JPH01305893A - シリコン基板の清浄化方法 - Google Patents
シリコン基板の清浄化方法Info
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- JPH01305893A JPH01305893A JP13695688A JP13695688A JPH01305893A JP H01305893 A JPH01305893 A JP H01305893A JP 13695688 A JP13695688 A JP 13695688A JP 13695688 A JP13695688 A JP 13695688A JP H01305893 A JPH01305893 A JP H01305893A
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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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)
本発明はシリコン基板上への結晶などの成長法に関し、
詳しくは成長前の基板清浄化方法に関する。
詳しくは成長前の基板清浄化方法に関する。
(従来の技術)
近年、高速バイポーラ素子、マイクロ波用素子等への応
用を目的として薄いベース層を持つことを特徴とするシ
リコン系のバイポーラトランジスタ作成に関する研究開
発が盛んに行われている。
用を目的として薄いベース層を持つことを特徴とするシ
リコン系のバイポーラトランジスタ作成に関する研究開
発が盛んに行われている。
予め設計したとおりの不純物濃度をもつ薄いベース層を
作成する場合には膜厚制御性が良くしかも急峻な不純物
プロファイルを有するエピタキシャル膜を作成できるシ
リコンの分子線成長技術が仔効である。シリコンの分子
線成長法では成長に先立ち基板の清浄化を行うことが重
要である。この基板初期清浄化がうまく行われない場合
には良好なエピタキシャル膜を得ることが出来ない。更
にシリコン分子線成長法をデバイス作成に応用する際に
はあらかじめ作成した不純物プロファイルが熱拡散によ
って崩れないように低温で基板初期清浄化およびエピタ
キシャル成長を行わなければならない。シリコン分子線
成長法では、最近平田らは第35回応用物理学関係連合
講演会においてジシランを用いたガスソース分子線成長
法によりエピタキシャル成長温度は630℃程度まで低
下できることを報告した(講演予稿集31p−Q−17
)。しかし基板清浄化温度はエピタキシャル温度より高
く、これを低くすることが重要である。現行のシリコン
分子線エピタキシャル成長では通常量Fの方法で基板清
浄化を行う。基板をアンモニア:過酸化水素水二本=1
:8:20の混合液で処理し基板表面にIOA程度の保
護酸化膜を形成し、この状態で分子成長装置にロードす
る。成長室中でこの上にIOA程度のアモルファスシリ
コンを蒸着しこの後基板温度を800℃まで上昇して表
面の酸化膜を揮発性の810に替えて取り去ることによ
り表面の保護酸化膜とともに基板表面に存在する不純物
を取り去り清浄化を果たす。辰巳らがジャパニーズジャ
ーナルオブアプライドフィジクス24巻L227−L2
29ページ(Japan J、Appl、Phys、。
作成する場合には膜厚制御性が良くしかも急峻な不純物
プロファイルを有するエピタキシャル膜を作成できるシ
リコンの分子線成長技術が仔効である。シリコンの分子
線成長法では成長に先立ち基板の清浄化を行うことが重
要である。この基板初期清浄化がうまく行われない場合
には良好なエピタキシャル膜を得ることが出来ない。更
にシリコン分子線成長法をデバイス作成に応用する際に
はあらかじめ作成した不純物プロファイルが熱拡散によ
って崩れないように低温で基板初期清浄化およびエピタ
キシャル成長を行わなければならない。シリコン分子線
成長法では、最近平田らは第35回応用物理学関係連合
講演会においてジシランを用いたガスソース分子線成長
法によりエピタキシャル成長温度は630℃程度まで低
下できることを報告した(講演予稿集31p−Q−17
)。しかし基板清浄化温度はエピタキシャル温度より高
く、これを低くすることが重要である。現行のシリコン
分子線エピタキシャル成長では通常量Fの方法で基板清
