JPH0228322A - 半導体基板の前処理方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体基板上に薄膜を形成するための前段
階である、半導体基板表面の前処理方法に関するもので
あり、特に、半導体基板の表面に付着した自然酸化膜ま
たは汚染物を除去するための方法に関するものである。

［従来の技術〕 電子デバイスの特性は、作成中の故意あるいは意図しな
い′ｊＩ故で尋人された不純物の（ｊ在に極めて強く影
響されるため、全工程にわたって作成環境の清浄度が極
めて高いレベルに維持される必要があり、使用祠料、処
理雰囲気形成法等に高度な清浄化技術および高純度化技
術が駆使されている。

半導体デバイスにおいて、その製造工程は薄膜形成工程
と回路パターン形成工程とに大別される。

薄膜形成工程は、さらに、膜種や形成方法により、種々
の工程に細分化され、それぞれ独自のあるいは一部ＪＩ
＜通した清浄化技術が開発されている。そして、これら
のすべてに共通して重要かつ基本的な清浄化作業は、薄
膜形成前の基板前処理である。

前処理工程では、通常、脱脂、重金属除去、自然酸化膜
除去を目的として、水洗、酸洗浄あるいはアルカリ洗浄
、化学酸化、希フッ酸処理等が行なわれている。

これらの溶液洗浄法は、現在、確立された工程として広
く採用されているが、その決定的な問題点は、処理終了
直後から薄膜形成開始までの間に処理後の基板が必ず空
気に晒されるため、特に活性な半導体面や金属面が基板
上に露出しているときは、例外なくいくらかの自然酸化
膜の成長が起こるということである。それゆえ、溶液洗
浄は、６機物、重金属等の不純物の除去にはＨ効である
が、必ずしも真性表面を得るための手段とは言えない。

自然酸化膜の成長は、後の１−程である薄膜形成工程に
おいて、薄膜の品質に決定的な悪影響を及ぼす。なお、
ここにいう薄膜形成とは、たとえば、エピタキシャル成
長、ポリシリコン上への高融点金属膜（いわゆるポリサ
イド構造）形成、基板に電気的コンタクトを求める配線
形成、極薄絶縁膜形成等であり、これらの形成工程は、
高集積化に１モなって、今後、その重要性が益々増大す
る工程である。

それゆえに、基板との界面構造のよく制御された薄膜を
形成するためには、まず、半導体基板表面に成長する自
然酸化膜を除去することが最も大切なことであり、自然
酸化膜の優れた除去方法が強く望まれている。

［発明が解決しようとする課題］ 自然酸化膜の除去のための優れた方法がない現在におい
ては、以下に述べるような技術が採用されている。すな
わち、溶液洗浄後の基板を薄膜形成装置に導入してから
、Ａ「等の不活性ガスのプラズマによるスパッタエツチ
ングあるいは高温水素還元法によるガスエツチングによ
って自然酸化膜を除去して、その上に、連続的に薄膜を
形成する方法である。しかしながら、Ａ「等の不活性ガ
スのプラズマによるスパッタエツチングでは、基板に損
傷が導入されるという問題点があった。また、高温水素
還元法では、高温（通常１０００℃以上）を要するため
、ＰＮ接合の熱たれ等を招来し、その適用範囲が限定さ
れるという問題点があった。

