JPH01295413A - プラズマ気相成長方法 - Google Patents
プラズマ気相成長方法Info
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- JPH01295413A JPH01295413A JP63126187A JP12618788A JPH01295413A JP H01295413 A JPH01295413 A JP H01295413A JP 63126187 A JP63126187 A JP 63126187A JP 12618788 A JP12618788 A JP 12618788A JP H01295413 A JPH01295413 A JP H01295413A
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- plasma
- container
- molecular pump
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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。
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〕
半導体素子の微細化に必要とされる象、峻なドーピング
プロファイルを持つエピタキシャル基板を製造するのに
適したプラズマ気相成長方法及びその装置に関する。
プロファイルを持つエピタキシャル基板を製造するのに
適したプラズマ気相成長方法及びその装置に関する。
半導体シリコンのエピタキシャル成長法は砒素。
燐、アンチモン、硼素等の該半導体の電気特性を制御す
るためにシリコン中に添加される砒素、燐。
るためにシリコン中に添加される砒素、燐。
アンチモン、硼素等の微量不純物、所謂ドーパントの濃
度の高い基板、または局所的に電気特性を制御するため
にイオン打込法等によりドーパント濃度を高くした領域
、所謂埋込層の上に、ドーバント濃度の低い単結晶層を
形成する現在唯一の方法である。
度の高い基板、または局所的に電気特性を制御するため
にイオン打込法等によりドーパント濃度を高くした領域
、所謂埋込層の上に、ドーバント濃度の低い単結晶層を
形成する現在唯一の方法である。
現在、トランジスタ、ダイオード、キャパシタセル及び
その集積回路等のシリコン半導体素子の形成に用いられ
るエピタキシャル基板には、素子微細化に対応するため
に急峻なドーピングプロファイルをもつことが要求され
ている。
その集積回路等のシリコン半導体素子の形成に用いられ
るエピタキシャル基板には、素子微細化に対応するため
に急峻なドーピングプロファイルをもつことが要求され
ている。
従来シリコンエピタキシャル基板の製造には熱CV D
(Chemical Vapor Depositi
on)法が用いられてきた。熱CVD法はシリコンの化
合物を原料とし、原料の分解、基板清浄化、エピタキシ
ャル成長反応等を熱エネルギによって進行させる方法で
あるが、基板を常圧乃至減圧(103〜10’Pa)雰
囲気中で高温処理(1050〜1100°C)するため
、基板、或いは埋込層中に高濃度に含まれるドーパント
がエピタキシャル膜中に固相熱拡散し、或いは基板から
気相中に放出されたドーパントが基板周辺雰囲気の対流
にともなってエピタキシャル成長界面に再付着する、所
謂オートドーピング現象を生じ、ドーパントプロファイ
ルを急峻にできないという問題がある。
(Chemical Vapor Depositi
on)法が用いられてきた。熱CVD法はシリコンの化
合物を原料とし、原料の分解、基板清浄化、エピタキシ
ャル成長反応等を熱エネルギによって進行させる方法で
あるが、基板を常圧乃至減圧(103〜10’Pa)雰
囲気中で高温処理(1050〜1100°C)するため
、基板、或いは埋込層中に高濃度に含まれるドーパント
がエピタキシャル膜中に固相熱拡散し、或いは基板から
気相中に放出されたドーパントが基板周辺雰囲気の対流
にともなってエピタキシャル成長界面に再付着する、所
謂オートドーピング現象を生じ、ドーパントプロファイ
ルを急峻にできないという問題がある。
従って、熱CVD法は微細半導体素子用のエピタキシャ
ル基板の製造法としては不十分であり、これに代わるエ
ピタキシャル成長法としてドーパントの熱拡散を抑制す
るためにより低い温度でエピタキシャル成長させ得る技
術が望まれている。
ル基板の製造法としては不十分であり、これに代わるエ
ピタキシャル成長法としてドーパントの熱拡散を抑制す
るためにより低い温度でエピタキシャル成長させ得る技
術が望まれている。
低温エピタキシャル成長法の従来技術の代表例としては
以下に掲げる3つの方法が知られている。
以下に掲げる3つの方法が知られている。
(1) M B E (Molecular Bea
m Epitaxy :分子線エピタキシャル成長)法 超高真空(10”’Pa程度)中で基板を高温加熱し、
その表面を昇華させて清浄化した後、真空蒸着によって
エピタキシャル成長を行わせる方法である。
