JP2821264B2 - シリコンデバイスのガス清浄法 - Google Patents
シリコンデバイスのガス清浄法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明はシリコンデバイスの表面を清浄化するための
改良法に関する。
改良法に関する。
背景技術 半導体（シリコン）デバイス、たとえばシリコン集積
回路および電荷結合素子の製造には、不純物がこれらの
デバイスの表面に存在するのを阻止する必要がある。不
純物、たとえば銅、鉄および金はデバイスの表面に望ま
しくない電荷トラップを形成し、これらがシリコン素材
中へ拡散してホットスポットまたはノイズ源を形成し、
これがデバイスの性能に不利な影響を与える可能性があ
るので、特に問題となる。
回路および電荷結合素子の製造には、不純物がこれらの
デバイスの表面に存在するのを阻止する必要がある。不
純物、たとえば銅、鉄および金はデバイスの表面に望ま
しくない電荷トラップを形成し、これらがシリコン素材
中へ拡散してホットスポットまたはノイズ源を形成し、
これがデバイスの性能に不利な影響を与える可能性があ
るので、特に問題となる。
シリコンウェーハ製デバイスは一般に下記を含む処理
工程を用いて製造される： ａ）シリコン内へのドーパントの熱拡散；および ｂ）シリコンの各領域での酸化物の熱成長。
工程を用いて製造される： ａ）シリコン内へのドーパントの熱拡散；および ｂ）シリコンの各領域での酸化物の熱成長。
熱工程それぞれの前に、シリコンウェーハを清浄化す
るのが一般的である。一般的にこれはウェーハを水酸化
アンモニウムおよび過酸化水素の水溶液に暴露し；まず
ウェーハを脱イオン水ですすぎ、ウェーハを塩酸と過酸
化水素の水溶液に暴露し；そして２回目にはウェーハを
脱イオン水ですすぐことにより行われる。このような方
法は痕跡量の不純物を洗浄除去するのに有効であるが、
主としてこれは湿潤溶液による取扱いおよび処理を必要
とするので；またこれはかなりの処理時間を要するの
で、若干の改良すべき点が残される。また、すべての液
状洗浄剤中に存在する粒子がウェーハに付着しやすく、
これらはそこで微細なパターン化構造上に短絡および開
放部を形成する可能性がある。
るのが一般的である。一般的にこれはウェーハを水酸化
アンモニウムおよび過酸化水素の水溶液に暴露し；まず
ウェーハを脱イオン水ですすぎ、ウェーハを塩酸と過酸
化水素の水溶液に暴露し；そして２回目にはウェーハを
脱イオン水ですすぐことにより行われる。このような方
法は痕跡量の不純物を洗浄除去するのに有効であるが、
主としてこれは湿潤溶液による取扱いおよび処理を必要
とするので；またこれはかなりの処理時間を要するの
で、若干の改良すべき点が残される。また、すべての液
状洗浄剤中に存在する粒子がウェーハに付着しやすく、
これらはそこで微細なパターン化構造上に短絡および開
放部を形成する可能性がある。
米国特許第4,159,917号明細書には、酸化窒素および
無水塩酸をキャリヤーガスである分子状窒素と共に850
〜1100℃の温度で用いるガス清浄法が示されている。ウ
ェーハから金属系不純物を除去するのにきわめて有効で
はあるが、シリコンとの望ましくない反応が同時に起こ
り、シリコン、酸素、窒素およびクロリドを含有する厚
さ約7.5cmの皮膜が形成される（オキシ窒化塩化シリコ
ン）という点でこの方法は欠点をもつ。この皮膜はシリ
コン表面のより効果的な清浄化を妨げ、しばしば後続の
操作、たとえば熱酸化およびドーパント拡散を抑制す
る。
無水塩酸をキャリヤーガスである分子状窒素と共に850
〜1100℃の温度で用いるガス清浄法が示されている。ウ
ェーハから金属系不純物を除去するのにきわめて有効で
はあるが、シリコンとの望ましくない反応が同時に起こ
り、シリコン、酸素、窒素およびクロリドを含有する厚
さ約7.5cmの皮膜が形成される（オキシ窒化塩化シリコ
ン）という点でこの方法は欠点をもつ。この皮膜はシリ
コン表面のより効果的な清浄化を妨げ、しばしば後続の
操作、たとえば熱酸化およびドーパント拡散を抑制す
る。
図面の簡単な説明 図面は本発明を実施するための装置を断面で示す模式
図である。
図である。
発明の要約 本発明の目的は、ガス清浄法を利用し、一方ではオキ
シ窒化塩化物皮膜をも排除することである。
シ窒化塩化物皮膜をも排除することである。
本発明によれば望ましくないオキシ窒化塩化シリコン