さらに、最近のデバイス作製上の傾向として、ポリシリ
コン等の結晶性材料においては、結晶粒径の小さい、す
なわち非晶質に近いものが望まれているが、キンスブロ
ン等も指摘しているように（Ｅ、Ｋ１ｎ５ｂｒｏｎ、Ｍ
、５ｔｅｒｎｈｅｉｒｎ、ａｎｄ　　Ｒ，Ｋｎｏｅｌｌ
、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏｌ、４２．Ｎ
ｏ、９，８３５、Ｉ　　Ｍａｙ　（１９８Ｂ））　、高
温に晒されたポリシリコン等の材料では、粒径の増大が
発生するため、高温水素還元法はこの意味からも制約か
多い。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、十分低温でかつ半導体基板表面に損傷を与え
ずに、半導体基数表面に付着した自然酸化膜または汚染
物を除去することのできる、半導体基板表面の前処理方
法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明にとって最も重要なことは、用いる反応気体が照
射光を吸収せず、したがって、気相状態では、光化学的
な励起が行なわれず、光照射が無効と考えられているよ
うな反応系においても、被処理基板の表面に光を照射し
、かつ、被処理基板を適当に加熱すれば、著しい光照射
効果が得られる場合があることを見出した点にある。従
来より、本発明の意図するところと同様に、光化学反応
を用いて、低温・無損傷で成膜直前の半導体基板表面を
前処理しようとする試みは数多く報告されている。しか
しながら、そのすべてが、光化学プロセスとして、反応
気体が必ず照射光を吸収する必要があるという固定観念
に捕われており、反応気体と照射光源の組合わせに制約
が多かった。たしかに、光励起プロセスの１つの理論的
バックグラウンドである気体の光化学は、もともと気相
状態の光化学が主たる対象であったから、光化学過程が
成立するためには、反応気体が照射光を吸収することが
必須であった。また、半導体装置製造プロセスに光化学
を応用するにあたって、固体表面への吸着状態での光化
学を考慮する際も、吸着媒である被処理基板の温度の与
える影響は無視されていた。もちろん、光励起ＣＶＤ法
等でも、多くの場合、被処理基板の加熱を行なうが、こ
の加熱は堆積した膜の緻密性の向上等の膜質改善を目的
に行なうものであって、加熱を行なわなくても光化学反
応自体は起こる。換言すれば、従来の光化学反応系また
は光励起プロセス系では、熱エネルギが光化学過程に与
える影響を全く考慮していなかった、と言える。本発明
はこの点に着目し、種々の実験を行なった結果、気相状
態で照射光を吸収しない反応気体でも高温にされた被処
理基板に吸着されると、光化学的な励起に類似した励起
が起こる場合があることを発見し、本発明を完成させる
に至った。

すなわち、本発明は、半導体基板の表面に付着した自然
酸化膜または汚染物を除去するための方法に係るもので
あり、チャンバ内に上記半導体基板を置く工程と、上記
チャンバ内に上記自然酸化膜または上記汚染物と反応し
得る反応ガスを導入する工程と、上記半導体基板を２０
０〜７００℃の範囲内にある温度に加熱する工程と、上
記半導体基板の加熱を行なっているときに、上記２００
〜７００℃の範囲内にある温度で、上記チャンバ内に導
入された反応ガスと上記半導体基板表面上に付着した自
然酸化膜または汚染物との光化学反応を行なわしめる波
長を有する光を上記加熱された゛ト導体基板表面に照射
する工程とを含むことを特徴とする方法である。

本発明で用い得る反応ガスは、一般には塩化水素ガス、
水素ガス、塩素ガス等のガスであり、塩化水素ガスは特
に好ましく用いられる。

半導体基板は、２００〜７００℃の範囲内にある温度に
加熱される。後に、詳細に、データを示して説明するが
、２００℃以下では自然酸化膜の処理速度が遅いので好
ましくなく、７００℃以上では自然酸化膜の処理速度は
速くなる一方、上述の熱だれおよび結晶材料の望ましく
ない粒径増大を引き起こし、好ましくない。

照射する光は、半導体基板の加熱を行なっているときに
、上記２００〜７００℃の範囲内にある温度で、上記チ
ャンバ内に導入された反応ガスと上記半導体基板表面上
の自然酸化膜または汚染物との光化学反応を行なわしめ
る波長を有するものなら、いずれでも使用し得る。その
うちでも、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、水銀−キ
セノンランプ、エキシマレーザ等から照射される光は、
好ましい。

また、上述の光の照射方向は半導体基板表面に向かう方
向が好ましいが、半導体基板表面にχ・１して平行な方
向であってもよい。半導体基板表面に向かう方向に光を
照射する場合には、光源としては、上述の光源のうち、
低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、水銀−キャノンラン
プが好ましく用いられる。

また、半導体基板表面に対して平行な方向に光か照射さ
れる場合には、上記光源のうち、エキシマレーザ光が特
に好ましく用いられる。

反応ガスの雰囲気圧力は、好ましくは、大気圧から０．
ＩＴｏｒｒの範囲に選ばれる。

また、同様の目的で、半導体基板を２００〜７００℃の
範囲にある温度に加熱する手段として、光を用いてもよ
い。半導体基板を加熱するための光源は、反応ガスに照
射する光源と同一のものであってもよい。この場合には
、アルゴン−アークランプ、キセノン−水銀ランプが好
ましく用いられる。また、半導体基板を加熱する光を赤
外線とし、反応ガスに照射する光を紫外線としてもよい
。

［作用］ 上述のとおり、本発明においては、半導体基板表面上に
付着した自然酸化膜または汚染物を反応ガスで除去する
にあたり、光と熱とを併用している。反応ガスにたとえ
ばＨＣ法ガスを用いた場合、たとえば自然酸化膜は次の
ような反応式に従って、基板上から除去される。