m Epitaxy :分子線エピタキシャル成長)法 超高真空(10”’Pa程度)中で基板を高温加熱し、
その表面を昇華させて清浄化した後、真空蒸着によって
エピタキシャル成長を行わせる方法である。
エピタキシャル成長開始前の基板表面の清浄化手段とし
ては通常基板を1100″C以上で高温熱処理するか、
アルゴンイオンビームでスパッタする方法が採られてい
る。
ては通常基板を1100″C以上で高温熱処理するか、
アルゴンイオンビームでスパッタする方法が採られてい
る。
この方法に依る場合の基板温度Teは400°C(光高
温計による)、またドーパント濃度が101B→IQI
Satom/ccに減少するのに対応する最少ドーピン
グプロファイル遷移幅t。、は0,3μm(ドーパント
は砒素)、更に最低結晶欠陥密度Ddは100/cij
である。
温計による)、またドーパント濃度が101B→IQI
Satom/ccに減少するのに対応する最少ドーピン
グプロファイル遷移幅t。、は0,3μm(ドーパント
は砒素)、更に最低結晶欠陥密度Ddは100/cij
である。
従ってMBE法の結晶性はプラズマ法に比べて良好であ
るといえるが、従来法に比べ成長速度が極端に低いとい
う欠点がある。
るといえるが、従来法に比べ成長速度が極端に低いとい
う欠点がある。
成長速度を上げるためには基板結晶表面で吸着種が泳動
しやすい条件とすることが必要であるが、MBE法では
成長反応系の構成材料がシリコンのみに限定され、基板
と吸着種の結合力(シリコン原子間の共有結合力)を弱
めるには基板の温度を高めるしか方法がない。
しやすい条件とすることが必要であるが、MBE法では
成長反応系の構成材料がシリコンのみに限定され、基板
と吸着種の結合力(シリコン原子間の共有結合力)を弱
めるには基板の温度を高めるしか方法がない。
基板の低温化と膜の成長速度の向上、即ち生産性とは相
反するから工業的生産法としての性能向上には限界があ
り、この点からもMBE法は良好な低温エピタキシャル
成長手段とはいえない。
反するから工業的生産法としての性能向上には限界があ
り、この点からもMBE法は良好な低温エピタキシャル
成長手段とはいえない。
(2)プラズマエピタキシャル成長法
プラズマ中の電子イオンによる衝撃によって原料ガスを
分解し、この分解ガスを用いて基板に前処理を施し、ま
たエピタキシャル成長させる方法であり、プラズマから
のエネルギ供給分だけ基板温度を下げて処理できる。
分解し、この分解ガスを用いて基板に前処理を施し、ま
たエピタキシャル成長させる方法であり、プラズマから
のエネルギ供給分だけ基板温度を下げて処理できる。
これに属する方法としてプラズマ併用型減圧CVDエピ
タキシャル成長法がある(日経マイクロデバイス198
5年10月号1)、1)、79〜87)。
タキシャル成長法がある(日経マイクロデバイス198
5年10月号1)、1)、79〜87)。
第2図は上記従来のプラズマ気相成長装置の模式的縦断
面図であり、石英製の反応管21の上端部には原料ガス
の供給系22を、また下端部には排気系23を設けると
共に、反応管21内の中央部にはサセプタ24を設けて
これに基板Sを装着し、また反応管21の外周には、前
記サセプタ24の上方に高周波電極25を、更にサセプ
タ24と対向する外周にランプ26を配設して構成され
ている。
面図であり、石英製の反応管21の上端部には原料ガス
の供給系22を、また下端部には排気系23を設けると
共に、反応管21内の中央部にはサセプタ24を設けて
これに基板Sを装着し、また反応管21の外周には、前
記サセプタ24の上方に高周波電極25を、更にサセプ
タ24と対向する外周にランプ26を配設して構成され
ている。
この方法では先ず基板Sに前処理を施した後、成膜が行
われる。
われる。
前処理は基板を過酸化水素+硝酸混合溶液に15分浸し
、水洗し、フッ化水素酸溶液に30秒浸し、再度水洗し
、次いで過酸化水素+塩酸混合溶液に15分浸し、水洗
し、遠心乾燥を20分施す。このようにして前処理を施
した基板をチャンバに入れ、圧力I Xl0−’Paま
で真空排気し、基板をエピタキシャル成長温度に加熱し
、高周波電力50Wのアルゴンプラズマ中で30分処理
する。
、水洗し、フッ化水素酸溶液に30秒浸し、再度水洗し
、次いで過酸化水素+塩酸混合溶液に15分浸し、水洗
し、遠心乾燥を20分施す。このようにして前処理を施
した基板をチャンバに入れ、圧力I Xl0−’Paま
で真空排気し、基板をエピタキシャル成長温度に加熱し
、高周波電力50Wのアルゴンプラズマ中で30分処理
する。
なおこの時接地電位に対し+300■の直流バイアス電
圧をサセプタ24に印加する。アルゴン流量は20SC
G)1.圧力は2.7Paに設定される。
圧をサセプタ24に印加する。アルゴン流量は20SC
G)1.圧力は2.7Paに設定される。
この方法に依る場合の基板温度Teは700°C〜80
0°C1また最少ドーピングプロファイル遷移幅は0.
24μm〜0.15μm(ドーパントは硼素、アンチモ
ン)、更に最低結晶欠陥密度Ddは1.2 XIO”/
cj以上である。
0°C1また最少ドーピングプロファイル遷移幅は0.
