JPH03265137A - 半導体基板のドライ洗浄方法 - 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］ 半導体基板表面の清浄化方法に関し、 ドライ洗浄により基板表面に吸着している不純物を除去
することを目的とし、 半導体基板上に吸着している不純物を、塩素系ガスをエ
ッチャントとして除去するドライ洗浄方法において、該
エッチャントとして塩化シリコンを含む塩素または塩化
水素ガスを用い、紫外線を照射しながら行うことを特徴
として半導体基板のドライ洗浄方法を槽底する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体基板のドライ洗浄方法に関する。

半導体にはシリコン（Ｓｉ）のような単体半導体とガリ
ウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）のよう
な化合物半導体とがあるが、ＩＣやＬＳＩなどの集積回
路は殆どのものが単体半導体特にＳｉ単結晶基板を用い
て作られている。

こ＼で、単結晶基板は引き上げ法などにより成長じた単
結晶ロンドをスライスし、研磨と表面処理を施して厚さ
が約５００μ翻の基板（ウェハ）とし、この基板を基に
して薄膜形成技術、写真蝕刻技術（フォトリソグラフィ
）、不純物イオン注入技術などを用い集積回路の形成が
行われている。

こ＼で、半導体素子の高集積化のためにパターン幅は年
ごとに縮小し、最小線幅はサブ・ミクロンに及んでいる
が、電極や配線などは素子の特性を維持する必要から膜
厚は減少しておらず、パターンの起伏は増大し、アスペ
クト比は益々増大するｆ噴量にある。

また、多層化が行われており、層間絶縁層で絶縁し、ピ
アホール（Ｖｉａ−ｈｏｌｅ）により上下層を回路接続
する手法がとられている。

こ＼で、半導体素子の形成に当たっては、基板上に真空
蒸着や気相成長（ＣＶＤ）による導！膜や絶縁膜の形成
、レジストの被覆、レジストの窓開け、イオン注入など
の処理が繰り返し行われているが、これらの処理により
基板面は汚染物質が付着し易く、このため、デバイスの
形成に当たっては、表面に付着している汚染物質の除去
は不可欠の工程である。

〔従来の技術］ 基板表面に付着している汚染物質の除去方法としてはウ
ェット洗浄法とドライ洗浄法があり、ウェット洗浄法は
硝酸（ｌ（Ｎｏ：ｌ）水溶液或いは塩酸（１（Ｃｆ）と
過酸化水素（Ｈ２０□）の混合液を用いて行われている
。

然し、ウェット洗浄法は、 ■　アスペクト比の大きな凹部に入り込んだ薬品の完全
洗浄は困難である。

■　浸漬・洗浄および乾燥処理に時間がか＼る。

■　汚染物質の中にはウェット法で除去できないものが
ある。

■　薬品の価格が無視できない。

などの理由から、汚染物質の完全除去が可能で且つ比較
的簡単に処理できるドライ洗浄法が着目され、実用化が
急がれている。

こ覧で、集積回路の形成において、最も有害な不純物は
ナトリウム（Ｎａ）　イオンと鉄（Ｆｅ）イオンであり
、前者は写真蝕刻技術に使用するレジストなどに含まれ
ており、基板上に吸着している。

また、後者はイオン注入処理やプラズマＣＶＤなとの処
理に当たって電極や保持容器などに不錆鋼（ステンレス
）が使われることから、不純物として吸着され易い。

さて、半導体基板上に吸着しているＮａ’ＰＦｅなとの
汚染物質を除去するドライ洗浄法として、発明者等はハ
ロゲンラジカルを用いて基板表面を薄くエツチングする
方法を提案している。

すなわち、塩素ガス（Ｃ／！りをドライエツチング装置
に導入し、一方、基板面に紫外線を照射することにより
、発生する塩素ラジカル（Ｃｊ！”）でＳｉ基板面を薄
くエツチングし、これにより汚染物質も同時に除去する
ものである。

然し、仔細に観察した結果、Ｓｉ基板面はエツチングさ
れ、この上に吸着しているＮａやＦｅなとの汚染物質は
除去できるが、Ｓｉ酸化膜はエツチングされにくいため
に、この上に吸着している汚染物質は除去されにくいこ
とが判った。

〔発明が解決しようとする課題〕

塩素系のガスをエッチャントとし、塩素ラジカル（Ｃｌ
”）によりＳｉ基板上の汚染物質を除去する方法では、
Ｓｉ酸化膜上に吸着している汚染物質は除去が困難であ
る。

そのため、Ｓｉ酸化膜上の汚染物質も除去できるドライ
エンチング法を開発することが課題である。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は半導体基板上に吸着している不純物を、塩
素系ガスをエンチャントとして除去するドライ洗浄方法
において、エッチャントとして塩化シリコンを含むＣ１
２または塩化水素ガスを用い、紫外線を照射しながら行
うことを特徴として半導体基板のドライ洗浄方法を構成
することにより解決することができる。