Ｓ　ｉ　０２　＋４ＨＣ込→５ｉＣ１４＋２Ｈ２０本発
明は、この反応が、光エネルギと熱エネルギとの相乗効
果により促進されるのを利用している。それゆえに、光
だけでは活性化できないような反応ガスを用いても、該
反応ガスで自然酸化膜または汚染物を除去することが可
能となる。また、高温下に置かないと自然咳′化膜また
は汚染物を除去できない場合であっても、光のエネルギ
の助けによって、より低温で、自然酸化膜または汚染物
を除去できるようになる。

［実施例］ 以上、本発明の実施例について説明する。この実施例で
は、反応ガスとして塩化水素ガスを用い、光源には低圧
水銀ランプを用いた。なお、この低圧水銀ランプから放
射される紫外線は、主として１８４　’）Ａと２５３７
への波長をＨする光であった。半導体基板にはシリコン
基板を用いた。

使用した装置： 第１図は本発明の実施例を実現するための装置の断面図
である。なお、この装置は処理された基板を分析するた
めの付属装置も備えている。

第１図を参照して、処理装置は、チャンバ３を備えてい
る。チャンバ３には、クリーニングガス導入口６と、５
ｉＨ２ＣＩｌｊｚガス導入ロアと、ＮＨ，ガス導入口８
と、排気口９が設けられている。

さらに、チャンバ３は、チャンバ３内に紫外線を照射す
るための紫外線入射窓２が設けられている。

紫外線入射窓２に対向して、低圧水銀ランプ１が設置さ
れている。チャンバ３内には基板支持台５が設置され、
基板支持台５の上にはシリコン基板４が置かれている。

基板支持台５は加熱手段５ａを備えており、基板支持台
らを介して、シリコン基板４を加熱できるように構成さ
れている。

半導体基板表面の前処理方法の概略： 次に、上述の装置を用いて、半導体基板表面の前処理方
法の概略を述べる。

２！仮支持台５上にシリコン基板４を置く。このシリコ
ン基板４は、溶剤処理を行なった後のものであるが、既
に空気に触れて自然酸化膜が生じている。次いで、クリ
ーニングガス導入口６より、ＨＣｉガスをチャンバ３内
に導入し、シリコン基板４の表面にＨＣｕガスを供給す
る。次いで、低圧水銀ランプ１を点灯することにより、
紫外線入射窓２からシリコン基板４の表面に紫外線を照
射する。この紫外線照射と同時に、シリコン基板４を２
００〜７００℃に加熱する。すると、光と熱の相乗効果
により、たとえば、次に示す反応が促進され、シリコン
基板４上の自然酸化膜が除去される。

ＳｉＯ□＋４ＨＣμ→５ｉＣＱ、４　＋２Ｈ２０本発明
の効果の確認の方法： 以上のようにして自然酸化膜が除去されるわけであるが
、自然酸化膜が除去されているか否かを確認し、本発明
の効果を評価するためには、工夫を要する。なぜなら、
シリコンは極めて酸化されやすい物質であるので、上述
の実施例に従って自然酸化膜を除去しても、その効果を
確認するためにシリコン基板を装置外に取出すと、その
瞬間に再び表面が酸化されてしまうからである。そこで
、その計画にあたり、ここでは２つの巧みな手法が考案
されている。

第１の確認の方法は、シリコン基板に本発明に係る前処
理を施し、該シリコン基板の表面から自然酸化膜を除去
した後、そのまま、その上へシリコン窒化膜等の酸素を
含まない薄膜を堆積し、その後、オージェ電子分光法等
で膜厚方向の元素プロファイルを観／Ｉｌ＋する、とい
う方法である。この方法によれば、シリコン基板（Ｓｉ
）と堆積膜（Ｓｔ、Ｎ４）との界面近傍における酸素の
信号の検出の有無により、自然酸化膜の有無が判定され
る。

第２Ａ図は、本実施例にかかる前処理を施した直後に、
シリコン窒化膜をＣＶＤ法により堆積させて得た試料の
、膜厚方向のオーフエプロファイルである。オージェ電
子分光法に共した試料は、次のようにして作られた。

第１図を参照して、基板支持台５上に溶液洗浄を行なっ
た後のシリコン基板４を置く。このシリコン基板４は、
空気に触れて、既に自然酸化膜が生じている。次いで、
クリーニングガス導入口６より、ＨＣＩＬガスをチャン
バ３内に導入し、シリコン基板４の表面にＨＣｕガスを
供給する。次いで、シリコン基板４表面に紫外線を照射
すると同時に、基板を２００〜７００℃の範囲内にある
温度に加熱して、自然酸化膜の除去処理を行なった。