皮膜が除去されるが、この薄いオキシ窒化塩化シリコン
皮膜はCF4,N2およびH2の混合物のRG励起により115〜200
℃において形成されるガスプラズマ中で除去される。オ
キシ窒化塩化シリコン皮膜が除去されることにより、後
続の加工操作、たとえば熱酸化およびドーパント拡散の
抑制が除かれ、このサイクルの反復によって清浄化が改
善される。清浄剤であるガスを効果的に過することに
より液状洗浄剤に一般的な粒子暴露が最小限に抑えられ
る。
皮膜が除去されるが、この薄いオキシ窒化塩化シリコン
皮膜はCF4,N2およびH2の混合物のRG励起により115〜200
℃において形成されるガスプラズマ中で除去される。オ
キシ窒化塩化シリコン皮膜が除去されることにより、後
続の加工操作、たとえば熱酸化およびドーパント拡散の
抑制が除かれ、このサイクルの反復によって清浄化が改
善される。清浄剤であるガスを効果的に過することに
より液状洗浄剤に一般的な粒子暴露が最小限に抑えられ
る。
発明の実施態様 図面を参照すると、本発明を実施するためのシステム
は酸化窒素供給源21、無水塩酸供給源22、不溶性ガス、
たとえば窒素、アルゴンなどの供給源23、四フッ化炭素
供給源24、水素供給源24、ならびに２個の窒素供給源そ
れぞれ25および39を用いる。調整弁27,28,29,31,32およ
び33がそれらの対応する供給源からのガスの流れを調整
する。オンオフ電磁弁30,34,35,36および40がガス流の
開始および停止のために用いられる。可動プラットフォ
ーム17の上下によりシリコンウェーハ11が反応室16に導
入される。真空ガスケット14がガス処理中に反応室をシ
ールする。ウェーハの加熱はタングステン−ハロゲン−
フラッシュランプ13および透明サファイアウィンドー15
を用いて行われる。RF供給源、RF、に接続されたRFコイ
ル12がガスプラズマの形成のために用いられる。クリオ
トラップ（cryotrap）18により腐食性薬品から保護され
た機械的真空ポンプ19を用いて減圧操作が行われる。真
空弁37および38によってシステムのポンプ送入またはト
ラップパージが可能となる。適宜な温度制御装置および
ソレノイド制御装置（模式図中には示されていない）を
使用しうることは当業者に理解されるであろう。同様に
模式図中には示されていないが、0.02ミクロン以上の粒
子に対し99.99％有効な高純度ガスフィルターがあり、
これは各供給源と調整弁の間に配置される。
は酸化窒素供給源21、無水塩酸供給源22、不溶性ガス、
たとえば窒素、アルゴンなどの供給源23、四フッ化炭素
供給源24、水素供給源24、ならびに２個の窒素供給源そ
れぞれ25および39を用いる。調整弁27,28,29,31,32およ
び33がそれらの対応する供給源からのガスの流れを調整
する。オンオフ電磁弁30,34,35,36および40がガス流の
開始および停止のために用いられる。可動プラットフォ
ーム17の上下によりシリコンウェーハ11が反応室16に導
入される。真空ガスケット14がガス処理中に反応室をシ
ールする。ウェーハの加熱はタングステン−ハロゲン−
フラッシュランプ13および透明サファイアウィンドー15
を用いて行われる。RF供給源、RF、に接続されたRFコイ
ル12がガスプラズマの形成のために用いられる。クリオ
トラップ（cryotrap）18により腐食性薬品から保護され
た機械的真空ポンプ19を用いて減圧操作が行われる。真
空弁37および38によってシステムのポンプ送入またはト
ラップパージが可能となる。適宜な温度制御装置および
ソレノイド制御装置（模式図中には示されていない）を
使用しうることは当業者に理解されるであろう。同様に
模式図中には示されていないが、0.02ミクロン以上の粒
子に対し99.99％有効な高純度ガスフィルターがあり、
これは各供給源と調整弁の間に配置される。
この清浄法は最低２工程を伴う。本発明の第１工程に
おいてはたとえば調整弁27,28および29を112.5cm3/分、
135cm3/分および2250cm3/分のそれぞれ供給源21からの
酸素窒素、供給源22からの無水塩酸、および供給源23か
らの不活性キャリヤーガスが供給されるように設定す
る。清浄化すべきシリコンウェーハはこの装置内に、石
英容器16の底部において気密シールが行われるように可
動プラットフォーム17を上昇させることにより配置され
る。