浄化を行う。基板をアンモニア:過酸化水素水二本=1
:8:20の混合液で処理し基板表面にIOA程度の保
護酸化膜を形成し、この状態で分子成長装置にロードす
る。成長室中でこの上にIOA程度のアモルファスシリ
コンを蒸着しこの後基板温度を800℃まで上昇して表
面の酸化膜を揮発性の810に替えて取り去ることによ
り表面の保護酸化膜とともに基板表面に存在する不純物
を取り去り清浄化を果たす。辰巳らがジャパニーズジャ
ーナルオブアプライドフィジクス24巻L227−L2
29ページ(Japan J、Appl、Phys、。
24(1985)pp、L227−L229)に報告し
ているように、この方法で清浄化した後にエピタキシャ
ル成長した膜の表面欠陥密度カ月02CF2以下の良好
な膜を得るためには基板の清浄化温度780°C以上の
基板加熱が必要でありこれはエピタキシャル温度に比べ
て高い温度となっている。
ているように、この方法で清浄化した後にエピタキシャ
ル成長した膜の表面欠陥密度カ月02CF2以下の良好
な膜を得るためには基板の清浄化温度780°C以上の
基板加熱が必要でありこれはエピタキシャル温度に比べ
て高い温度となっている。
(本発明が解決しようとする問題点)
従来のシリコン分子線成長法における基板の清浄化方法
、すなわちアンモニア:過酸化水素水:水=1:6:2
0によって化学処理し、表面に薄い保護酸化膜をつけた
シリコン基板を成長室にロードし、この上にIOA程度
のアモルファスシリコン膜を堆積し、その後基板温度を
上げて基板を清浄化する方法では清浄化のために780
℃以上の高い温度が必要である。このためシリコン分子
線成長法の半導体デバイスの作成への応用を考えた場合
には高い基板温度のために結晶中に作り込んだ不純物プ
ロファイルが熱拡散によってくずれてしまいデバイスの
特性が劣化するといった問題点がある。
、すなわちアンモニア:過酸化水素水:水=1:6:2
0によって化学処理し、表面に薄い保護酸化膜をつけた
シリコン基板を成長室にロードし、この上にIOA程度
のアモルファスシリコン膜を堆積し、その後基板温度を
上げて基板を清浄化する方法では清浄化のために780
℃以上の高い温度が必要である。このためシリコン分子
線成長法の半導体デバイスの作成への応用を考えた場合
には高い基板温度のために結晶中に作り込んだ不純物プ
ロファイルが熱拡散によってくずれてしまいデバイスの
特性が劣化するといった問題点がある。
本発明は以上に述べた従来の分子線成長法における基板
清浄化方法の問題点である清浄化温度が高いという点を
解決することを目的とする。
清浄化方法の問題点である清浄化温度が高いという点を
解決することを目的とする。
(問題を解決するための手段)
基板ははじめに通常と同様にアンモニア:過酸化水素水
:水=1:6:20によって処理し基板表面に薄い保護
酸化膜を形成する。この後基板は成長室内にロードされ
る。本発明における基板の清浄化はこの成長室内にロー
ドされた基板表面に電子サイクロトロン共鳴(Elec
tron CyclotronResonance :
ECR)を利用したクラッキングセルによってジシラ
ンガスクラッキングした後で照射することによって果た
される。
:水=1:6:20によって処理し基板表面に薄い保護
酸化膜を形成する。この後基板は成長室内にロードされ
る。本発明における基板の清浄化はこの成長室内にロー
ドされた基板表面に電子サイクロトロン共鳴(Elec
tron CyclotronResonance :
ECR)を利用したクラッキングセルによってジシラ
ンガスクラッキングした後で照射することによって果た
される。
(作用)
ジシランを電子サイクロトロン共鳴を利用してクラッキ
ングした場合にはジシラン分子は解離して主にSiH2
とHが生成される。基板清浄化は薄い保護酸化膜で覆わ
れた基゛板上の保護酸化膜をきれいに取り去ることによ
って果たされるが、ジシランの電子サイクロトロン共鳴
を利用したクラッキングによって生成された5il12
はStの供給源として働き、S10□酸化膜と反応して
揮発性のSIOを形成して保護酸化膜の脱離を促進する
。またH原子はsho□膜中の酸素原子に対し還元作用
を持ち、SiO3膜のエツチング作用を示す。このため
電子サイクロトロン共鳴によってクラッキングしたジシ
ランを供給すると酸化膜のエツチングが効率良く行え、
通常のIOA程度のアモルファスシリコンを保護酸化膜