Ｈ１ｌガスの被曝時間は、数分間であった。次いで、排
気口９からＨＣＱ、ガスを排気し、次いで５ｉＨ２Ｃ鉦
２ガス導入ロアより５ｉＨ２Ｃ（Ｌ２ガスを導入し、Ｎ
Ｈ，ガス導入口８よりＮＨ，ガスを導入し、シリコン基
板４上にシリコン窒化膜をＣＶＤ法により堆積させた。

そして、このものを、オージェ電子分光分析に供した。

第２Ａ図において、横軸はスパッタ時間であり、縦軸は
オージェ信号である。第２Ａ図から明らかなように、本
発明の処理を行なった試料（ＨＣＩＬ処理をしたもの）
では、ＳｉとＳｉ、Ｎ、との界面近傍に、酸素の信号が
検出されなかった。

第２Ｂ図は、本発明の処理を行なイ〕ず（ＨＣｍ処理な
し）に、Ｓｔ、Ｎ、を堆積したものの、膜厚方向の元素
プロファイルである。第２Ｂ図から明らかなように、Ｓ
ｉとＳｔ、Ｎ４の界面近傍に、酸素の信号が検出された
。

以上の結果より、本実施例に係る前処理を施すと、自然
酸化膜が確実に除去される、ということが確認される。

第２の評価方法； 本発明の効果の確認の第２の方法は、処理前後のシリコ
ン基板に紫外線を照射して光電子放出を行なわせ、放出
される電子の量（光電流）の変化を／１ｌｌｌ定する方
法である。この方法は、後述のように、自然酸化膜の有
無が光電流量に著しい影響を与えるため、自然酸化膜の
有無の良好な判定手段となり得る。

また、この方法においては、本発明において自然酸化膜
を除去するために用いる紫外線を、そのまま、光電子放
出を起こさせる紫外線として用いることができるので、
光電流を追跡することで、自然酸化膜が除去されていく
状況をモニタできる、という利点がある。

光電流と自然酸化膜の有無の関係を、第３Ａ図および第
３Ｂ図を参照して説明する。これらの図はアルゴン雰囲
気中、基板温度を５００℃にして、紫外線照射開始後か
ら、放出される光電子の電流を追跡したものである。第
３Ａ図は、５５０℃で１５分間紫外線照射下でＨＣｆＬ
を被曝させたシリコン基板を用いたときのデータであり
、第２Ａ図に対応する。第３Ｂ図は、この処理を行なわ
なかったシリコン基板を用いた場合のデータであり、第
２Ｂ図に対応する。

これらの図から明らかなように、本発明に係る処理を行
なった場合、光電流が著しく小さくなっている。第２Ａ
図と第３Ａ図の結果を併せて考慮すると、光電流の減少
は自然酸化膜が除去されるために生じる現象である、と
結論づけることができる。

また、光電流の減少の程度を追跡することにより、自然
酸化膜が除去されていく状況をモニタできるという結論
も、容易に理解されるであろう。

第３Ａ図と第３Ｂ図の結果を念頭に置いて、本発明によ
る自然酸化膜の除去が、熱反応と光化学反応の相乗効果
によるものであることを、次に立証していく。

第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図および第４Ｄ図は、図中
に示されている各基１４度で、本発明による処理を行な
っているときの光電流の変化を示したものである。すな
わち、本発明の方法の温度依存性を見たものである。第
４Ａ図は基板温度を２５０℃にしたときの光電流の変化
を示したものである。第４Ｂ図は基板温度を４５０℃に
したときの光電流の変化を示したものである。第４Ｃ図
は基板温度を５００℃にしたときの光電流の変化を示し
たものである。第４Ｄ図は基板温度を５５０℃にしたと
きの光電流の変化を示したものである。これらの図にお
いて、横軸は時間（分）であり、縦軸は光電流（／ｌＡ
）である。光電流Δか１定は、基板を各温度でＨＣＱ雰
囲気に置き、紫外線照射のシャッタを開放し、時間を追
って光電流値を追跡していくという手順で行なった。第
４Ａ図〜第４Ｄ図より、次の知見が得られた。