24μm〜0.15μm(ドーパントは硼素、アンチモ
ン)、更に最低結晶欠陥密度Ddは1.2 XIO”/
cj以上である。
このプラズマエピタキシャル成長法では吸着種の泳動に
必要なパワー、反応ガス組成、圧力等のプラズマ変数を
温度と独立して制御できるため、MBE法に比べて自由
度が大きい利点がある。
必要なパワー、反応ガス組成、圧力等のプラズマ変数を
温度と独立して制御できるため、MBE法に比べて自由
度が大きい利点がある。
(3)水素プラズマ前処理減圧CVDエピタキシャル成
長法(Solid−5tate EIectronfc
s、l973.Vol、16゜pp、39−42)。
長法(Solid−5tate EIectronfc
s、l973.Vol、16゜pp、39−42)。
この方法は前処理に水素の高周波プラズマを用いた低圧
熱CVD法である。
熱CVD法である。
この方法による前処理は基板を蟻酸+過酸化水素混合液
に浸し、水洗し、次いで基板を反応管に入れて真空排気
し、反応管内に水素を供給し、圧力が約133Paとな
るように水素流量を調整する。
に浸し、水洗し、次いで基板を反応管に入れて真空排気
し、反応管内に水素を供給し、圧力が約133Paとな
るように水素流量を調整する。
更に水素流量を調整して圧力を30〜80Paとし、放
電用電極に27MHz、 350Wの高周波を印加して
グロー放電させ、基板雰囲気に水素プラズマを発生させ
つつ数分間処理する。
電用電極に27MHz、 350Wの高周波を印加して
グロー放電させ、基板雰囲気に水素プラズマを発生させ
つつ数分間処理する。
この方法に依る場合の基板温度Teは850’C。
また最低結晶欠陥密度Ddは40/ C111以下であ
る。
る。
(4)反応性イオンビームエピタキシャル成長法(RI
B D : Reactive Ion Bears
Deposition) 。
B D : Reactive Ion Bears
Deposition) 。
(Solid 5tate Devices and
Materfals、 Tokyo。
Materfals、 Tokyo。
1985、 pp、305−308. 特開昭61−
53719号公報)この方法は電子サイクロトロン共鳴
励起によってプラズマを生成させ、このプラズマを利用
して基板上に気相成長を行わせる方法である。
53719号公報)この方法は電子サイクロトロン共鳴
励起によってプラズマを生成させ、このプラズマを利用
して基板上に気相成長を行わせる方法である。
第10図は上記従来の反応性イオンビームエピタキシャ
ル法の実施状態を示す模式的縦断面図であり、プラズマ
室31の一端部にマイクロ波導波管32を、また他端部
にプラズマ導入口31aに通じる球形の試料室33を接
地すると共に、周囲には励磁コイル34を配設し、また
試料室33内にはヒータ内蔵のバイアス電圧印加機能を
備えた試料台35を設けてこの上に基板Sを固定せしめ
である。
ル法の実施状態を示す模式的縦断面図であり、プラズマ
室31の一端部にマイクロ波導波管32を、また他端部
にプラズマ導入口31aに通じる球形の試料室33を接
地すると共に、周囲には励磁コイル34を配設し、また
試料室33内にはヒータ内蔵のバイアス電圧印加機能を
備えた試料台35を設けてこの上に基板Sを固定せしめ
である。
而してこのような装置にあっては先ず前処理は基板を硫
酸+過酸化水素混合溶液により処理して、Si0gパッ
シベーション膜を形成し、その後基板を試料室内に固定
した後、基板温度Teを400〜800°Cとし、イオ
ンエネルギ(バイアス電圧)600〜1200eVでア
ルゴンイオン等を用いてSi0gパッシベーション膜を
スパッタリングする。その後、所定の条件で気相成長を
開始する。
酸+過酸化水素混合溶液により処理して、Si0gパッ
シベーション膜を形成し、その後基板を試料室内に固定
した後、基板温度Teを400〜800°Cとし、イオ
ンエネルギ(バイアス電圧)600〜1200eVでア
ルゴンイオン等を用いてSi0gパッシベーション膜を
スパッタリングする。その後、所定の条件で気相成長を
開始する。
(5) ECR−CVDエピタキシャル成長法(第4
8回応用物理学会学術講演会講演番号19p−に−10
>。
8回応用物理学会学術講演会講演番号19p−に−10
>。
この方法における前処理は基板をフッ化水素酸溶液処理
後、塩酸と過酸化水素の沸騰した混合溶液に浸して表面
に薄い5ift膜を形成し、次いで真空中で基板温度i
oo”c、アルゴンイオンエネルギ(プラズマバイアス
電圧による) 100eVでスパッタリングし、引き続
き基板温度Teを630°Cにして30分間熱処理する
。
後、塩酸と過酸化水素の沸騰した混合溶液に浸して表面
に薄い5ift膜を形成し、次いで真空中で基板温度i
oo”c、アルゴンイオンエネルギ(プラズマバイアス
電圧による) 100eVでスパッタリングし、引き続
き基板温度Teを630°Cにして30分間熱処理する
。
ちなみに従来の一般的な熱CVDエピタキシャル成長法
(常圧法)に依る場合の基板温度Teは1050″C1
また最少ドーピングプロファイル遷移幅t aptは0
.54μm(ドーパント:アンチモン)、又は2.5μ
m(ドーパント:硼素)、更に最低結晶欠陥密度Ddは
10 / c4以下である。
(常圧法)に依る場合の基板温度Teは1050″C1
また最少ドーピングプロファイル遷移幅t aptは0