（作用〕 本発明はＣｆ２ガスまたは塩化水素（Ｈ（／２）ガスな
どの塩素（Ｃｆ　）系のガスに少量の塩化シリコン（Ｓ
ｉＣｊ２ａ）を加えたものをエッチャントとしてＳｉ基
板上に供給すると共に、Ｓｉ基板に紫外線照射を行って
塩素ラジカル（０ビ）を発生させることによりＳｉ酸化
膜上に吸着しているＮａやＦｅなとの汚染物質を除去す
るものである。

Ｓｔは両性金属であることから、Ｓｉ基板面は容易に酸
化され数原子層の不動態皮膜により覆われている。

こ＼で、不動態皮膜はＳｉｎ、（但し、２＞Ｘ≧１）で
表される非晶質の酸化物であって、結晶学的に安定した
酸化物ではない。

発明者はか＼る不動態皮膜にＣＺ”を作用させると、Ｃ
ｆ”は不動態皮膜を通って基板のＳｉと反応し、 Ｓｉ＋４ＣＪ２”→５ｉＣｊ２４　　↑　　・・・　（
１）の反応が生じて表面層のＳｉはエツチングされるが
、不動態皮膜については、 ＳｉＯ、＋　４　Ｃ１”→５ｉＣｆ　ａ　＋　Ｘ／２０
□　・・・（２）の反応は殆ど進行しないことに気付い
た。

一方、酸化膜上に吸着している汚染物質例えばＦｅは酸
化膜を構成している酸素原子とＦｅ−０結合をして強固
に化学吸着していることが光電子分光法から確かめられ
た。

そのため、不動態皮膜上に吸着している汚染物質は容易
に除去することができない。

そこで、発明者等は汚染物質原子例えばＦｅと不動態皮
膜の酸素原子との結合を弱めることがＦｅを除去する必
要条件であり、その方法としてＳｉ原子と０原子とＣＩ
原子よりなる活性錯体を形成することが有効な手段であ
ることを見出した。

すなわち、不動態皮膜を構成しておりまたＦｅ３゜と結
合している酸素イオン（０”−）　とシリコンイオン（
Ｓｉ”″）が、５ｉＣｆｎを構成しているＳｉ’＋イオ
ンおよびＣＺ−と結合して活性錯体を構成すると、鉄イ
オン（Ｆｅ”　）はこれと結合しているＯ！−が活性錯
体に取られているために不動態皮膜との結合が緩んでお
り、この状態のＦｅ”にＣｌ“が反応すると、塩化鉄（
Ｆｅ（、ｅ３）ができ基板より遊離することができると
思考した。

こ＼で、活性錯体はエネルギー的にそれほど安定なもの
ではないので、次第に分解して５ｉＣ１４に戻る。その
ため５ｉＣｊ２４は一種の触媒として作用していると言
える。

発明者等は、か＼る考えの下に実験を進めた結果、良好
な結果を得ることができた。

なお、実験の結果、基板上に吸着している汚染物質の除
去を効果的に行うには、基板温度を１００〜５００　”
Ｃの範囲がよく、塩素系ガスに対する５ｉＣ２４の混合
比は５：１〜２：１がよい。

〔実施例〕

実施例１： １０００°Ｃで熱処理して約３００大の酸化膜を設けた
Ｓｉ基板をＦｅイオンを１０　ｐｐｂ含むアルカリ溶液
に浸漬し、水洗乾燥した後、基板表面のＦｅイオン濃度
を原子吸光分析法により測定したところ、約１０”個／
Ｃｌ１１２の付着が認められた。

このＳｉｉ板をドライエツチング装置にセットし、基板
を４５０°Ｃに加熱した状態でＣＺ２と５ｉＣｊ２４を
５：１の割合で混入した混合ガスを１００　ｓｅｃ＋ａ
の流量で供給しながら、水銀（Ｈｇ）ランプで基板を６
０秒に亙って加熱した結果、表面のＦｅイオン濃度を１
０９個／ｃＩＩｌｚに減らすことができた。

実施例２： 実施例１と同様にしてＦｅイオンが約１０１３個／ｃｍ
２の濃度で吸着しているＳｉ基板をドライエツチング装
置にセットし、基板を４５０℃に加熱した状態でＨＣｆ
ガスと５ｉＣＩ！、ａをｌＱ：１（７）割合で混入した
混合ガスを１００　ｓｅｃｍの流量で供給しながら、水
銀（Ｈｇ）ランプで基板を６０秒に亙って加熱した結果
、表面のＦｅイオン濃度を１０９個／Ｃ−に減らすこと
ができた。

Ｃ発明の効果〕 本発明の実施により発明者等が提案している従来のドラ
イエツチング法に較べ、ＦｅやＮａなとのイオン濃度を
大幅に減少させることができ、これにより半導体素子の
品質を向上することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に吸着している不純物を、塩素系ガ
   スをエッチヤントとして除去するドライ洗浄方法におい
   て、 該エッチャントとして塩化シリコンを含む塩素系ガスを
   用い、紫外線を照射しながら行うことを特徴とする半導
   体基板のドライ洗浄方法。
2. （２）前項記載の塩素系ガスが塩素または塩化水素であ
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体基板のドライ
   洗浄方法。