上に積んでこれを基板加熱によって510にして取り去
る方法に比べて低温で、しかも良好な清浄表面を得るこ
とが出来る。なお露出したS1表面上では5ll(2は
やはりSiの供給源として働き表面上のSt原子のダン
グリングボンドと反応してSlのエピタキシャル成長に
寄与するために過剰に供給されたジシランが格子欠陥の
発生原因になるということもない。
ングした場合にはジシラン分子は解離して主にSiH2
とHが生成される。基板清浄化は薄い保護酸化膜で覆わ
れた基゛板上の保護酸化膜をきれいに取り去ることによ
って果たされるが、ジシランの電子サイクロトロン共鳴
を利用したクラッキングによって生成された5il12
はStの供給源として働き、S10□酸化膜と反応して
揮発性のSIOを形成して保護酸化膜の脱離を促進する
。またH原子はsho□膜中の酸素原子に対し還元作用
を持ち、SiO3膜のエツチング作用を示す。このため
電子サイクロトロン共鳴によってクラッキングしたジシ
ランを供給すると酸化膜のエツチングが効率良く行え、
通常のIOA程度のアモルファスシリコンを保護酸化膜
上に積んでこれを基板加熱によって510にして取り去
る方法に比べて低温で、しかも良好な清浄表面を得るこ
とが出来る。なお露出したS1表面上では5ll(2は
やはりSiの供給源として働き表面上のSt原子のダン
グリングボンドと反応してSlのエピタキシャル成長に
寄与するために過剰に供給されたジシランが格子欠陥の
発生原因になるということもない。
また通常の電子サイクロトロン共鳴を用いた成長装置で
は基板と電子サイクロトロン共鳴部分の距離が短く、直
接基板がプラズマにさらされるために表面の損傷が激し
い。本方法では電子サイクロトロン共鳴部分をクラッキ
ング用セル内に限定することにより、基板と電子サイク
ロトロン共鳴部分を離し、基板が直接プラズマにさらさ
れることによる損傷を防ぐことができる。
は基板と電子サイクロトロン共鳴部分の距離が短く、直
接基板がプラズマにさらされるために表面の損傷が激し
い。本方法では電子サイクロトロン共鳴部分をクラッキ
ング用セル内に限定することにより、基板と電子サイク
ロトロン共鳴部分を離し、基板が直接プラズマにさらさ
れることによる損傷を防ぐことができる。
(実施例)
以下図面を用いて詳細に説明する。第1図は、本発明の
詳細な説明するための装置概略図である。アンモニア:
過酸化水素水:水=1:6:20の混合液による洗浄に
よって表面に薄い保護酸化膜を形成したSl基板を電子
サイクロトロン共鳴セルを持ったガスソースシリコン分
子線成長装置において基板表面清浄化を行った例である
。装置の成長室内に保護酸化膜で覆われた5t(111
)基板がセットされている。これに対しtooxジシラ
ンガスを電子サイクロトロン共鳴クラッキングセルを通
して基板に向かって供給する。この時基板の保護酸化膜
が取れて行く様子を反射電子線回折によって観測する。
詳細な説明するための装置概略図である。アンモニア:
過酸化水素水:水=1:6:20の混合液による洗浄に
よって表面に薄い保護酸化膜を形成したSl基板を電子
サイクロトロン共鳴セルを持ったガスソースシリコン分
子線成長装置において基板表面清浄化を行った例である
。装置の成長室内に保護酸化膜で覆われた5t(111
)基板がセットされている。これに対しtooxジシラ
ンガスを電子サイクロトロン共鳴クラッキングセルを通
して基板に向かって供給する。この時基板の保護酸化膜
が取れて行く様子を反射電子線回折によって観測する。
保護酸化膜に覆われている場合には酸化膜によるハロー
な反射電子線回折パターンが観測される。保護酸化膜が
とれて清浄な表面が現れた場合には清浄なSl (11
1)表面に時打なシャープな7X7表面超構造の反射電
子線回折パターンが観測される。これを用いて基板表面
の清浄化に必要な基板温度と清浄化に必要な時間を測定
した結果を第2図にジシラン照射(ECRあり) IG
として示す。図中には比較の為に基板加熱のみ14とし
てジシラン分子線を照射せずに単に基板の熱だけによっ
て清浄化した場合およびジシラン照射I5として電子サ
イクロトロン共鳴によるクラッキングを行わすにジシラ
ン分子線を供給した場合の結果も併せて示している。ジ
シラン分子線の供給量はlsecmでありこの時の成長
室内の真空度は5X 10−5〜2X 10−’Tor
rであった。ジシランを供給せずに基板の熱だけで清浄