.54μm(ドーパント:アンチモン)、又は2.5μ
m(ドーパント:硼素)、更に最低結晶欠陥密度Ddは
10 / c4以下である。
このような事実から前述した各低温エピタキシャル成長
法はドーピング特性(List)の面では優れているも
のの、結晶性(Dd)では依然としてかなり劣っている
ことが解る。
法はドーピング特性(List)の面では優れているも
のの、結晶性(Dd)では依然としてかなり劣っている
ことが解る。
有害不純物分子は、エピタキシャル成長開始までの基板
表面及び真空容器内壁各部に吸着しており、その量は系
の到達真空度と相関がある。
表面及び真空容器内壁各部に吸着しており、その量は系
の到達真空度と相関がある。
ちなみに?lBE法では到達真空度が1O−IIPa程
度の容器中で処理するため汚染は少ない。
度の容器中で処理するため汚染は少ない。
プラズマエピタキシャル成長装置でも超高真空系を用い
ることは可能であるが、数1105CCという大量のガ
スを注入するプラズマ反応に通した大排気速度を有し、
反応性ガス(可燃性であり、腐食、堆積を生じる)の排
気が可能で、しかも到達真空度が安定して10− ”P
aに維持し得る真空ポンプがない。
ることは可能であるが、数1105CCという大量のガ
スを注入するプラズマ反応に通した大排気速度を有し、
反応性ガス(可燃性であり、腐食、堆積を生じる)の排
気が可能で、しかも到達真空度が安定して10− ”P
aに維持し得る真空ポンプがない。
例えば、クライオポンプで原料ガス(モノシラン等)を
排気すると、排気速度が漸減し、操業度が低下する。こ
のため従来のプラズマ気相成長装置ではターボ分子ポン
プ等の低真空度・大排気速度のポンプを一基具備するも
のしかない。
排気すると、排気速度が漸減し、操業度が低下する。こ
のため従来のプラズマ気相成長装置ではターボ分子ポン
プ等の低真空度・大排気速度のポンプを一基具備するも
のしかない。
例外として、RIBD装置では到達真空度を重視し、イ
オンポンプ及び、チタンサブリメーションポンプという
高真空度、低排気速度のポンプを具備しているが、良好
なエピタキシャル膜質は得られていない。この原因は排
気速度が小さいため成長時に注入するガス量が45CC
Hに制限され、十分な成長速度が得られず膜中に高濃度
で混入した有害不純物が結晶欠陥を惹起しているのであ
る。
オンポンプ及び、チタンサブリメーションポンプという
高真空度、低排気速度のポンプを具備しているが、良好
なエピタキシャル膜質は得られていない。この原因は排
気速度が小さいため成長時に注入するガス量が45CC
Hに制限され、十分な成長速度が得られず膜中に高濃度
で混入した有害不純物が結晶欠陥を惹起しているのであ
る。
本発明者は容器内の到達真空度を高めるべく排気ポンプ
としてターボ分子ポンプ及びクライオポンプの両方を具
備したプラズマ気相成長装置を構成し、基板加熱時の到
達真空度を調査した結果、次の事実を知見した。
としてターボ分子ポンプ及びクライオポンプの両方を具
備したプラズマ気相成長装置を構成し、基板加熱時の到
達真空度を調査した結果、次の事実を知見した。
■ エピタキシャル膜中の不純物濃度はエピタキシャル
成長開始前の到達真空度が高いほど少ない。
成長開始前の到達真空度が高いほど少ない。
■ またクライオポンプで排気した場合はターボ分子ポ
ンプ単体で排気した場合より到達真空度が約1桁向上す
る。
ンプ単体で排気した場合より到達真空度が約1桁向上す
る。
■ 基板加熱開始前からクライオポンプで排気すると、
基板昇温後排気した場合に比べ到達真空度が悪くなる。
基板昇温後排気した場合に比べ到達真空度が悪くなる。
本発明はかかる知見に基づきなされたものであって、従
来からあるロードロック機構、基板加熱機構に加え、新
たにターボ分子ポンプ、クライオポンプの両方を具備し
た真空系の装置において、基板昇温後、プラズマ処理開
始前にクライオポンプで排気することにより到達真空度
を高め、膜中への有害不純物の混入を抑制し、結晶性の
良好なエピタキシャル膜を形成し得るプラズマ気相成長
法、及びその装置を提供することを目的とする。
来からあるロードロック機構、基板加熱機構に加え、新
たにターボ分子ポンプ、クライオポンプの両方を具備し
た真空系の装置において、基板昇温後、プラズマ処理開
始前にクライオポンプで排気することにより到達真空度
を高め、膜中への有害不純物の混入を抑制し、結晶性の
良好なエピタキシャル膜を形成し得るプラズマ気相成長
法、及びその装置を提供することを目的とする。
本発明に係るプラズマ気相成長方法は、容器内からター
ボ分子ポンプを用いて排気しつつ、基板を加熱昇温せし
める工程と、基板が所定温度にまで昇温した後はターボ
分子ポンプに代えクライオポンプを用いて排気する工程
と、容器内が所定値まで減圧された後はクライオポンプ
に代えてターボ分子ポンプを用いて排気し該容器に反応
ガスを注入しつつプラズマを発生させて気相成長する工
程とを含む。
ボ分子ポンプを用いて排気しつつ、基板を加熱昇温せし
める工程と、基板が所定温度にまで昇温した後はターボ
分子ポンプに代えクライオポンプを用いて排気する工程
と、容器内が所定値まで減圧された後はクライオポンプ
に代えてターボ分子ポンプを用いて排気し該容器に反応
ガスを注入しつつプラズマを発生させて気相成長する工
程とを含む。
本発明に係るプラズマ気相成長装置は、基板にプラズマ