おいてはたとえば調整弁27,28および29を112.5cm3/分、
135cm3/分および2250cm3/分のそれぞれ供給源21からの
酸素窒素、供給源22からの無水塩酸、および供給源23か
らの不活性キャリヤーガスが供給されるように設定す
る。清浄化すべきシリコンウェーハはこの装置内に、石
英容器16の底部において気密シールが行われるように可
動プラットフォーム17を上昇させることにより配置され
る。
装置への前記清浄用ガスの流入はソレノイド34および
真空弁37を閉じた状態でソレノイド30および35を開くこ
とにより開始される。金属系不純物を除去するために、
ウェーハ温度は850〜1100℃に５分間高められる。通常
の拡散炉を用いることができるが、タングステン−ハロ
ゲン−フラッシュランプのアレイを用いるウェーハ加熱
の方が好ましいことは当業者に理解されるであろう。ウ
ェーハ加熱速度がより高く、表面不純物が清浄用ガスと
反応する前にシリコン素材中へ拡散する傾向が少なくな
るからである。本発明の第２工程においては、調整弁3
3,32および31は供給源24からのテトラフルオロメタン、
供給源26からの水素、および供給源25からの窒素の混合
物、たとえばそれぞれ1:1:2の比率のもの、を供給すべ
く設定される。機械的真空ポンプ19を用いて、ソレノイ
ド35,34および30を閉じ、真空弁37および38を開くこと
により、装置16を排気する。ソレノイド36および40を備
えたクリオトラップを用いて第１工程から残留する腐食
性蒸気をトラップする。一例においては、ソレノイド34
を開くことによりシステム内に前記のエッチガスを導入
すると、システム圧力53.15Paとなる。フラッシュラン
プ13はウェーハ温度を115〜200℃となすべく調整され
る。150ワット、13.56メガヘルツのRF電力を電源RFから
コイル12へ印加する。ウェーハ領域にプラズマが形成さ
れ、これは約7.8nmのオキシ窒化塩化シリコン皮膜をウ
ェーハから１分以内に除去する。プラズマは裸のシリコ
ンを約7nm/分で攻撃し、1:1:1の選択率となる。
真空弁37を閉じた状態でソレノイド30および35を開くこ
とにより開始される。金属系不純物を除去するために、
ウェーハ温度は850〜1100℃に５分間高められる。通常
の拡散炉を用いることができるが、タングステン−ハロ
ゲン−フラッシュランプのアレイを用いるウェーハ加熱
の方が好ましいことは当業者に理解されるであろう。ウ
ェーハ加熱速度がより高く、表面不純物が清浄用ガスと
反応する前にシリコン素材中へ拡散する傾向が少なくな
るからである。本発明の第２工程においては、調整弁3
3,32および31は供給源24からのテトラフルオロメタン、
供給源26からの水素、および供給源25からの窒素の混合
物、たとえばそれぞれ1:1:2の比率のもの、を供給すべ
く設定される。機械的真空ポンプ19を用いて、ソレノイ
ド35,34および30を閉じ、真空弁37および38を開くこと
により、装置16を排気する。ソレノイド36および40を備
えたクリオトラップを用いて第１工程から残留する腐食
性蒸気をトラップする。一例においては、ソレノイド34
を開くことによりシステム内に前記のエッチガスを導入
すると、システム圧力53.15Paとなる。フラッシュラン
プ13はウェーハ温度を115〜200℃となすべく調整され
る。150ワット、13.56メガヘルツのRF電力を電源RFから
コイル12へ印加する。ウェーハ領域にプラズマが形成さ
れ、これは約7.8nmのオキシ窒化塩化シリコン皮膜をウ
ェーハから１分以内に除去する。プラズマは裸のシリコ
ンを約7nm/分で攻撃し、1:1:1の選択率となる。
クリオトラップ18は、弁37および38を閉じ、ソレノイ
ド36および40を開き、一方トラップを液体窒素温度から
加温することにより、凝縮した腐食性蒸気をパージす
る。
ド36および40を開き、一方トラップを液体窒素温度から
加温することにより、凝縮した腐食性蒸気をパージす
る。
下記に示す第１表は金に対する清浄効率に関して工程
ａ）のパラメータ変化効果を示す。金の除去につき調べ
たのは、それがその貴金属性のため最も除去しにくい金
属系不純物の１つであると考えられるからである。
ａ）のパラメータ変化効果を示す。金の除去につき調べ
たのは、それがその貴金属性のため最も除去しにくい金
属系不純物の１つであると考えられるからである。
工程ａ）において、オキシ窒化塩化シリコン皮膜が形
