JPH0786240A - 表面処理装置 - Google Patents

表面処理装置

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JPH0786240A
JPH0786240A JP22544493A JP22544493A JPH0786240A JP H0786240 A JPH0786240 A JP H0786240A JP 22544493 A JP22544493 A JP 22544493A JP 22544493 A JP22544493 A JP 22544493A JP H0786240 A JPH0786240 A JP H0786240A
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JP
Japan
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hydrogen
surface treatment
treatment apparatus
atomic
gas
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JP22544493A
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English (en)
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Kenichi Yamamoto
健一 山本
Takeshi Ninomiya
健 二宮
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】超高真空に排気された反応管1内に、H2 ガス
を導入し、Wフィラメント4を1800℃まで通電加熱
すると、H2 分子が解離し原子状水素Hが発生する。H
原子とHFガスを、試料台6に設置された自然酸化膜を
もつSiウェハ8に照射する。Si酸化膜は、HFガス
によってエッチングされる。Si酸化膜のエッチングが
終わると、Si表面はHおよびFで終端される。 【効果】乾式で自然酸化膜を効率よく除去でき、Siウ
ェハ表面を水素終端できるので、酸化,汚染に強く、し
かも残留F量の少ない表面が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス製造プ
ロセスに係り、特に、Siウェハ表面上に存在するSi
自然酸化膜その他を除去する表面処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の高集積化,微細化,高性能
化に伴い、その製造プロセスの高品質化,高精度化が不
可欠となっている。その中で、酸,アルカリ,有機溶剤
等の溶液を用いる湿式洗浄に代る乾式の表面制御技術お
よび表面清浄化技術の重要性がますます高まっている。
特に、自然酸化膜の除去を含めたSiの表面処理は、ゲ
ート酸化膜の高品質化,コンタクト抵抗の低減等の理由
から、将来の半導体素子製造の鍵を握るプロセスの一つ
と考えられる。
【0003】従来のSiの乾式表面処理装置および方法
の一例が青山等のSDM91−90の11頁から16頁
に記載されている。図2は、紫外光励起F2/H2による
表面処理装置の従来例である。この装置本体9はテフロ
ン製であり、これにH2 ,Arガスの導入系10,
2 ,Arガスの導入系11,石英窓12,排気口7,
Siウェハ8を設置する試料台6、および低圧水銀ラン
プ13と反射板14からなる紫外光の照射系が設けられ
ている。
【0004】各ガスの流量は、F2:2.5ml/min(0.
5%),H2:250ml/min(50%),Ar:24
7.5ml/min(49.5%)である。処理圧力は常圧であ
る。低圧水銀ランプ13により発生した紫外光は、反射
板14で反射した光とともに、石英窓12を通して各ガ
スおよび自然酸化膜を有するSiウェハ8に照射され
る。この紫外光励起F2/H2処理により自然酸化膜が除
去され、Si表面は多量のH原子と少量のF原子で終端
される。このように水素終端されたSi表面は、酸化,
汚染に強いことが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記方法には、60分
の上記処理を行ってもSiウェハ表面の水素終端率は5
5〜70%と低く、フッ素の残留率が高いために、酸
化,汚染に対する抑制力が不十分であるという問題があ
った。また、残留フッ素を除去するために前述の工程に
加えて、真空中(1/105Pa以下)での熱処理等の工
程が必要であるという問題もあった。これらの問題点
は、H2分子,F2分子のSi酸化物等に対する反応性が
弱いことにある。
【0006】本発明の目的は、自然酸化膜を効率よく除
去するとともに、Siウェハ表面を水素終端し、表面を
酸化,汚染から保護する乾式表面処理装置を提供するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は、化学反応性
の弱い分子を用いたことから生じている。したがって、
上記目的を達成するために、原子状水素(H)または水
素プラズマに加えて、気体状フッ化水素(HF)または
原子状フッ素(F)または分子状フッ素(F2)を用い
た。
【0008】
【作用】Si酸化膜は、気体状HFによって次の反応に
よりエッチングされる。
【0009】
【化1】 SiO2+4HF→SiF4+2H2O …(1) また、Si酸化膜は、原子状HあるいはプラズマHと原
子状Fによって次の反応によりエッチングされる。