化を行う場合には表面の保護酸化膜はその下のSlと反
応してS10となって脱離する。ジシランを供給した場
合にはジシラン分子の中で基板で解離するものがあり、
これがSIの供給源となるためにこの反応はさらに促進
されるものと考えられる。電子サイクロトロン共鳴を利
用してクランキングしたジシランを供給した場合には、
基板表面に予め解離した5III2とHが供給されるた
め、作用の所で述べたような機構に従ってさらに基板の
清浄化が促進される。実際電子サイクロトロン共鳴を用
いてクランキングしたジシランを基板に供給した場合に
は清浄化温度は600°Cまで低下でき、この時必要な
清浄化時間は15分と短く実用的であった。さらにクラ
ンキングしたジシランを用いて600℃において初期清
浄化したSl (Ill )基板上にジシランガスソー
ス分子線成長でエピタキシャル膜を成長させた場合には
得られる膜の表面欠陥密度は102cm−2以下であっ
た。このような良質のエピタキシャル膜かえられたのは
本方法によって基板初期清浄化が十分に果たされている
ことをしめしている。
な反射電子線回折パターンが観測される。保護酸化膜が
とれて清浄な表面が現れた場合には清浄なSl (11
1)表面に時打なシャープな7X7表面超構造の反射電
子線回折パターンが観測される。これを用いて基板表面
の清浄化に必要な基板温度と清浄化に必要な時間を測定
した結果を第2図にジシラン照射(ECRあり) IG
として示す。図中には比較の為に基板加熱のみ14とし
てジシラン分子線を照射せずに単に基板の熱だけによっ
て清浄化した場合およびジシラン照射I5として電子サ
イクロトロン共鳴によるクラッキングを行わすにジシラ
ン分子線を供給した場合の結果も併せて示している。ジ
シラン分子線の供給量はlsecmでありこの時の成長
室内の真空度は5X 10−5〜2X 10−’Tor
rであった。ジシランを供給せずに基板の熱だけで清浄
化を行う場合には表面の保護酸化膜はその下のSlと反
応してS10となって脱離する。ジシランを供給した場
合にはジシラン分子の中で基板で解離するものがあり、
これがSIの供給源となるためにこの反応はさらに促進
されるものと考えられる。電子サイクロトロン共鳴を利
用してクランキングしたジシランを供給した場合には、
基板表面に予め解離した5III2とHが供給されるた
め、作用の所で述べたような機構に従ってさらに基板の
清浄化が促進される。実際電子サイクロトロン共鳴を用
いてクランキングしたジシランを基板に供給した場合に
は清浄化温度は600°Cまで低下でき、この時必要な
清浄化時間は15分と短く実用的であった。さらにクラ
ンキングしたジシランを用いて600℃において初期清
浄化したSl (Ill )基板上にジシランガスソー
ス分子線成長でエピタキシャル膜を成長させた場合には
得られる膜の表面欠陥密度は102cm−2以下であっ
た。このような良質のエピタキシャル膜かえられたのは
本方法によって基板初期清浄化が十分に果たされている
ことをしめしている。
以上の実施例においては51基板上にSlのエピタキシ
ャル成長を分子線成長法により行った場合について説明
したが、本発明の基板の清浄化方法は、Slのエピタキ
シャル成長に限らず他の半導体の成長や電極金属などの
形成の際の基板の前処理としても用いられ、また成長方
法も分子線成長に限らず他の気相成長方法でも良い。
ャル成長を分子線成長法により行った場合について説明
したが、本発明の基板の清浄化方法は、Slのエピタキ
シャル成長に限らず他の半導体の成長や電極金属などの
形成の際の基板の前処理としても用いられ、また成長方
法も分子線成長に限らず他の気相成長方法でも良い。
(発明の効果)
以上詳しく説明したように、電子サイクロトロン共鳴ク
ラッキングセルを利用してクラッキングしたジシランを
用いて基板の清浄化を行った場合には600℃という低
温においても十分な基板の清浄化を行うことが出来る。
ラッキングセルを利用してクラッキングしたジシランを
用いて基板の清浄化を行った場合には600℃という低
温においても十分な基板の清浄化を行うことが出来る。
第1図は本発明の実施例で用いたジシランガスソース分
子線成長装置の概略図。 第2図は本発明と従来の清浄化方法を用いた清浄化に必
要な基板温度と時間を示す図。 図において、1はシリコン分子線成長表置の成長室、2