■　各温度共、紫外線照射とともに光電流は減少する。

■　光電流の減少速度は、基板の温度上昇とともに急速
に増大する。

■　減少後の光電流は、基板温度に関係なく、一定値に
落着く。

光電流の減少は、前述のとおり、自然酸化膜の除去に関
連づけることができるので、上述の結果より、自然酸化
ｊ漠の除去速度は高温はど大きく、熱により加速される
ものであるということが示唆される。また、データブッ
クによれば、常温常圧のＨＣｕは、約１５０　ｎ　ｍ以
下の波長の紫外線しか吸収しない。したがって、低圧水
銀ランプから照射される光（１８４９人と２５３７人の
波長を有する紫外線）では、本来ならば、Ｉｌｌは励起
されず、ひいては自然酸化膜を除去することは不可能だ
ろう。しかしながら、基数を２００〜７００℃の範囲内
にある温度に加熱することにより、第４Ａ図〜第４Ｄ図
に示したごとく、自然酸化膜が除去され得る。よって、
この点からも、本発明に係る自然酸化膜の除去が、熱と
光の相乗効果の結果であると結論できる。

なお、薄膜形成前の前処理という時間制約のあるもとで
は、上述の結果は、５００℃程度以上の基板温度が望ま
しいことを示しているが、この温度でも熱反応のみによ
る場合と比べると、著しい低温化が達成されており、実
用的意義は非常に大きいといえる。

第５図は、本発明に係る前処理方法の、紫外線照射効果
を見たものである。実験装置は、第１図に示す装置に光
電子コレクタ電極を備え付けたものを用いた。この光電
子コレクタ電極は、メツシュ状の電極であり、第１図を
参照して、シリコン基板４と紫外線入射窓２との間の位
置に配置される。本実験では、下記の基板を用い、Ａｒ
雰囲気中で、基数温度を５００℃にし、光電子コレクタ
電極に印加する電圧を変化させて、光電流をＪｉｌｔ定
した。

測定するための基板として、以下の４種類が選ばれた。

■　紫外線を照射しながら、５００℃において１５分間
Ｈ（、ｌ被爆させた基板（本発明の処理を行なったもの
）。

■　紫外線を照射しながら５００℃において１５分間Ｈ
（、ｌ被爆させ、このとき同時に光電子コレクタ電極に
＋２５０Ｖの電圧を印加し続けて得た基板。

■　紫外線を照射せずに、５００℃において１５分間Ｈ
Ｃα彼爆を行なった基板。

■　ＨＣｕ被爆を全く行なわなかった基ｔ！１２（ただ
し、５００℃、Ａｒ中で、１５分間紫外線を照射したも
の）。

第５図から明らかなように、充電流特性は、■と■とか
らなるグループと、■と■とからなるグループに明瞭に
分かれた。このことから、以下のｒｌｌ柄が明らかとな
った。すなわち、■と■を比較すると明らかなように、
５００℃程度の高温でも、紫外線照射のない場合には、
ＨＣ迂処理は効果がない。また、■と■を比較すると明
らかなように、自然酸化物の除去には、ＨＣ１彼爆は必
要不可欠である。これについては、第２Ａ図、第２Ｂ図
、第３Ａ図および第３Ｂ図の説明のところで説明したの
で、ここではその説明を省略する。

なお、第４Ａ図〜第４Ｄ図の結果だけを参照すると、光
電流Δ−１定中に印加した外部電界によりＨＣ（プラズ
マが発生し、そのプラズマによって自然酸化膜が除去さ
れているのではないかという疑問が生じるかもしれない
が、■と■を比べて、光電流値に差がないことより、か
かる疑問は解消される。

また、第５図を参照して、印加電圧の増加とともに光電
流か増加するのは、ａ？＋定雰定見囲気ガスるＡｒ中の
電子増倍作用によるもので、現在の議論にとって大きな
意味はない。以上の事柄より、自然酸化膜の除去は、光
と熱の相乗効果によって初めて可能となる、と結論づけ
ることができる。

それゆえ、光だけでは活性化できないような反応ガスを
用いても自然酸化膜の除去が可能となる。

また、著しい高温下に置かないと自然酸化膜を除去でき
ない場合であっても、光のエネルギの助けによって、よ
り低温で自然酸化膜を除去できるようになる。

次に、自然酸化膜の除去方法における、望ましい２！仮
温度の範囲を求める実験を行なった。

第６図は、ＵＶ−ＨＣｕ系でシリコン基板をエツチング
したときの、エツチング速度と温度との関係を示した、
アレニウスプロット（ｌｏｇ　（エツチングレート）ｖ
ｓ、１／Ｔ）である。ここでは、自然酸化膜の除去速度
でなく、シリコン基板のエツチング速度をとっている。