成される。この皮膜は温度およびプロセスガス濃度によ
って定められる速度で約8nmの限界厚にまで成長する。
下記に示す第２表は数種のプロセス条件下で一般的な膜
厚を示す。
成される。この皮膜は温度およびプロセスガス濃度によ
って定められる速度で約8nmの限界厚にまで成長する。
下記に示す第２表は数種のプロセス条件下で一般的な膜
厚を示す。
実験技術の便宜上、厚さ80Åのオキシ窒化塩化シリコ
ン（SiOXNYCl2）の代わりに100nmの熱的二酸化シリコン
（SiO2）を用いて工程ｂ）のエッチ条件を至適化した。
この至適化法はシリコンに対するSiO2のエッチ速度を最
大限となし、これにより工程（ｂ）においてシリコンの
最小損失が爺源されるものであった。下記の第３表に、
一定の電力150ワットにおけるガス比、圧力および温度
の関数としての選択値をまとめる。SiO2につき測定され
た至適エッチ条件に相当するSiOXNYCl2選択性が示され
る。
ン（SiOXNYCl2）の代わりに100nmの熱的二酸化シリコン
（SiO2）を用いて工程ｂ）のエッチ条件を至適化した。
この至適化法はシリコンに対するSiO2のエッチ速度を最
大限となし、これにより工程（ｂ）においてシリコンの
最小損失が爺源されるものであった。下記の第３表に、
一定の電力150ワットにおけるガス比、圧力および温度
の関数としての選択値をまとめる。SiO2につき測定され
た至適エッチ条件に相当するSiOXNYCl2選択性が示され
る。
効果的な清浄法には、112.5cc/分の酸化窒素、67.5cm
3/分の無水塩酸および2250cm3/分の窒素からなる清浄用
ガスを1000℃で５分間使用し；次いで１部のテトラフル
オロメタン、１部の水素および２部の窒素からなるエッ
チプラズマを圧力49.16Pa、200℃、および13.56メガヘ
ルツのRF電力150ワットにおいて１分間使用した。
3/分の無水塩酸および2250cm3/分の窒素からなる清浄用
ガスを1000℃で５分間使用し；次いで１部のテトラフル
オロメタン、１部の水素および２部の窒素からなるエッ
チプラズマを圧力49.16Pa、200℃、および13.56メガヘ
ルツのRF電力150ワットにおいて１分間使用した。
二工程の清浄効率は、工程ａ）およびｂ）を少なくと
も更に１回反復するより改良しうる。工程ａ）の清浄効
率は、不純物を埋没させ、清浄用ガスの到達および揮発
性不純物の排出を制限する傾向を示すオキシ窒化塩化シ
リコン皮膜の生長によって損われる可能性がある。工程
ｂ）でオキシ窒化塩化シリコンを除去することにより、
埋没した不純物に再び到達して除去することができるの
で、工程ａ）およびｂ）の反復によって本方法の清浄効
率は改良される。
も更に１回反復するより改良しうる。工程ａ）の清浄効
率は、不純物を埋没させ、清浄用ガスの到達および揮発
性不純物の排出を制限する傾向を示すオキシ窒化塩化シ
リコン皮膜の生長によって損われる可能性がある。工程
ｂ）でオキシ窒化塩化シリコンを除去することにより、
埋没した不純物に再び到達して除去することができるの
で、工程ａ）およびｂ）の反復によって本方法の清浄効
率は改良される。
工程ａ）およびｂ）を反復したのち、表面から材料体
積内への不純物の熱拡散は、全体的な不純物除去を阻止
する唯一の機構である。従って熱拡散を最小限に抑える
ための至適反復法によって、工程ａ）およびｂ）に要す
る時間が簡単な二工程法につき論じたものより短縮され
るはずである。
積内への不純物の熱拡散は、全体的な不純物除去を阻止
する唯一の機構である。従って熱拡散を最小限に抑える
ための至適反復法によって、工程ａ）およびｂ）に要す
る時間が簡単な二工程法につき論じたものより短縮され
るはずである。
酸化窒素の化学は電子の取得または喪失による複雑な
形成を伴う。電子の取得または喪失は、分子にエネルギ
ー源を提供し、これによりたとえばプラズマ環境内に励
起状態を形成することにより促進される。工程ａ）にお
ける酸化窒素および不純物の反応は高温プラズマ（850
〜1100℃）においてより効果的に行うことができる。し
かしプラズマ中における反応はこの種のプラズマ環境の
無い場合より低い温度で行うこともできる。より低温で
の反応は不純物の熱拡散を減少させるのに有利であり、
工程ａ）における清浄効率を高めるであろう。
形成を伴う。電子の取得または喪失は、分子にエネルギ