はシリコン基板加熱装置、3は保護酸化膜で覆われた4
インチSi (111>基板、4は基板シャッター、5
は電子サイクロトロン共鳴セルの発散磁界、6は電子サ
イクロトロン共鳴を利用したクラッキングセル、7は電
子サイクロトロン共鳴装置にマイクロ波を伝える導液管
、8はマイクロ波を発生するためのクライストロン、9
.10はジシランガスボンベのバルブ、11はジシラン
ガスボンベ、12は反射電子線回折用電子銃、13は反
射電子線回折用蛍光スクリーンを各々示す。
子線成長装置の概略図。 第2図は本発明と従来の清浄化方法を用いた清浄化に必
要な基板温度と時間を示す図。 図において、1はシリコン分子線成長表置の成長室、2
はシリコン基板加熱装置、3は保護酸化膜で覆われた4
インチSi (111>基板、4は基板シャッター、5
は電子サイクロトロン共鳴セルの発散磁界、6は電子サ
イクロトロン共鳴を利用したクラッキングセル、7は電
子サイクロトロン共鳴装置にマイクロ波を伝える導液管
、8はマイクロ波を発生するためのクライストロン、9
.10はジシランガスボンベのバルブ、11はジシラン
ガスボンベ、12は反射電子線回折用電子銃、13は反
射電子線回折用蛍光スクリーンを各々示す。
Claims (1)
- シリコン基板上に被成長材料を成長する前の基板清浄
化において、電子サイクロトロン共鳴を利用したクラッ
キングセルによりジシランガスをクラッキングした後、
基板に供給することを特徴とするシリコン基板の清浄化
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13695688A JP2663518B2 (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | シリコン基板の清浄化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13695688A JP2663518B2 (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | シリコン基板の清浄化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01305893A true JPH01305893A (ja) | 1989-12-11 |
| JP2663518B2 JP2663518B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=15187435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13695688A Expired - Fee Related JP2663518B2 (ja) | 1988-06-02 | 1988-06-02 | シリコン基板の清浄化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663518B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016384A1 (en) * | 1998-09-14 | 2000-03-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for manufacturing semiconductor device and its manufacturing method |
-
1988
- 1988-06-02 JP JP13695688A patent/JP2663518B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000016384A1 (en) * | 1998-09-14 | 2000-03-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Apparatus for manufacturing semiconductor device and its manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2663518B2 (ja) | 1997-10-15 |
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