JPS6242530A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、シリコン基板をエツチングし
た後、引続きｉ膜形成を行なう事により、優れた特性の
薄膜を形成する。

〔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
して薄膜を形成する方法に関する。

〔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
板表面の清浄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為、ドライ・プロセ
ス或はウェット・プロセスにより半導体基板表面を僅か
にエツ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イジを与
えることから、基板表面の前処理には化学エツチング等
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・プロセス例を示す。

（１）ＮＨ４０Ｈ，Ｈ２Ｏ２，ｔ（２Ｃ１）混合溶液で
処理する。

（２）！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。

（６）流水で洗浄する。

（７）Ｈ２Ｏで煮沸。

（８）　ＨＣｌ、　Ｈ２０ｚ、　Ｈ２０で処理。

（９）流水で洗浄する。

（１０）蒸溜水で煮沸する。

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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・エツチング
等では、前記の基板にダメイジを与える欠点の他、Ｃ１
２ガスの高純度化において避けられない程度の極微量な
不純物１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欠点がある。

第４図に、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しめしている。

図のように、Ｓｉ基板１の表面に形成された酸化膜（Ｓ
ｉＯｚ）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。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、シリコン基板上に薄膜を形成するに
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°Ｃ〜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ツチングを行ない、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
薄膜を形成する。

〔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が防止できる。　
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９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
カルを発注でき、Ｓｉ基板の表面でのエンチング反応を
促進することができる。そして、熱力学的に取り扱えな
いような極微量な、しかしデバイスに影響する量の不純
物を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
薄膜を形成することができる。

尚、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、雰囲気が汚
染される為、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℃が最も望ましい範
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３ｉ基板（ウェハ）１３が装填されている
。

１４はＳｉ基板加熱用の赤外線源であり、１５はＳｉ基
板に照射する紫外線光源である。

石英管１１の中は真空ポンプ１６で排気されるようにな
っており、一方、エツチング・ガスＣＩ２″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。

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の前面のウィンドウ１９に特定
波長（２００〜３００ｎｍ）のみを通すガラスを配設し
ている。

以下に、５ｉ０２薄膜を形成する実施例を示す（１）石
英管１１内を１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以下の真空度に引く。

（２）純水素雰囲気（２００Ｔｏｒｒ）、基板温度４５
０°Ｃで５分間加熱する。

（３）管内を１０−３Ｔ　ｏ　ｒ　ｒ以下に引く。

（４）Ｓｉ基板温度を１００℃以下にさげる。

（５）純Ｎ２で管内をリークする。

（６）ＨＦ：Ｈ２Ｏ（３：１００）でＳｉ基板の自然酸
化膜を除去する。

（８）乾いた該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５
０Ｔｏ　ｒ　ｒになるまで導入する。

（１１）赤外線源（ランプ）１４を点灯し、Ｓｉ基板１
３を３００℃に加熱する。

（１２）塩素ガスの流量計を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２０Ｔｏ　ｒ
　ｒに保つ。

（１３）紫外線光源１５を点灯し、Ｓｉ基板１３に紫外
線を照射する。照射強度は４００〜６００Ｗ／ｃＩ１１
２程度とする。その際のエツチング速度は６００人／分
程度であり、約１分間紫外線を照射し、その後紫外線光
源１５を切り塩素ガスを止め、エツチングを止める。

以上の工程は一連に行なうことができ、それにより、Ｓ
ｉ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０２を１０１Ｊノトル／分の流量
で導入し、Ｓｉ基板１３を温度１０００℃で８分間酸化
し、１５０人のＳ　ｔ　Ｏ２膜を形成した。

第２図に、管内圧とＳｉ基板のエツチング速度の関係を
しめしてあり、管内圧１５〜３０　Ｔ　ｏ　ｒｒで大き
なエツ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
例として示した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通用できるも
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、ダメイジを誘起することなく十分に
Ｓｉ基板の清浄化を行なうことができ、引き続いてＳｉ
基板を反応槽がら取出すことなく薄膜の形成を行なうこ
とにより、Ｓｉ基板上に膜厚、膜質が均質で良質な薄膜
を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための装置の概要図、第２図
は管内圧とエツチング速度の関係を示す図、第３図は実
施例により形成した酸化膜の耐圧分布図、第４図は表面
が清浄でない場合の酸化膜の形成の説明図である。 １・・・Ｓｉ基板 ２・・・汚染物質 ３・・・５ｉ０２　（薄膜） １１・・・石英管 １２・・・サセプタ １３・・・Ｓｉ基板（ウェハ） １４・・・赤外線源 １５・・・紫外線光源 １６・・・真空ポンプ １７・・・エツチング・ガス（塩素ｃ１２）１８・・・
薄膜形成用ガス １９・・・ウインドウ 第　　１　　図 圧力Ｔｏｒｒ 管内圧とエツチング速度の関係を示す図［ＭＶ／　ｃ　
ｍ　］ 酸化膜の耐圧分布図 第３図 　　Ｓｉ −＼−１Ｓｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応槽内にシリコン基板を装填し、該反応槽内を排気し
   、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℃の温度に加熱し、該
   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、それにより該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、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
   薄膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法
   。