ー源を提供し、これによりたとえばプラズマ環境内に励
起状態を形成することにより促進される。工程ａ）にお
ける酸化窒素および不純物の反応は高温プラズマ（850
〜1100℃）においてより効果的に行うことができる。し
かしプラズマ中における反応はこの種のプラズマ環境の
無い場合より低い温度で行うこともできる。より低温で
の反応は不純物の熱拡散を減少させるのに有利であり、
工程ａ）における清浄効率を高めるであろう。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−148273（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/302
Claims (6)
- 【請求項１】金属不純物およびオキシ窒化塩化シリコン
皮膜がデバイス表面から除去されるシリコン半導体デバ
イスの製法において、 ａ）最初に、上記デバイスをあらかじめ定められた期
間、酸化窒素および塩化水素ならびに不活性キャリヤー
ガスを含有する無水の清浄用ガス混合物に暴露し； ｂ）次いで、上記デバイスをあらかじめ定められた第２
期間、CF4,H2およびN2からなるガスプラズマにRF電力に
おいて暴露する工程を特徴とする方法。 - 【請求項２】工程ａ）およびｂ）の順序が少なくとも更
に１回反復される、請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項３】工程ａ）が清浄用ガス混合物のRFプラズマ
を用いて1100℃以下の温度において行われる、請求の範
囲第１項に記載の方法。 - 【請求項４】工程ａ）およびｂ）の順序が多数回反復さ
れる、請求の範囲第３項に記載の方法。 - 【請求項５】工程ａ）においてデバイスが850〜1100℃
に加熱され、工程ｂ）においてデバイスが115〜200℃に
加熱される、請求の範囲第１項に記載の方法。 - 【請求項６】工程ａ）およびｂ）が多数回反復される、
請求の範囲第５項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US289,062 | 1988-12-23 | ||
| US07/289,062 US4849375A (en) | 1988-12-23 | 1988-12-23 | Gaseous cleaning method for silicon devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03502861A JPH03502861A (ja) | 1991-06-27 |
| JP2821264B2 true JP2821264B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=23109872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2501410A Expired - Lifetime JP2821264B2 (ja) | 1988-12-23 | 1989-12-18 | シリコンデバイスのガス清浄法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4849375A (ja) |
| EP (1) | EP0539356B1 (ja) |
| JP (1) | JP2821264B2 (ja) |
| DE (1) | DE68922409T2 (ja) |
| WO (1) | WO1990007791A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
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|---|---|---|---|---|
| US4849375A (en) * | 1988-12-23 | 1989-07-18 | Eastman Kodak Company | Gaseous cleaning method for silicon devices |
| US4923828A (en) * | 1989-07-07 | 1990-05-08 | Eastman Kodak Company | Gaseous cleaning method for silicon devices |