処理を施す容器と、該容器室と弁を隔てて連接され、容
器に対して基板を導入し、またここから引出すロードロ
ック室と、前記容器内に導入された基板を加熱する手段
と、前記容器から排気ずべ(選択的に駆動されるターボ
分子ポンプ及びクライオポンプとを具備する。
処理を施す容器と、該容器室と弁を隔てて連接され、容
器に対して基板を導入し、またここから引出すロードロ
ック室と、前記容器内に導入された基板を加熱する手段
と、前記容器から排気ずべ(選択的に駆動されるターボ
分子ポンプ及びクライオポンプとを具備する。
本発明にあってはこれによってプラズマ処理を施すべき
容器内の真空度を格段に高め得、それだけ有害不純物が
低減されることとなる。
容器内の真空度を格段に高め得、それだけ有害不純物が
低減されることとなる。
以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第1図は本発明方法を実施するための気相成長
装置(以下本発明装置という)の縦断面図であり、図中
1はプラズマ生成室、2は導波管、3は試料Sを配置す
る試料室4は励磁コイルを示している。
明する。第1図は本発明方法を実施するための気相成長
装置(以下本発明装置という)の縦断面図であり、図中
1はプラズマ生成室、2は導波管、3は試料Sを配置す
る試料室4は励磁コイルを示している。
プラズマ生成室1はステンレス鋼製であって、工業用周
波数2.45Hzのマイクロ波に対してTE113モー
ドの定在波を形成する円筒型空洞共振器を構成するよう
形成されており、−側壁中央には石英ガラス板等で閉鎖
されたマイクロ波導入窓1aを備え、また他側壁中央に
は前記マイクロ波導入窓1aと対向する位置にプラズマ
の引出窓1bを備えている。前記マイクロ波導入窓1a
には導波管2の一端部が接続され、またプラズマ引出窓
1bにはこれに臨ませて試料室3が配設され、更に周囲
には同心状に励[5iコイル4が周設せしめられている
。
波数2.45Hzのマイクロ波に対してTE113モー
ドの定在波を形成する円筒型空洞共振器を構成するよう
形成されており、−側壁中央には石英ガラス板等で閉鎖
されたマイクロ波導入窓1aを備え、また他側壁中央に
は前記マイクロ波導入窓1aと対向する位置にプラズマ
の引出窓1bを備えている。前記マイクロ波導入窓1a
には導波管2の一端部が接続され、またプラズマ引出窓
1bにはこれに臨ませて試料室3が配設され、更に周囲
には同心状に励[5iコイル4が周設せしめられている
。
導波管2はその他端部は図示しない高周波発振器に接続
され、高周波発振器で発せられた工業用周波数2.45
Hzのマイクロ波をマイクロ波導入窓1aを経てプラズ
マ生成室1内に導入するようにしである。
され、高周波発振器で発せられた工業用周波数2.45
Hzのマイクロ波をマイクロ波導入窓1aを経てプラズ
マ生成室1内に導入するようにしである。
励磁コイル4は図示しない直流電源に接続されており、
直流電流の通流によってプラズマ生成室1内にマイクロ
波の導入により電子サイクロトロン共鳴励起条件を満足
する8、75 X 10− ” Tの磁束密度を与える
と共に、試料室3側に向けて磁束密度が低くなる発散磁
界を形成し、プラズマ生成室1内に生成されたプラズマ
をプラズマ引出窓1bを通じて試料室3内に導入せしめ
るようになっている。
直流電流の通流によってプラズマ生成室1内にマイクロ
波の導入により電子サイクロトロン共鳴励起条件を満足
する8、75 X 10− ” Tの磁束密度を与える
と共に、試料室3側に向けて磁束密度が低くなる発散磁
界を形成し、プラズマ生成室1内に生成されたプラズマ
をプラズマ引出窓1bを通じて試料室3内に導入せしめ
るようになっている。
試料室3の一側壁にはゲート弁5aを介在させて複合型
のターボ分子ポンプ5が、またその上方には同じくゲー
ト弁6aを介在させてクライオポンプ6が連設されてい
る。ターボ分子ポンプ5は排気速度が150OL/秒の
複合型であり、そのゲート弁5aのコンダクタンスは3
000L/秒である。またクライオポンプ6の排気速度
は2400L/秒であり、そのゲート弁6aのコンダク
タンスは4630L/秒である。−方他側壁にはゲート
弁7aを介在させてロードロック室7が配設されている
。ロードロック室7内には試料Sを試料室3内に配置し
、またここからロードロック室7内に取り出すための搬
送アーム7bが配設されている。
のターボ分子ポンプ5が、またその上方には同じくゲー
ト弁6aを介在させてクライオポンプ6が連設されてい
る。ターボ分子ポンプ5は排気速度が150OL/秒の
複合型であり、そのゲート弁5aのコンダクタンスは3
000L/秒である。またクライオポンプ6の排気速度
は2400L/秒であり、そのゲート弁6aのコンダク
タンスは4630L/秒である。−方他側壁にはゲート
弁7aを介在させてロードロック室7が配設されている
。ロードロック室7内には試料Sを試料室3内に配置し
、またここからロードロック室7内に取り出すための搬
送アーム7bが配設されている。
一方試料室3の内部には前記プラズマ引出窓1bと対向
させて試料台8が配設され、この試料台8上に石英製の
サセプタ9を介在させて前記プラズマ引出窓1bと対向
さセて基板Sが着脱可能に装着され、またサセプタ9の
下方にはヒータ1oを臨ませである。試料台8はリング
状に形成されており、その下面の周方向にて円筒8aの