【0010】
【化2】 SiO2+4H+4F→SiF4+2H2O …(2) また、Si酸化膜は、原子状HあるいはプラズマHと分
子状F2 によって次の反応によりエッチングされる。
【0011】
【化3】 SiO2+4H+2F2→SiF4+2H2O …(3) Si酸化膜のエッチングが完了すると、Si表面はHお
よびFで終端される。また、Hに対するFの割合を制御
することにより残留F量を制御、あるいは残留Fをなく
すことができる。以上のように、自然酸化膜を効率よく
除去できるとともに、残留F量が制御された水素終端化
Si表面を実現できる。
【0012】
【実施例】
(実施例1)図1に示した装置は、高真空に減圧できる
反応管1の中に、中央部に網目状の部分を持つ仕切り
2,仕切り2の一方に水素ガス(H2)導入系3とタン
グステン(W)フィラメント4,もう一方にフッ化水素
ガス(HF)導入系5と加熱機構,回転機構の付いた試
料台6を有し、排気口7から真空に排気される。
【0013】次に、この実施例の装置を用いたSiウェ
ハ上の自然酸化膜除去と水素終端化の方法について説明
する。まず、排気口7より反応管1内を1/106 〜1
/109Pa 代の高真空に排気する。次に、H2ガスを
2ガス導入系3から分圧1/101〜1/105Paま
で導入する。Wフィラメント4を1800℃まで通電加
熱すると、H2分子が解離し原子状水素(H)が発生す
る。さらに、HFガスをHFガス導入系5から分圧5/
103〜5/108Paまで導入する。
【0014】ここで、仕切り2はHFガスができるだけ
Wフィラメントに触れさせないように設けられたもので
ある。
【0015】発生したHおよびHFは、試料台6に設置
された自然酸化膜を有するSiウェハ8に照射される。
これにより自然酸化膜が除去され、Siウェハ8表面は
多量のH原子と少量のF原子で終端される。F原子の残
留量はH2 ガス導入量に対するHFガス導入量の割合に
よって変化させることができる。すなわち、この割合が
小さいほど酸化膜エッチング速度は小さくなるが、エッ
チング後のSi表面残留F原子の量は少なくなる。
【0016】また、HFによる自然酸化膜の除去後にH
Fガスの導入を止め、H原子のみを照射すれば、F原子
の残留量を最小限に抑えることができる。このとき、試
料台に設けられた加熱機構によりSiウェハを300〜
500℃程度に加熱すれば、残留FがSiウェハ表面か
ら脱離すると同時に、Fが脱離したSi表面はH終端さ
れる。
【0017】一方、自然酸化膜の除去後にHFガスの導
入を止め、試料台に設けられた加熱機構によりSiウェ
ハを700℃以上に加熱すれば、Hとともに残留FもS
iウェハ表面から脱離し、清浄なSi表面が現れる。こ
の後、ウェハ温度を室温に戻してH原子を照射すると、
残留Fの存在しないH終端したSi表面が実現できる。
HFガスの代りに、F2ガス、または加熱器によりF2
スを600℃以上に加熱して生じたF原子を用いても同
じ結果が得られる。
【0018】本発明では、原子状水素を発生させるため
にタングステンを用いたが、高融点金属であればタング
ステン以外のものでもよい。
【0019】また、H,HF,F,F2 等の原子,分子
をウェハ上に均一に照射するために試料台に回転機構を
設けてもよい。回転機構の代りに振動機構を設けても同
等の効果が得られる。
【0020】本実施例によれば、10分程度で自然酸化
膜を効率よく除去でき、Siウェハ表面を95%以上の
率で水素終端できるので、酸化,汚染に強く、しかも残
留F量の少ない表面が得られる。
【0021】(実施例2)本発明の他の実施例を図3に
より説明する。装置は、フッ素ガス(F2)導入系15と
これを加熱する加熱器16、および試料台6を有する反
応管1と、水素ガス(H2)導入系3,マイクロ波18が
通過する合成石英窓21,電磁石用コイル17,冷却水
19、およびプラズマ生成室22からなるECR水素プ
ラズマ生成部23から成り、排気口7から真空に排気さ
れる。
【0022】次に、この実施例の装置を用いたSiウェ
ハ8上の自然酸化膜除去と水素終端化の方法について説
明する。まず、排気口7より反応管1内を1/103
1/109Pa代、プラズマ生成室22内を圧力5/1
2Pa以下の高真空に排気する。次に、電磁石用コイ
ル17により磁場を発生させ、電力10W以上のマイク
ロ波18(2.45GHz)を合成石英窓21を通してプ
ラズマ生成室22に導く。H2ガスをH2ガス導入系3か
らプラズマ生成室22に導入すると、プラズマ生成室2
2に水素プラズマが生成する。水素プラズマ20は、プ
ラズマ生成室22からSiウェハ8方向へ広がる発散磁
場の中を移動し、基板方向に加速されてSiウェハ8に
照射される。一方、フッ素ガス(F2)をフッ素ガス
(F2)導入系15から導入し、自然酸化膜を有するS
iウェハ8に照射する。これにより室温で自然酸化膜が
除去され、Siウェハ8表面は多量のH原子と少量のF
原子で終端される。F原子の残留量はHプラズマ照射量
に対するF2 ガス照射量の割合によって変化させること
ができる。すなわち、この割合が小さいほど酸化膜エッ
チング速度は小さくなるが、エッチング後のSi表面残
留F原子の量は少なくなる。
【0023】また、HFによる自然酸化膜の除去後にF
2 ガスの導入を止め、Hプラズマのみを照射すれば、F
原子の残留量を最小限に抑えることができる。このと
き、試料台6に設けられた加熱機構によりSiウェハ8
を300〜500℃程度に加熱すれば、残留FがSiウ
ェハ表面から脱離すると同時に、Fが脱離したSi表面
はH終端される。
【0024】また、自然酸化膜の除去後にF2 ガスの導