| US5470768A (en) | 1992-08-07 | 1995-11-28 | Fujitsu Limited | Method for fabricating a thin-film transistor |
| US5354698A (en) * | 1993-07-19 | 1994-10-11 | Micron Technology, Inc. | Hydrogen reduction method for removing contaminants in a semiconductor ion implantation process |
| US5704986A (en) * | 1995-09-18 | 1998-01-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd | Semiconductor substrate dry cleaning method |
| KR100277024B1 (ko) * | 1997-10-31 | 2001-01-15 | 구본준 | 선택적 식각기술을 이용한 액정표시장치 제조방법 |
| JP2009121996A (ja) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | バイオセンサシステム及びその測定器 |
| JP4992693B2 (ja) * | 2007-12-12 | 2012-08-08 | 住友電気工業株式会社 | 生体情報測定装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4159917A (en) * | 1977-05-27 | 1979-07-03 | Eastman Kodak Company | Method for use in the manufacture of semiconductor devices |
| US4264374A (en) * | 1978-09-25 | 1981-04-28 | International Business Machines Corporation | Cleaning process for p-type silicon surface |
| JPS62272541A (ja) * | 1986-05-20 | 1987-11-26 | Fujitsu Ltd | 半導体基板の表面処理方法 |
| US4849375A (en) * | 1988-12-23 | 1989-07-18 | Eastman Kodak Company | Gaseous cleaning method for silicon devices |
-
1988
- 1988-12-23 US US07/289,062 patent/US4849375A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-12-18 JP JP2501410A patent/JP2821264B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1989-12-18 DE DE68922409T patent/DE68922409T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-18 WO PCT/US1989/005645 patent/WO1990007791A1/en active IP Right Grant
- 1989-12-18 EP EP90900713A patent/EP0539356B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE68922409D1 (de) | 1995-06-01 |
| EP0539356A1 (en) | 1993-05-05 |
| DE68922409T2 (de) | 1996-01-25 |
| JPH03502861A (ja) | 1991-06-27 |
| WO1990007791A1 (en) | 1990-07-12 |
| EP0539356B1 (en) | 1995-04-26 |
| US4849375A (en) | 1989-07-18 |
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