上端部に支持されている。円筒8aの下端部には円筒ラ
ック8c@備えると共に、試料室3の底壁にスラストベ
アリング8bを用いて回転可能に支持されており、円筒
ランク8cに噛合させたピニオン8dを介してモータM
より回転せしめられるようになっている。 ヒータ1
0は高純度タンタル線(直径0.7mm)3本をより合
わせて素線とし、これを高純度窒化珪素円板上に直径2
00 mrtrの範囲で折り返し蛇行させて一様に配設
して構成しである。ヒータの電力容量は6Kw程度であ
る。
させて試料台8が配設され、この試料台8上に石英製の
サセプタ9を介在させて前記プラズマ引出窓1bと対向
さセて基板Sが着脱可能に装着され、またサセプタ9の
下方にはヒータ1oを臨ませである。試料台8はリング
状に形成されており、その下面の周方向にて円筒8aの
上端部に支持されている。円筒8aの下端部には円筒ラ
ック8c@備えると共に、試料室3の底壁にスラストベ
アリング8bを用いて回転可能に支持されており、円筒
ランク8cに噛合させたピニオン8dを介してモータM
より回転せしめられるようになっている。 ヒータ1
0は高純度タンタル線(直径0.7mm)3本をより合
わせて素線とし、これを高純度窒化珪素円板上に直径2
00 mrtrの範囲で折り返し蛇行させて一様に配設
して構成しである。ヒータの電力容量は6Kw程度であ
る。
ヒータ10の赤外線は一部がサセプタ9に吸収されるが
、大部分はこれを透過して基板Sを照射し、これを加熱
する。
、大部分はこれを透過して基板Sを照射し、これを加熱
する。
ヒータ10内には図示しない測温用熱電対があり、この
出力に基づき熱電対検出温度パターンを負帰還制御する
温度制御系が設けられている。
出力に基づき熱電対検出温度パターンを負帰還制御する
温度制御系が設けられている。
なお、基FiSの温度は試料室3の上部壁に設けた窓3
aを通して光高温計11により測定される。
aを通して光高温計11により測定される。
12は試料室3の上部壁に固定した四重極型の質量分析
器(QMS:Quadlepole Mass Spe
ctrometer)であり、試料室3内の残留ガス組
成を分析し得るようにしである。
器(QMS:Quadlepole Mass Spe
ctrometer)であり、試料室3内の残留ガス組
成を分析し得るようにしである。
13、14はいずれも原料ガスの供給系を示しており、
ガス供給系13からはアルゴンと水素との混合ガスが、
またガス供給系14からはモノシランガスが夫々供給さ
れるようになっている。
ガス供給系13からはアルゴンと水素との混合ガスが、
またガス供給系14からはモノシランガスが夫々供給さ
れるようになっている。
而してこのような本発明方法及びその装置にあっては次
の過程で試料室3内の排気を行う。
の過程で試料室3内の排気を行う。
基板Sを試料室3に導入するに先立って、予め試料室3
を10−”Pa程度にターボ分子ポンプ5を用いて真空
排気しておき、ロードロック室7に、図示しない配管か
ら窒素ガスを徐々に注入して内部を大気圧とし、図示し
ないゲート弁を開き搬送アーム7b上に支持台8.サセ
プタ9と共に基板Sを載置する。
を10−”Pa程度にターボ分子ポンプ5を用いて真空
排気しておき、ロードロック室7に、図示しない配管か
ら窒素ガスを徐々に注入して内部を大気圧とし、図示し
ないゲート弁を開き搬送アーム7b上に支持台8.サセ
プタ9と共に基板Sを載置する。
ゲート弁を閉じ、ロードロック室7内を図示しない油回
転ポンプを用いて10Paまで排気したのち、図示しな
いクライオポンプで10− ”Paまで排気し、ゲート
弁7aを開く。このときの真空度は1O−5Paである
。
転ポンプを用いて10Paまで排気したのち、図示しな
いクライオポンプで10− ”Paまで排気し、ゲート
弁7aを開く。このときの真空度は1O−5Paである
。
搬送アーム7bを水平に移動させて基板S、サセプタ9
.サセプタ支持台8を円筒ラック8c上部に載置し、搬
送アーム7bをロードロック室7内に引き戻してゲート
弁7aを閉じる。
.サセプタ支持台8を円筒ラック8c上部に載置し、搬
送アーム7bをロードロック室7内に引き戻してゲート
弁7aを閉じる。
試料室3内は引き続きターボ分子ポンプ5で排気し、再
び10−’Pa程度の真空度に排気する。
び10−’Pa程度の真空度に排気する。
モータMを起動し、基板Sをプラズマ生成室1゜ヒータ
10に対し回転させつつヒータ10に通電し、基板を加
熱昇温する。昇温速度は1°C/秒である。
10に対し回転させつつヒータ10に通電し、基板を加
熱昇温する。昇温速度は1°C/秒である。
基板温度は観測窓3aを介して、光高温計11により測
定される。基板Sはヒータ10に対し回転せしめられ円
周方向の基板温度を均一化される。
定される。基板Sはヒータ10に対し回転せしめられ円
周方向の基板温度を均一化される。
この間ゲート弁5aを開き、ターボ分子ポンプ5は引き
続き運転を継続する。基板Sの温度が所定値、例えば8
00°Cに達した時点で昇温を停止し、基板Sをこの温
度に保つ。この時の試料室3の圧力はI Xl0−’P
aである。
続き運転を継続する。基板Sの温度が所定値、例えば8
00°Cに達した時点で昇温を停止し、基板Sをこの温
度に保つ。この時の試料室3の圧力はI Xl0−’P
aである。
クライオポンプゲート弁6aを閉じた状態で、クライオ
