることによって、シリコンウエファの表面に水素ラジカ
ルを接触させることにより、シリコンウエファ表面を水
素終端化、すなわち不活性化することを特徴とするシリ
コンウエファの表面処理方法である。
【００１０】また、本発明のシリコンウエファの表面処
理方法は、陰極側電極のシリコンウエファ接触面が、該
接触面にて発生した水素ガスを外部に逃す経路を形成す
るように凹凸状に形成されている。
理方法は、陰極側電極のシリコンウエファ接触面が、該
接触面にて発生した水素ガスを外部に逃す経路を形成す
るように凹凸状に形成されている。
【００１１】さらに、本発明のシリコンウエファの表面
処理方法は、固体電解質膜が、固体電解質の両面に白金
属族金属からなる電極を接合した構造の固体電解質膜で
あり、好ましくは、前記固体電解質が固体高分子電解質
であるのが好ましく、さらに、固体高分子電解質として
は、イオン交換膜、特に、カチオン交換膜であるのが好
ましい。
処理方法は、固体電解質膜が、固体電解質の両面に白金
属族金属からなる電極を接合した構造の固体電解質膜で
あり、好ましくは、前記固体電解質が固体高分子電解質
であるのが好ましく、さらに、固体高分子電解質として
は、イオン交換膜、特に、カチオン交換膜であるのが好
ましい。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいてより
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１３】図１は、本発明のシリコンウエファの表面
処理方法を説明する概略図、図２は、その作用を示す部
分拡大図である。
処理方法を説明する概略図、図２は、その作用を示す部
分拡大図である。
【００１４】図１において、１は固体高分子電解質膜を
示しており、固体高分子電解質膜１は、固体高分子電解
質２、イオン交換膜、例えば、カチオン交換膜（フッ素
樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜、例えば、デュポン
社製「ナフィオン117」）の両面に白金属族金属等から
なる陽極側電極３と陰極側電極３’を接合した構造の固
体高分子電解質膜１であり、これが陽極室４と陰極室５
とを区画する隔膜として用いられ、水電解セル10を構成
している。なお、隔膜として、セラミックなどその他の
固体電解質膜を用いることもできるが、本実施例のよう
に、固体高分子電解質膜を用いるのが好ましい。
示しており、固体高分子電解質膜１は、固体高分子電解
質２、イオン交換膜、例えば、カチオン交換膜（フッ素
樹脂系スルフォン酸カチオン交換膜、例えば、デュポン
社製「ナフィオン117」）の両面に白金属族金属等から
なる陽極側電極３と陰極側電極３’を接合した構造の固
体高分子電解質膜１であり、これが陽極室４と陰極室５
とを区画する隔膜として用いられ、水電解セル10を構成
している。なお、隔膜として、セラミックなどその他の
固体電解質膜を用いることもできるが、本実施例のよう
に、固体高分子電解質膜を用いるのが好ましい。
【００１５】そして、固体高分子電解質膜１の陰極側に
は、被処理材料であるシリコンウエファ６が、その処理
面6Aが陰極側電極に接触するように配置される。なお、
陽極側の陽極側電極３は、その陽極室４側の表面が平坦
であるが、陰極側の陰極側電極３’は、そのシリコンウ
エファ６との接触面が、接触面にて発生した水素ガスを
外部に逃す経路3a'を形成するように凹凸状に形成され
ている。また、陽極側電極３の外側にはチタンメッシュ
からなる給電体７が配設され、シリコンウエファ６とこ
の給電体７が電源に接続されている。そして、水電解セ
ル10の陽極室４に純水を供給しながら陽極側と陰極側に
電圧が印可されて、電気分解を行い、陽極室４から酸素
ガスを、陰極室５から水素ガスをそれぞれ発生するよう
に構成されている。
は、被処理材料であるシリコンウエファ６が、その処理
面6Aが陰極側電極に接触するように配置される。なお、
陽極側の陽極側電極３は、その陽極室４側の表面が平坦
であるが、陰極側の陰極側電極３’は、そのシリコンウ
エファ６との接触面が、接触面にて発生した水素ガスを
外部に逃す経路3a'を形成するように凹凸状に形成され
ている。また、陽極側電極３の外側にはチタンメッシュ
からなる給電体７が配設され、シリコンウエファ６とこ
の給電体７が電源に接続されている。そして、水電解セ
ル10の陽極室４に純水を供給しながら陽極側と陰極側に
電圧が印可されて、電気分解を行い、陽極室４から酸素
ガスを、陰極室５から水素ガスをそれぞれ発生するよう
に構成されている。
【００１６】すなわち、水を陽極側に供給しながら電気
分解することにより、陽極側では、2H2O→O2＋4H+＋4e-
のような反応が起こり酸素ガスが発生し、陰極側では、
4H+＋4e-→２H2の反応が起こり水素ガスが発生するもの
である。
分解することにより、陽極側では、2H2O→O2＋4H+＋4e-
のような反応が起こり酸素ガスが発生し、陰極側では、
4H+＋4e-→２H2の反応が起こり水素ガスが発生するもの
である。
【００１７】この場合、図２に示したように、水素は陽
極で生成された水素イオンが、固体高分子電解質２であ
るイオン交換膜（カチオン交換膜）内を陰極側へ移動
し、イオン交換膜に接合された陰極側電極表面とシリコ
ンウエファ表面6Aとの界面において、電子を授受して水
素ガスとなるが、この際には、水素ラジカルが同時に発
生している。従って、陰極側給電体としてシリコンウエ
ファを用いて電気分解を行えば、シリコンウエファ表面
6Aで水素ラジカルが生成することとなって、水素終端化
処理を行えることとなる。
極で生成された水素イオンが、固体高分子電解質２であ
るイオン交換膜（カチオン交換膜）内を陰極側へ移動
し、イオン交換膜に接合された陰極側電極表面とシリコ
ンウエファ表面6Aとの界面において、電子を授受して水
素ガスとなるが、この際には、水素ラジカルが同時に発
生している。従って、陰極側給電体としてシリコンウエ
ファを用いて電気分解を行えば、シリコンウエファ表面
6Aで水素ラジカルが生成することとなって、水素終端化
処理を行えることとなる。
【００１８】（実施例１）ウエファCz-n（1.0.0)、6inc
hのウエファを、希フッ酸溶液で処理し、表面の自然酸
化膜を除去した。このウエファを、160mmφの固体高分
子電解質膜、陽極給電体として厚さ5mmのチタンメッシ
ュを用い、純水水質（18MΩ、金属1ppt以下、TOC10ppb
以下）、印可電圧2.0〜4Ｖ、電流20〜300Ａで、本発明
のシリコンウエファの表面処理方法に基づいて表面処理
を行った。
hのウエファを、希フッ酸溶液で処理し、表面の自然酸
化膜を除去した。このウエファを、160mmφの固体高分
子電解質膜、陽極給電体として厚さ5mmのチタンメッシ
ュを用い、純水水質（18MΩ、金属1ppt以下、TOC10ppb
以下）、印可電圧2.0〜4Ｖ、電流20〜300Ａで、本発明
のシリコンウエファの表面処理方法に基づいて表面処理
を行った。
【００１９】この表面処理を行ったウエファについて、
水素終端化の確認、自然酸化膜の確認を、FT-IR-ATR
（フーリエ変換赤外分光装置）で、表面平坦性をAFM
（原子間力顕微鏡）でそれぞれ測定した。その結果を図
４〜図６に示した。図４〜図６から明らかなように、本
発明のシリコンウエファの表面処理方法に基づいて表面
処理を行ったシリコンウエファは、水素終端化、自然酸
化膜の抑制、表面平坦性のいずれの点においても優れて
いることがわかる。
水素終端化の確認、自然酸化膜の確認を、FT-IR-ATR
（フーリエ変換赤外分光装置）で、表面平坦性をAFM
（原子間力顕微鏡）でそれぞれ測定した。その結果を図
４〜図６に示した。図４〜図６から明らかなように、本
発明のシリコンウエファの表面処理方法に基づいて表面
処理を行ったシリコンウエファは、水素終端化、自然酸
化膜の抑制、表面平坦性のいずれの点においても優れて
いることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】本発明のシリコンウエファの表面処理方
法によれば、固体電解質膜を隔膜として用いて、陽極側
と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しながら純
水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側から
水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セル
からなる水素・酸素発生装置を用いて、固体電解質膜の
陰極側に、給電体としてシリコンウエファを接触させて
電気分解することによって、シリコンウエファの表面に
水素ラジカルを生成させることにより、シリコンウエフ
ァ表面を水素終端化、すなわち不活性化することができ
る。
法によれば、固体電解質膜を隔膜として用いて、陽極側
と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しながら純
水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側から
水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セル
からなる水素・酸素発生装置を用いて、固体電解質膜の
陰極側に、給電体としてシリコンウエファを接触させて
電気分解することによって、シリコンウエファの表面に
水素ラジカルを生成させることにより、シリコンウエフ
ァ表面を水素終端化、すなわち不活性化することができ
る。
【００２１】従って、従来のように、希フッ酸などの薬
品を使用せず、常温で処理が行える。また、プラズマを
発生させるような複雑で高価な装置が不要であり、表面
平坦性を損なうこともない。
品を使用せず、常温で処理が行える。また、プラズマを
発生させるような複雑で高価な装置が不要であり、表面
平坦性を損なうこともない。
【図１】図１は、本発明のシリコンウエファの表面処理
方法を説明する概略図である。
方法を説明する概略図である。
【図２】図２は、本発明のシリコンウエファの表面処理
方法の作用を示す部分拡大図である。
方法の作用を示す部分拡大図である。
【図３】図３は、従来の水電解セルの構成を示す概略図
である。
である。
【図４】図４は、本発明のシリコンウエファの表面処理
方法に基づいて表面処理を行ったシリコンウエファの水
素終端化を示すグラフである。
方法に基づいて表面処理を行ったシリコンウエファの水
素終端化を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明のシリコンウエファの表面処理
方法に基づいて表面処理を行ったシリコンウエファの自
然酸化膜の抑制効果を示すグラフである。
方法に基づいて表面処理を行ったシリコンウエファの自
然酸化膜の抑制効果を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明のシリコンウエファの表面処理
方法に基づいて表面処理を行ったシリコンウエファの表
面平坦性を示すグラフである。
方法に基づいて表面処理を行ったシリコンウエファの表
面平坦性を示すグラフである。
１・・・固体高分子電解質膜 ２・・・固体高分子電解質 ３・・・陽極側電極 ３’・・・陰極側電極 ４・・・陽極室 ５・・・陰極室 ６・・・シリコンウエファ ７・・・給電体 10・・・水電解セル 121・・・固体高分子電解質膜 122・・・陽極 123・・・陰極 124・・・陽極室 125・・・陰極室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平井 清司 兵庫県加古川市別府町市新野辺475−20 (72)発明者 小林 宏子 兵庫県神戸市長田区名倉町５丁目８番11号 (72)発明者 長尾 衛 大阪府大阪市東淀川区井高野２丁目７番18 −102号 (72)発明者 原田 宙幸 東京都練馬区西大泉２−25−43
Claims (6)
- 【請求項１】 固体電解質膜を隔膜として用いて、陽極
側と陰極側とに分離して、陽極側に純水を供給しながら
純水を電気分解して、陽極側から酸素ガスを、陰極側か
ら水素ガスをそれぞれ発生するように構成した水電解セ
ルからなる水素・酸素発生装置において、 固体電解質膜の陰極側の陰極側電極にシリコンウエファ
を接触させて、シリコンウエファを給電体として電気分
解することによって、シリコンウエファの表面に水素ラ
ジカルを接触させることにより、シリコンウエファ表面
を水素終端化、すなわち不活性化することを特徴とする
シリコンウエファの表面処理方法。 - 【請求項２】 前記陰極側電極のシリコンウエファ接触
面が、該接触面にて発生した水素ガスを外部に逃す経路
を形成するように凹凸状に形成されていることを特徴と
する請求項１に記載のシリコンウエファの表面処理方
法。 - 【請求項３】 前記固体電解質膜が、固体電解質の両面
に白金属族金属からなる電極を接合した構造の固体電解
質膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のシ
リコンウエファの表面処理方法。 - 【請求項４】 前記固体電解質が、固体高分子電解質で
あることを特徴とする請求項３に記載のシリコンウエフ
ァの表面処理方法。 - 【請求項５】 前記固体高分子電解質が、イオン交換膜
であることを特徴とする請求項４に記載のシリコンウエ
ファの表面処理方法。 - 【請求項６】 前記固体高分子電解質が、カチオン交換
膜であることを特徴とする請求項５に記載のシリコンウ
エファの表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8000894A JPH09186133A (ja) | 1996-01-08 | 1996-01-08 | シリコンウエファの表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8000894A JPH09186133A (ja) | 1996-01-08 | 1996-01-08 | シリコンウエファの表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09186133A true JPH09186133A (ja) | 1997-07-15 |
Family
ID=11486398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8000894A Pending JPH09186133A (ja) | 1996-01-08 | 1996-01-08 | シリコンウエファの表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09186133A (ja) |
Cited By (4)
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