入を止め、試料台に設けられた加熱機構によりSiウェ
ハを700℃以上に加熱すれば、Hとともに残留FもS
iウェハ表面から脱離し、清浄なSi表面が現れる。こ
の後、ウェハ温度を室温に戻してHプラズマを照射する
と、残留Fの存在しないH終端したSi表面が実現でき
る。
【0025】F2ガスの代りに、HFガス、または加熱
器16によりF2ガスを600℃程度に加熱して生じた
F原子を用いてもよい。また、H,HF,F,F2 等の
プラズマ,分子をウェハ上に均一に照射するために、試
料台に回転機構あるいは振動機構等を設けてもよいこと
は実施例と同じである。
【0026】本実施例によれば、10分程度で自然酸化
膜を効率よく除去でき、Siウェハ表面を95%以上の
率で水素終端できるので、酸化,汚染に強く、しかも残
留F量の少ない表面が得られる。
【0027】以上、いくつかの実施例について述べた。
これらの実施例の組合せが本発明に含まれることは言う
までもない。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、自然酸化膜を効率よく
除去できるとともに、Siウェハ表面を水素終端できる
ので、酸化,汚染に強く、しかも残留F量の少ない表面
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す説明図。
【図2】従来の技術を示す説明図。
【図3】本発明の他の実施例の説明図。
【符号の説明】
1…反応管、2…仕切り、3…水素ガス導入系、4…タ
ングステンフィラメント、5…フッ化水素ガス導入系、
6…試料台、7…排気口、8…Siウェハ。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料台,ガス導入手段,排気手段を有する
    反応室で、前記試料台に設置された試料表面上の酸化膜
    を除去する表面処理装置において、前記ガス導入手段と
    して原子状水素または水素プラズマ導入手段に加えて、
    気体状フッ化水素または原子状フッ素または分子状フッ
    素導入手段を設けたことを特徴とする表面処理装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記反応室のガス導入
    前の圧力が1/106 Pa以下である表面処理装置。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、原子状水素ま
    たは水素プラズマに対する原子状フッ素または気体状フ
    ッ化水素または分子状フッ素の割合を時間的に変化させ
    る手段を設けた表面処理装置。
  4. 【請求項4】請求項3において、原子状水素または水素
    プラズマに対する原子状フッ素または気体状フッ化水素
    または分子状フッ素の割合の時間変化の最後が原子状水
    素または水素プラズマである表面処理装置。
  5. 【請求項5】請求項1,2,3または4において、原子
    状水素の発生手段が、高融点金属と前記高融点金属を加
    熱する手段である表面処理装置。
  6. 【請求項6】請求項1,2,3または4において、水素
    プラズマの発生手段が、ECRプラズマ発生手段である
    表面処理装置。
  7. 【請求項7】請求項1,2,3,4,5または6におい
    て、原子状フッ素の発生手段が、分子状フッ素の加熱手
    段である表面処理装置。
  8. 【請求項8】請求項1,2,3,4,5,6または7に
    おいて、前記反応室で、原子状水素または水素プラズマ
    発生部へのフッ素の流出を抑制する構造とした表面処理
    装置。
  9. 【請求項9】請求項1,2,3,4,5,6,7または
    8において、前記試料台に加熱手段を設けた表面処理装
    置。
  10. 【請求項10】請求項1,2,3,4,5,6,7,8
    または9において、前記試料台に、回転機構,振動機構
    等の露出むらを防ぐための手段を設けた表面処理装置。
  11. 【請求項11】請求項1または請求項10のいずれかに
    記載の前記表面処理装置を用いた半導体製造装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10233380A (ja) * 1996-12-16 1998-09-02 Shin Etsu Handotai Co Ltd シリコン単結晶の表面処理方法及びシリコン単結晶薄膜の製造方法
US6410454B1 (en) 1997-06-10 2002-06-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Method and apparatus for removing contaminants from the surface of a semiconductor wafer
KR100358572B1 (ko) * 1999-12-28 2002-10-25 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의 산화막 형성방법
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JP2014053643A (ja) * 2006-03-31 2014-03-20 Tokyo Electron Ltd フッ素及び水素を使用する順次の酸化物の取り除き

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