ポンプ6を予め起動しておき、クライオポンプ6内の真
空度を4 Xl0−’Pa程度にしておく。
ポンプ6を予め起動しておき、クライオポンプ6内の真
空度を4 Xl0−’Pa程度にしておく。
ゲート弁5aを閉じると同時に弁6aを開き、試料室3
内をクライオポンプ6で排気する。
内をクライオポンプ6で排気する。
試料室3の真空度がI Xl0−6Pa以下になった時
点から10分経過後、弁6aを閉じると同時に弁5aを
開いて再び試料室3をターボ分子ポンプ5で排気する。
点から10分経過後、弁6aを閉じると同時に弁5aを
開いて再び試料室3をターボ分子ポンプ5で排気する。
この時の試料室3の圧力は5X10−’Pa、基板温度
は800°Cである。
は800°Cである。
プラズマ生成室1に、図示しないガス供給配管からアル
ゴンガスを255CCMの流量で流し、ターボ分子ポン
プ5における入側の図示しないコンダクタンス弁の開度
を調節して試料室3の圧力を1×10−’Paに設定し
、またプラズマ生成室lにマイクロ波を供給し、ECR
アルゴンプラズマを発生させる。
ゴンガスを255CCMの流量で流し、ターボ分子ポン
プ5における入側の図示しないコンダクタンス弁の開度
を調節して試料室3の圧力を1×10−’Paに設定し
、またプラズマ生成室lにマイクロ波を供給し、ECR
アルゴンプラズマを発生させる。
プラズマ生成室1からプラズマ引出窓1bを通して試料
室3に引き出されたアルゴンプラズマは、基板S上に照
射され、基板表面に残留する図示しない自然酸化膜を除
去する前処理を施す。
室3に引き出されたアルゴンプラズマは、基板S上に照
射され、基板表面に残留する図示しない自然酸化膜を除
去する前処理を施す。
次いでプラズマを生成させつつガス供給系13からプラ
ズマ生成室1へのアルゴンガス流量を減らすと同時に水
素ガスの供給を開始し、水素ガス流量を205CCHに
設定する。一方試料室3内にガス供給系14からシラン
ガスを流量55CCMで供給する。
ズマ生成室1へのアルゴンガス流量を減らすと同時に水
素ガスの供給を開始し、水素ガス流量を205CCHに
設定する。一方試料室3内にガス供給系14からシラン
ガスを流量55CCMで供給する。
供給する総ガス量に変化はない。このときターボ分子ポ
ンプ5の排気速度は一定であり、圧力の変化はない。
ンプ5の排気速度は一定であり、圧力の変化はない。
このシラン・水素プラズマにより基板Sの表面にシリコ
ン単結晶膜がエピタキシャル成長せしめられる。
ン単結晶膜がエピタキシャル成長せしめられる。
次に本発明方法と従来方法及び比較例についての比較試
験結果について説明する。
験結果について説明する。
比較のために同一の装置を使用して分子ターボポンプの
みを用いて排気を行い、その他は前記本発明方法と同様
にしてエピタキシャル成長した場合の結果を比較例とし
て示す。予備処理開始前の基板温度は800°C1真空
度はI Xl0−’Paである。
みを用いて排気を行い、その他は前記本発明方法と同様
にしてエピタキシャル成長した場合の結果を比較例とし
て示す。予備処理開始前の基板温度は800°C1真空
度はI Xl0−’Paである。
また従来方法は第2図に示す方法及び装置に依ってエピ
タキシャル成長を行ったときの結果である。
タキシャル成長を行ったときの結果である。
結果は表1の通りである。
表 1
表1から明らかなように、本発明方法によった場合には
Ddが従来方法に比べて1桁以上減少しており、比較例
と比べてもDdが115.7であり、本発明による結晶
性の向上が顕著である。
Ddが従来方法に比べて1桁以上減少しており、比較例
と比べてもDdが115.7であり、本発明による結晶
性の向上が顕著である。
従来方法に比べてドーピング特性は若干劣るが、熱CV
D法と比較してt、□は1/6であり、より急峻なドー
ピングプロファイルが得られていることが解る。
D法と比較してt、□は1/6であり、より急峻なドー
ピングプロファイルが得られていることが解る。
なお、本発明はシリコン以外の半導体膜(化合物半導体
)のエピタキシャル成長、あるいはエピタキシャル成長
以外であっても、これと同程度の清浄度が要求される薄
膜(素子パッシベーション用酸化珪素膜、窒化珪素膜)
形成反応にも適用可能であることは勿論である。
)のエピタキシャル成長、あるいはエピタキシャル成長
以外であっても、これと同程度の清浄度が要求される薄
膜(素子パッシベーション用酸化珪素膜、窒化珪素膜)
形成反応にも適用可能であることは勿論である。
以上のことより、本発明はより結晶性の良好な気相成長
膜を形成し得る優れた効果を奏する。
膜を形成し得る優れた効果を奏する。
第1図は本発明方法を実施するための本発明装置の模式
図、第2.第3図は従来方法及び装置の模式図である。 1・・・プラズマ生成室 2・・・マイクロ波導波管3
・・・試料室 4・・・励磁コイル 5・・・ターボ分
子ポンプ 6・・・クライオポンプ 7・・・ロードロ
ック室8・・・試料台 9・・・サセプタ 10・・・
ヒータ11・・・光高温計 12・・・質量分析器 1
3.14・・・原料ガス供給系 特 許 出願人 住友金属工業株式会社代理人 弁理
士 河 野 登 火弟3図 第2図
図、第2.第3図は従来方法及び装置の模式図である。 1・・・プラズマ生成室 2・・・マイクロ波導波管3
・・・試料室 4・・・励磁コイル 5・・・ターボ分
子ポンプ 6・・・クライオポンプ 7・・・ロードロ