これは、以下の理由による。すなわち、自然酸化膜は薄
すぎて、除去速度の定量ができないから、シリコン基板
のエツチング速度を求め、このシリコン基板のエツチン
グ速度から自然酸化膜の除去速度を推測しようと考えた
ためである。言うまでもなく、基板シリコンの最上層表
面に自然酸化膜が存在するから、基板シリコンがエツチ
ングされることは、自然酸化膜もエツチング除去されて
いることを示している。

第６図の結果を説明する前に、エツチング速度の求め方
を、第７Ａ図〜第７Ｃ図を参照して説明する。まず、第
７Ａ図を参照して、酸化膜のマスク１５が形成された半
導体基板１６を準備する。

半導体基板１６には１〜１００　Ｑ・ｃｍの抵抗を有す
るｐ型（１００）シリコン基板を用いた。次に、第７Ｂ
図を参照して、エツチングを所定のエツチング条件（１
００％ＨＣ（Ｊ−ニア００ｓｃｃｍ。

雰囲気圧カニ７．２Ｔｏｒｒ、低圧水銀ランプの照射の
ある場合とない場合）下で行なった。次に、第７Ｃ図を
参照して、マスク１５を除去し、エツチング深さｄを求
めた。このエツチング深さｄから、エツチング速度が求
められた。

以上のような求め方により、ＵＶを照射する場合とＵＶ
を照射しない場合に分けて、種々の温度でエツチング速
度を求めた。第６図は、このようにして求められたエツ
チング速度を温度の関数として、アレニウスプロットし
たものである。

第６図を参照して、ＵＶ照射があっても、温度の低下と
ともにエツチング速度は減少し、２００℃を屈曲点とし
て急低下することがわかった。これは、２００℃以下で
は実効的なエツチングが起こらず、２００℃以上にして
初めて実効的なエツチングが起こる、ということを示し
ている。また、第６図の下のプロットは、Ｕｖを照射し
ないと、基板温度を６００℃まで上昇させても、エツチ
ング速度があまり大きくならず、実効的エツチングが起
こらないことを示している。これらのエツチング条件は
、本発明の方法で採用される自然酸化膜の除去処理条件
と同じであるから、第６図の結果は、自然酸化膜の除去
速度にそのままあてはめることができる。

以上の結果より、基板温度を２００℃以上にし、かつＵ
Ｖを照射して初めて、熱と光の相乗効果により、実効的
な自然酸化膜除去処理が行なえるということが直接的に
明らかとなった。

ところで、第６図からも明らかなように、２００℃以上
ならば、温度を上げれば上げるほど、自然酸化膜の除去
速度は大きくなる。しかしながら、前述のように、過度
に温度を上げると、結晶性伺料の望ましくない粒径増大
等を招来し、低温前処理の利点が失われてしまう。

最近のデバイス作成上の傾向として、ポリシリコンはな
るべく結晶粒径の小さい、すなわち非晶質に近いものが
望まれており、基板温度は上述のとおり６００℃以下に
するのが望ましいが、これ以上の温度で処理しても、実
用的には十分使用に耐えｊＧるものが得られるし、また
温度を上げると自然酸化膜の除去速度が速くなるという
利点がある。しかし、７００℃を越えると、上記利点よ
りも、アモルファスシリコンからポリシリコンへ変化す
るという不利な点が強調されるようになる。

したがって、半導体基板の処理温度は２００〜７００℃
の範囲にある温度に設定されるのが望ましい。

本発明の他の実施例。

第８図は、この発明の他の実施例を実現するための装置
の断面図である。第８図に示す装置は、以上の点を除い
て、第１図に示す装置と同様であり、相当する部分には
同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

第８図に示す装置が、第１図に示す装置と異なる点は、
反応ガスのみに光が当たるように、半導体基板４に対し
て平行に光か照射するように、紫外線入射窓２が設けら
れ、かつ光源１が配置されている点である。このような
構成にした場合、光源にはエキシマレーザを照射する光
源が好ましく用いられる。第１図に示す装置では光が基
板に直接的に当たるように構成されているので、光源に
エキシマレーザ光を用いると、自然酸化膜だけでなく基
板までエツチングされてしまう懸念があるが、第８図に
示すような装置を用いると、そのような懸念はなく、自
然酸化膜除去の速度を上げることができる。

本発明のさらに他の実施例： 第９Ａ図および第９Ｂ図は、この発明のさらに他の実施
例を実現するための装置を示したものであり、第９Ａ図
は正面断面図であり、第９Ｂ図は、第９Ａ図におけるＢ
−Ｂ断面図である。

この装置は、シリコン基板を大皿に処理できるバッチ式
の処理装置である。処理装置はチャンバ１３を備えてい
る。チャンバ１３内には、複数個のシリコン基板４を保
持できるボート１１が配置されている。ボート１１は円
柱形状のものであり、その側壁には上下方向に延びる満
１１ａが、次数、間隔をおいて形成されている。その溝
１１ａのそれぞれには、シリコン基板を水平に保持する
保持溝１１ｂが、上下方向に間隔をおいて、複数、形成
されている。ボート１１は、その軸心を中心にして、回
転できるようになっている。

チャンバ１３は、たとえばＨｕｔのようなりリニングガ
スを導入するクリーニングガス導入口６と、排気口９を
倫えている。

また、チャンバ１３は、紫外線入射窓２を向えており、
この紫外線入射窓２の配置は、シリコン基板４に対して
平行に光を照射できるように選ばれている。紫外線入射
窓２に対向して、光源たとえば低圧水銀ランプ１か配置
される。

次に、この装置を用いて、半導体基板表面の前処理を行
なうｈ゛法について述べる。

ボート１１に複数個のシリコン基板４を保持させる。こ
のシリコン基板４は溶剤処理を行なったものであり、既
に大気に触れて、その表面に自然酸化膜が形成されてい
るものである。次いで、チャンバ１３内を真空引きする
。続いて、クリーニングガス導入口６より、Ｈｕｔガス
等の反応ガスを導入すると同時に、低圧水銀ランプ１等
の光源から放射される紫外線を紫外線入射窓２を通して
、チャンバ１３内のシリコン基１！ｊ４表面および導入
された塩化水素ガス等の反応ガスに照射する。このとき
、シリコン基板４は光照射されることによって発生する
熱によって昇温される。この熱と、さらに引き続き照射
される光と、導入されたＨＣ（ガスとによって、半導体
基板上の自然酸化膜が除去される。その後、ＨＣαガス
を排気口９より真空引きした後、同一装置内で空気に晒
すことなく引き続き薄膜の形成を行なえば、シリコンパ
板４と薄膜との界面構造のよく制御された薄膜形成を行
なうことができる。

本発明のさらに他の実施例： 第１０Ａ図および第１０Ｂ図は、この発明のさらに他の
実施例を実現するための装置を示したものであり、第１
０Ａ図は平面断面図、第１０Ｂ図は第１０Ａ図における
Ａ−Ａ線に沿う断面図である。

この装置もまた、シリコンＪｌを大量に処理できるバッ
チ式の処理装置である。これらの図を参照して、処理装
置は、紫外線透過性の材料、たとえば石英でできた円筒
形のチャンバ１３を備えている。チャンバ１３内には、
複数個のシリコン基板４を保持できる多角柱形の回転サ
セプタ１８が配置されている。シリコン基１１１２４は
、その裏面が回転サセプタ１８の面に接するように、回
転サセプタ１８に保持されている。チャンバ１３は、た
とえばＨＣｕのようなりリーニングガスを導入するクリ
ーニングガス導入口６と、排気口９を備えている。チャ
ンバ１３の周囲には、光化学反応用の紫外線ランプ１と
基板加熱用の赤外線ランプ１７が交互に配置されている
。

次に、この装置を用いて、半導体基板表面の前処理を行
なう方法について述べる。回転サセプタ１８に複数個の
シリコン基板４を保持させ、該回転サセプタ１８をその
軸を中心に回転させる。シリコン基板４は溶剤処理を行
なったものであり、既に大気に触れて、その表面に自然
酸化膜が形成されている。次いで、排気口９より、チャ
ンバ１３内を真空引きする。続いて、クリーニングガス
導入口６より、ＨＣＩＬガス等の反応ガスを導入する。

これと同時に、水銀ランプ１および赤外線ランプ１７を
点灯し、チャンバ１３内に、紫外線および赤外線を照射
する。このとき、シリコン基板４は赤外線によって昇温
される。この熱と、紫外線と、導入されたＨ（４ガスと
によって、半導体基板上の自然酸化膜が除去される。そ
の後、チャンバ１３内の反応ガスを成膜用ガスに置換え
ると、クリーニング後の基板上に、引き続き、人気に晒
すことなく、成膜を行なうことができる。この装置を用
いると、１回の処理で大量の基板の処理が可能となる。

なお、上記実施例では、エツチングガスとしてＨＣｕガ
スを用いた場合を例示したが、塩素ガス、水素ガス等の
紫外領域に吸収のあるガスならいずれでも使用し得る。

また、光化学反応用の光源として、高圧水銀ランプ、水
銀キセノンランプ、アルゴン−アークランプ、ＡｒＦエ
キシマレーザ先、ＫｒＦエキシマレーザ先、ＸｅＣηエ
キシマレーザ光を用いてもよい。

［発明の効用］ 以上説明したとおり、この発明によれば、半導体基板表
面上に付着した自然酸化膜または汚染物を反応ガスで除
去するにあたり、光と熱とを併用している。本発明の「
１然酸化膜の除去は、反応ガスと自然酸化膜との反応に
よって進むものであり、この反応が光と熱との相乗効果
により促進されるのを（り用している。それゆえに、光
だけでは活性化できないような反応ガスを用いても自然
酸化膜の除去がｉ’＋Ｊ能となる。また、高温ドに置か
ないと自然酸化膜を除去できない場合であっても、先の
助けによって、より低温で自然酸化膜等を除去できるよ
うになる。それゆえに、十分低温で、かつ半導体基板表
面に損傷を与えずに、半導体基板表面の自然酸化膜を除
去できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を実現するための装置の断面
図である。第２Ａ図および第２Ｂ図は本発明の効果を評
価する第１の方法を説明するための図である。第３Ａ図
および第３Ｂ図は、この発明の効果の評価を行なう第２
の方法を説明するための図である。第４Ａ図、第４Ｂ図
、第４Ｃ図および第４Ｄ図は、本発明の温度効果を示し
た図である。第５図は本発明の紫外線照射効果を示した
図である。第６図はシリコン基板のエツチング速度と温
度との関係をアレニウスプロットした図である。第７Ａ
図、第７Ｂ図および第７Ｃ図はシリコン基板のエツチン
グ速度を求めるための方法を示した図である。第８図は
本発明の他の実施例を実現するための装置の断面図であ
る。第９Ａ図はこの発明のさらに他の実施例を実現する
ための装置の正面断面図であり、第９Ｂ図は第９Ａ図に
おけるＢ−８断面図である。第１０Ａ図および第１０Ｂ
図は、この発明のさらに他の実施例を実現するための装
置を示したものであり、第１０　Ａ図は平面断面図、第
１０Ｂ図は第１０Ａ図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図で
ある。 図において、１は低圧水銀ランプ、３はチャンバ、４は
シリコン基板、６はクリーニングガス導入口、５ａは加
熱手段である。 なお、各図中、同一初号は同一またはＩ１１１部分を示
す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板の表面に付着した自然酸化膜または汚
   染物を除去するための方法であって、チャンバ内に前記
   半導体基板を置く工程と、前記チャンバ内に前記自然酸
   化膜または前記汚染物と反応し得る反応ガスを導入する
   工程と、前記半導体基板を２００〜７００℃の範囲内に
   ある温度に加熱する工程と、 前記半導体基板の加熱を行なっているときに、前記２０
   ０〜７００℃の範囲内にある温度で、前記チャンバ内に
   導入された反応ガスと前記半導体基板表面上に付着した
   自然酸化膜または汚染物との光化学反応を行なわしめる
   波長を有する光を前記反応ガスに照射する工程と、 を含む、半導体基板の前処理方法。
2. （２）前記光を照射する照射光源として低圧水銀ランプ
   を用い、前記反応ガスとしてＨＣｌガスを用いる請求項
   １記載の、半導体 基板の前処理方法。
3. （３）前記光を照射する照射光源として低圧水銀ランプ
   を用い、前記反応ガスとしてＨ＿２ガスを用いる請求項
   １記載の、半導体基 板の前処理方法。
4. （４）半導体基板の表面に付着した自然酸化膜または汚
   染物を除去するための方法であって、チャンバ内に前記
   半導体基板を置く工程と、前記チャンバ内に前記自然酸
   化膜または汚染物と反応し得るガスを導入する工程と、 前記半導体基板に光を照射することによって、該半導体
   基板を２００〜７００℃の範囲内にある温度に加熱する
   工程と、 前記半導体基板の加熱を行なっているときに、前記２０
   ０〜７００℃の範囲内にある温度で、前記チャンバ内に
   導入された反応ガスと前記半導体基板表面上に付着した
   自然酸化膜または汚染物との光化学反応を行なわしめる
   波長を有する光を前記反応ガスに照射する工程と、 を含む、半導体基板の前処理方法。