ック室8・・・試料台 9・・・サセプタ 10・・・
ヒータ11・・・光高温計 12・・・質量分析器 1
3.14・・・原料ガス供給系 特 許 出願人 住友金属工業株式会社代理人 弁理
士 河 野 登 火弟3図 第2図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、真空の容器内で加熱昇温した基板表面にプラズマを
用いて気相成長を行わせるプラズマ気相成長方法におい
て、 前記容器内からターボ分子ポンプを用いて 排気しつつ、基板を加熱昇温せしめる工程と、基板が所
定温度にまで昇温した後はターボ 分子ポンプに代えクライオポンプを用いて排気する工程
と、 容器内が所定値まで減圧された後はクライ オポンプに代えターボ分子ポンプを用いて排気し、該容
器に反応ガスを注入しつつプラズマを発生させて気相成
長する工程と を含むことを特徴とするプラズマ気相成長 方法。 2、基板にプラズマ処理を施す容器と、該容器室と弁を
隔てて連接され、容器に対して基板を導入し、またここ
から引出すロードロック室と、前記容器内に導入された
基板を加熱する手段と、前記容器から排気すべく選択的
に駆動されるターボ分子ポンプ及びクライオポンプとを
具備することを特徴とするプラズマ気相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63126187A JP2847708B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | プラズマ気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63126187A JP2847708B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | プラズマ気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01295413A true JPH01295413A (ja) | 1989-11-29 |
| JP2847708B2 JP2847708B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=14928849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63126187A Expired - Fee Related JP2847708B2 (ja) | 1988-05-24 | 1988-05-24 | プラズマ気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847708B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000299312A (ja) * | 1991-04-04 | 2000-10-24 | Hitachi Ltd | プラズマ処理方法及び半導体装置の製造方法 |
| JP2000299311A (ja) * | 1991-04-04 | 2000-10-24 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置 |
| KR100433343B1 (ko) * | 2000-11-10 | 2004-05-27 | 주식회사 포스코 | 고로본체의 압력검출용 연와 및 이를 이용한 검출장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6247116A (ja) * | 1985-08-26 | 1987-02-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置製造装置 |
-
1988
- 1988-05-24 JP JP63126187A patent/JP2847708B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6247116A (ja) * | 1985-08-26 | 1987-02-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置製造装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000299312A (ja) * | 1991-04-04 | 2000-10-24 | Hitachi Ltd | プラズマ処理方法及び半導体装置の製造方法 |
| JP2000299311A (ja) * | 1991-04-04 | 2000-10-24 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置 |
| KR100433343B1 (ko) * | 2000-11-10 | 2004-05-27 | 주식회사 포스코 | 고로본체의 압력검출용 연와 및 이를 이용한 검출장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2847708B2 (ja) | 1999-01-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |