JPH11224872A - シリコンの表面処理方法 - Google Patents
シリコンの表面処理方法Info
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- JPH11224872A JPH11224872A JP10023379A JP2337998A JPH11224872A JP H11224872 A JPH11224872 A JP H11224872A JP 10023379 A JP10023379 A JP 10023379A JP 2337998 A JP2337998 A JP 2337998A JP H11224872 A JPH11224872 A JP H11224872A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 確実かつ効率的にシリコンの清浄表面を形成
できる。 【解決手段】 1nm以上2mn以下の膜厚を有する酸
化膜が表面に存在するシリコン基板を真空加熱によりシ
リコン清浄表面を形成する。1nm以上の膜厚を有する
酸化膜が表面に存在するシリコン基板を真空加熱により
シリコン清浄表面を形成するので、活性なシリコン表面
と気体中のカーボンとが物理的または化学的に結合する
ことが抑制され、カーボンがほとんど除去される。ま
た、酸化膜を昇華するための反応に必要となる時間が酸
化膜厚の増加とともに増加するため、酸化膜が厚くなる
と真空中での酸化膜除去反応に必要以上の時間がかかり
非効率となるが、酸化膜の膜厚を1nm以上2nm以下
に設定するので、カーボンを十分に除去できるとともに
処理時間を短くすることができる。このため、Si−C
結合が生じない清浄シリコン表面を確実かつ効率的に形
成することができる。
できる。 【解決手段】 1nm以上2mn以下の膜厚を有する酸
化膜が表面に存在するシリコン基板を真空加熱によりシ
リコン清浄表面を形成する。1nm以上の膜厚を有する
酸化膜が表面に存在するシリコン基板を真空加熱により
シリコン清浄表面を形成するので、活性なシリコン表面
と気体中のカーボンとが物理的または化学的に結合する
ことが抑制され、カーボンがほとんど除去される。ま
た、酸化膜を昇華するための反応に必要となる時間が酸
化膜厚の増加とともに増加するため、酸化膜が厚くなる
と真空中での酸化膜除去反応に必要以上の時間がかかり
非効率となるが、酸化膜の膜厚を1nm以上2nm以下
に設定するので、カーボンを十分に除去できるとともに
処理時間を短くすることができる。このため、Si−C
結合が生じない清浄シリコン表面を確実かつ効率的に形
成することができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、あらゆる電子デ
バイスの形成に用いられるシリコンウエハなどのシリコ
ンの表面処理方法に関するものである。
バイスの形成に用いられるシリコンウエハなどのシリコ
ンの表面処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコンの表面処理はRCA洗浄
と呼ばれる薬液洗浄とMBE(分子線エピタキシャル
法)等でシリコンのホモエピタキシャルを行う場合は、
10-8torr以上の高真空中で900〜1100℃程度の
熱処理による表面処理が行われていた。
と呼ばれる薬液洗浄とMBE(分子線エピタキシャル
法)等でシリコンのホモエピタキシャルを行う場合は、
10-8torr以上の高真空中で900〜1100℃程度の
熱処理による表面処理が行われていた。
【0003】従来、シリコン表面処理は特開平5−24
3266号公報、特開平6−40798号公報に記載さ
れたものが知られている。図7に示す従来例1のシリコ
ン表面処理(特開平5−243266号公報)について
説明する。図7(a)に示すように、RCA洗浄により
RCA洗浄後基板6が形成される。シリコン基板10の
表面には酸化膜9が形成されており、大気中よりカーボ
ン11が微少量付着している。図7(b)に示すよう
に、RCA洗浄ウエット酸化に続いて希釈HFによる酸
化膜除去後に希ふっ酸洗浄後基板7が形成される。シリ
コン表面が表出すると、大気中よりカーボン11が付着
しやすくなる。図7(c)に示すように、シリコン基板
10を超高真空チャンバー内にセットし瞬時加熱法で清
浄化表面を得ると超高真空清浄化後基板8が形成され
る。その表面にはシリコンカーバイド12が形成されや
すい。清浄表面はシリコン基板10を徐冷することによ
りシリコンの表面原子が再配列し表面にステップが現れ
た状態になる。
3266号公報、特開平6−40798号公報に記載さ
れたものが知られている。図7に示す従来例1のシリコ
ン表面処理(特開平5−243266号公報)について
説明する。図7(a)に示すように、RCA洗浄により
RCA洗浄後基板6が形成される。シリコン基板10の
表面には酸化膜9が形成されており、大気中よりカーボ
ン11が微少量付着している。図7(b)に示すよう
に、RCA洗浄ウエット酸化に続いて希釈HFによる酸
化膜除去後に希ふっ酸洗浄後基板7が形成される。シリ
コン表面が表出すると、大気中よりカーボン11が付着
しやすくなる。図7(c)に示すように、シリコン基板
10を超高真空チャンバー内にセットし瞬時加熱法で清
浄化表面を得ると超高真空清浄化後基板8が形成され
る。その表面にはシリコンカーバイド12が形成されや
すい。清浄表面はシリコン基板10を徐冷することによ
りシリコンの表面原子が再配列し表面にステップが現れ
た状態になる。
【0004】また、図8に示す別の従来例2(特開平6
−40798号公報)について説明する。真空容器13
内にホルダ15で固定したシリコン基板14を導入す
る。真空ポンプ21に接続されたバルブ真空容器13内
のシリコン基板14にバルブ16から酸素を5×10-7
torrの真空度で導入し、基板温度600℃でシリコン表
面に酸化膜を形成する。バルブ16から水素を導入し真
空度1×10-6torrでシリコン基板14を600℃に保
ってエキシマレーザ17から308nmの波長の紫外線
18をレンズ19で集光し、紫外線透過窓20を通って
シリコン基板14の表面に基板の表面での照射密度が5
J/cm2 となるように照射する。
−40798号公報)について説明する。真空容器13
内にホルダ15で固定したシリコン基板14を導入す
る。真空ポンプ21に接続されたバルブ真空容器13内
のシリコン基板14にバルブ16から酸素を5×10-7
torrの真空度で導入し、基板温度600℃でシリコン表
面に酸化膜を形成する。バルブ16から水素を導入し真
空度1×10-6torrでシリコン基板14を600℃に保
ってエキシマレーザ17から308nmの波長の紫外線
18をレンズ19で集光し、紫外線透過窓20を通って
シリコン基板14の表面に基板の表面での照射密度が5
J/cm2 となるように照射する。
【0005】図9を用いてこのときのシリコン基板表面
状態を示す。図9(a)に示すように、初めにシリコン
基板22表面が酸化膜23によって被覆されているRC
A洗浄後基板24を用いる。酸化膜23の表面には大気
中からのカーボン25が付着している。図9(b)に示
すように、酸素曝露27により酸化膜を厚くした酸素曝
露後基板28を形成する。図9(c)に示すように、水
素曝露29と紫外光30を照射することにより、表面の
不純物の蒸発が顕著となり、より清浄な表面が得られや
すく、清浄化後基板31が形成される。特に、シリコン
表面にカーボン等が存在するときにはSi−C結合が生
じることがあり、この結合は強固であるので清浄表面に
するのがかなり難しいが、あらかじめシリコン表面が酸
化膜23によって被覆されているシリコンを用いること
により、表面にカーボン等が存在する場合でも、カーボ
ンが酸化されて容易に清浄表面にすることができ、好ま
しい。
状態を示す。図9(a)に示すように、初めにシリコン
基板22表面が酸化膜23によって被覆されているRC
A洗浄後基板24を用いる。酸化膜23の表面には大気
中からのカーボン25が付着している。図9(b)に示
すように、酸素曝露27により酸化膜を厚くした酸素曝
露後基板28を形成する。図9(c)に示すように、水
素曝露29と紫外光30を照射することにより、表面の
不純物の蒸発が顕著となり、より清浄な表面が得られや
すく、清浄化後基板31が形成される。特に、シリコン
表面にカーボン等が存在するときにはSi−C結合が生
じることがあり、この結合は強固であるので清浄表面に
するのがかなり難しいが、あらかじめシリコン表面が酸
化膜23によって被覆されているシリコンを用いること
により、表面にカーボン等が存在する場合でも、カーボ
ンが酸化されて容易に清浄表面にすることができ、好ま
しい。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の構成では、従来例1のようにHF処理で酸
化膜除去しシリコン表面を露出した後、短時間の瞬時加
熱により、SiO2 の昇華及びシリコン表面再配列を行
うと、反応が短時間に起こるため局所的に表面に残留し
たカーボンが酸化せずSi−C結合が生じるするという
問題点や露出したシリコン表面とカーボンが反応しSi
−C結合が生じるするという問題点を有していた。
ような従来の構成では、従来例1のようにHF処理で酸
化膜除去しシリコン表面を露出した後、短時間の瞬時加
熱により、SiO2 の昇華及びシリコン表面再配列を行
うと、反応が短時間に起こるため局所的に表面に残留し
たカーボンが酸化せずSi−C結合が生じるするという
問題点や露出したシリコン表面とカーボンが反応しSi
−C結合が生じるするという問題点を有していた。
【0007】また、従来例2のようにあらかじめシリコ
ン表面が酸化膜によって被覆されているシリコンを用い
る場合、酸化膜厚が厚すぎると反応が起こり難く処理に
時間がかかり、薄すぎると表面に残留したカーボンが酸
化せずSi−C結合が生じるするという問題点を有して
いた。また、反応チャンバーに紫外光入射装置及びその
光学レンズ装置及び酸素や水素の曝露装置等が必要であ
り、装置全体が複雑化し装置体積が大きくなるという問
題点を有していた。
ン表面が酸化膜によって被覆されているシリコンを用い
る場合、酸化膜厚が厚すぎると反応が起こり難く処理に
時間がかかり、薄すぎると表面に残留したカーボンが酸
化せずSi−C結合が生じるするという問題点を有して
いた。また、反応チャンバーに紫外光入射装置及びその
光学レンズ装置及び酸素や水素の曝露装置等が必要であ
り、装置全体が複雑化し装置体積が大きくなるという問
題点を有していた。
【0008】したがって、この発明の目的は、上記問題
点に鑑み、確実かつ効率的にシリコンの清浄表面を形成
できるシリコンの表面処理方法を提供することである。
点に鑑み、確実かつ効率的にシリコンの清浄表面を形成
できるシリコンの表面処理方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めにこの発明の請求項1記載のシリコンの表面処理方法
は、1nm以上の膜厚を有する酸化膜が表面に存在する
シリコン基板を真空加熱によりシリコン清浄表面を形成
することを特徴とする。このように、1nm以上の膜厚
を有する酸化膜が表面に存在するシリコン基板を真空加
熱によりシリコン清浄表面を形成するので、活性なシリ
コン表面と気体中のカーボンとが物理的または化学的に
結合することが抑制され、カーボンがほとんど除去され
る。このため、Si−C結合が生じない清浄シリコン表
面を確実に形成することができる。
めにこの発明の請求項1記載のシリコンの表面処理方法
は、1nm以上の膜厚を有する酸化膜が表面に存在する
シリコン基板を真空加熱によりシリコン清浄表面を形成
することを特徴とする。このように、1nm以上の膜厚
を有する酸化膜が表面に存在するシリコン基板を真空加
熱によりシリコン清浄表面を形成するので、活性なシリ
コン表面と気体中のカーボンとが物理的または化学的に
結合することが抑制され、カーボンがほとんど除去され
る。このため、Si−C結合が生じない清浄シリコン表
面を確実に形成することができる。
【0010】請求項2記載のシリコンの表面処理方法
は、請求項1において、酸化膜の膜厚を2nm以下に設
定する。酸化膜を昇華するための反応に必要となる時間
が酸化膜厚の増加とともに増加するため、酸化膜が厚く
なると真空中での酸化膜除去反応に必要以上の時間がか
かり非効率となるが、酸化膜の膜厚を1nm以上2nm
以下に設定するので、カーボンを十分に除去できるとと
もに処理時間を短くすることができる。このため、Si
−C結合が生じない清浄シリコン表面を確実かつ効率的
に形成することができる。
は、請求項1において、酸化膜の膜厚を2nm以下に設
定する。酸化膜を昇華するための反応に必要となる時間
が酸化膜厚の増加とともに増加するため、酸化膜が厚く
なると真空中での酸化膜除去反応に必要以上の時間がか
かり非効率となるが、酸化膜の膜厚を1nm以上2nm
以下に設定するので、カーボンを十分に除去できるとと
もに処理時間を短くすることができる。このため、Si
−C結合が生じない清浄シリコン表面を確実かつ効率的
に形成することができる。
【0011】請求項3記載のシリコンの表面処理方法
は、シリコン基板を真空加熱によりその表面の酸化膜を
昇華させシリコン清浄表面を形成するときに、昇華温度
を増加し再度一定温度まで下げる工程を複数回行い、そ
の時の最大表面温度を段階的に増加させていく温度プロ
ファイルで処理することを特徴とする。このように、昇
華温度を増加し再度一定温度まで下げる工程を複数回行
い、その時の最大表面温度を段階的に増加させていく温
度プロファイルをしたことにより、シリコン表面の酸化
膜の昇華が表面上で均一に少しずつ起こっていくため、
局所的に活性なシリコン表面が露出することによってS
i−C結合が生じることはなく、結果的にカーボンの少
ない清浄表面を形成し易くする。
は、シリコン基板を真空加熱によりその表面の酸化膜を
昇華させシリコン清浄表面を形成するときに、昇華温度
を増加し再度一定温度まで下げる工程を複数回行い、そ
の時の最大表面温度を段階的に増加させていく温度プロ
ファイルで処理することを特徴とする。このように、昇
華温度を増加し再度一定温度まで下げる工程を複数回行
い、その時の最大表面温度を段階的に増加させていく温
度プロファイルをしたことにより、シリコン表面の酸化
膜の昇華が表面上で均一に少しずつ起こっていくため、
局所的に活性なシリコン表面が露出することによってS
i−C結合が生じることはなく、結果的にカーボンの少
ない清浄表面を形成し易くする。
【0012】請求項4記載のシリコンの表面処理方法
は、基板試料を保持するホルダを洗浄し表面の不純物除
去を行い、ホルダを真空中加熱清浄化した後、シリコン
基板をホルダに設置して真空加熱によりシリコン清浄表
面を形成することを特徴とする。シリコン基板と密接す
るホルダ上の不純物汚染量が高いと高温時の拡散により
洗浄化したシリコン表面にカーボンが付着しSi−C結
合が形成するが、基板試料を保持するホルダを洗浄し表
面の不純物除去を行った後、ホルダを真空中加熱清浄化
し、その後、シリコン基板をホルダに設置して真空加熱
によりシリコン清浄表面を形成するので、ホルダからの
不純物拡散を完全に防止することができ、シリコン基板
表面にカーボンが付着することはなく確実にSi−C結
合が生じない清浄表面を形成できる。
は、基板試料を保持するホルダを洗浄し表面の不純物除
去を行い、ホルダを真空中加熱清浄化した後、シリコン
基板をホルダに設置して真空加熱によりシリコン清浄表
面を形成することを特徴とする。シリコン基板と密接す
るホルダ上の不純物汚染量が高いと高温時の拡散により
洗浄化したシリコン表面にカーボンが付着しSi−C結
合が形成するが、基板試料を保持するホルダを洗浄し表
面の不純物除去を行った後、ホルダを真空中加熱清浄化
し、その後、シリコン基板をホルダに設置して真空加熱
によりシリコン清浄表面を形成するので、ホルダからの
不純物拡散を完全に防止することができ、シリコン基板
表面にカーボンが付着することはなく確実にSi−C結
合が生じない清浄表面を形成できる。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図1およ
び図2に基づいて説明する。図1はこの発明の第1の実
施の形態のシリコンの表面処理方法の処理手順を示す概
略断面図である。図1(a),(b)において、1はR
CA洗浄後基板で、シリコン基板5の表面に膜厚1nm
以上の酸化膜4が形成してある。3は表面に付着したカ
ーボンである。2は真空加熱した超高真空清浄化後基板
で、シリコン清浄表面が形成されている。清浄表面はシ
リコン基板5を徐冷することによりシリコンの表面原子
が再配列し表面にステップが現れた状態になる。
び図2に基づいて説明する。図1はこの発明の第1の実
施の形態のシリコンの表面処理方法の処理手順を示す概
略断面図である。図1(a),(b)において、1はR
CA洗浄後基板で、シリコン基板5の表面に膜厚1nm
以上の酸化膜4が形成してある。3は表面に付着したカ
ーボンである。2は真空加熱した超高真空清浄化後基板
で、シリコン清浄表面が形成されている。清浄表面はシ
リコン基板5を徐冷することによりシリコンの表面原子
が再配列し表面にステップが現れた状態になる。
【0014】つぎに、シリコンの表面処理方法について
説明する。図1(a)に示すように、まず初めにRCA
洗浄(アンモニア水・過酸化水素水・水の混合液による
洗浄)によりシリコン基板上のパティクル、金属、有機
不純物を除去したRCA洗浄後基板1を形成する。この
RCA洗浄後基板1は、シリコン基板5の表面に1nm
以上の酸化膜4が存在する。酸化膜4を形成するとき
は、シリコン表面上に酸化膜が1nm以上に形成できる
薬液混合比及び温度を使用し試料基板を作製する。また
は、酸化膜を熱酸化炉により形成し、その後希ふっ酸に
よりエッチングを行いシリコン表面上に酸化膜が1nm
以上に残留する試料基板を作成する方法もある。また、
酸化膜4の表面には大気中により微少量のカーボン3が
付着している。
説明する。図1(a)に示すように、まず初めにRCA
洗浄(アンモニア水・過酸化水素水・水の混合液による
洗浄)によりシリコン基板上のパティクル、金属、有機
不純物を除去したRCA洗浄後基板1を形成する。この
RCA洗浄後基板1は、シリコン基板5の表面に1nm
以上の酸化膜4が存在する。酸化膜4を形成するとき
は、シリコン表面上に酸化膜が1nm以上に形成できる
薬液混合比及び温度を使用し試料基板を作製する。また
は、酸化膜を熱酸化炉により形成し、その後希ふっ酸に
よりエッチングを行いシリコン表面上に酸化膜が1nm
以上に残留する試料基板を作成する方法もある。また、
酸化膜4の表面には大気中により微少量のカーボン3が
付着している。
【0015】その後、基板1を真空中に導入し基板温度
を900℃以上、真空度を1×10 -8以上の高真空に維
持する処理を行い、図1(b)に示すようにシリコン基
板5の表面の酸化膜4を十分に除去し、超高真空清浄化
後基板2を形成する。この時、初期の酸化膜厚を1nm
以下にしたり、酸化膜4をHF薬液などにより除去して
しまうと活性なシリコン表面と気体中のカーボンとが物
理的または化学的に結合し、その後の真空中清浄化処理
で不純物が除去し難くなるため、シリコン表面上酸化膜
4が1nm以上の膜厚を有するようにする。
を900℃以上、真空度を1×10 -8以上の高真空に維
持する処理を行い、図1(b)に示すようにシリコン基
板5の表面の酸化膜4を十分に除去し、超高真空清浄化
後基板2を形成する。この時、初期の酸化膜厚を1nm
以下にしたり、酸化膜4をHF薬液などにより除去して
しまうと活性なシリコン表面と気体中のカーボンとが物
理的または化学的に結合し、その後の真空中清浄化処理
で不純物が除去し難くなるため、シリコン表面上酸化膜
4が1nm以上の膜厚を有するようにする。
【0016】その後、基板温度を下げ徐冷していく。図
2にその比較実験結果を示す。シリコン表面上酸化膜が
1nm以上および1nm以下の酸化膜を各々形成後超高
真空清浄化処理をした場合の清浄化後のカーボン付着量
をXPS(光電子分光法)によりC1sスペクトルとし
て測定した。32は1nm以上の酸化膜を形成後超高真
空清浄化処理をした場合のC1sスペクトル、33は1
nm以下の酸化膜を形成後超高真空清浄化処理をした場
合のC1sスペクトルである。横軸は結合エネルギ(B
inding Energy)(eV)、縦軸はXPS
スペクトル強度(cps(count per sec
ond))である。1nm以上の酸化膜を形成後超高真
空清浄化処理をした場合では、カーボンがほとんど除去
されているが、1nm以下の酸化膜を形成後超高真空清
浄化処理をした場合では、カーボンが残留したままであ
る。
2にその比較実験結果を示す。シリコン表面上酸化膜が
1nm以上および1nm以下の酸化膜を各々形成後超高
真空清浄化処理をした場合の清浄化後のカーボン付着量
をXPS(光電子分光法)によりC1sスペクトルとし
て測定した。32は1nm以上の酸化膜を形成後超高真
空清浄化処理をした場合のC1sスペクトル、33は1
nm以下の酸化膜を形成後超高真空清浄化処理をした場
合のC1sスペクトルである。横軸は結合エネルギ(B
inding Energy)(eV)、縦軸はXPS
スペクトル強度(cps(count per sec
ond))である。1nm以上の酸化膜を形成後超高真
空清浄化処理をした場合では、カーボンがほとんど除去
されているが、1nm以下の酸化膜を形成後超高真空清
浄化処理をした場合では、カーボンが残留したままであ
る。
【0017】以上のようにこの実施の形態では、膜厚1
nm以上の酸化膜4が表面に存在するシリコン基板5を
真空加熱により除去するという簡便な方法で、Si−C
結合が生じない清浄シリコン表面を確実に形成すること
ができる。この発明の第2の実施の形態を図3に基づい
て説明する。図3はこの発明の第2の実施の形態におけ
るシリコン処理方法でのカーボン残留率(%)と処理時
間(分)との関係を示すグラフである。この実施の形態
は、第1の実施の形態と同様であるが、初期の酸化膜厚
を1nm以上2nm以下に設定する。シリコンの酸化膜
厚が厚くなると、酸化膜を昇華するための反応に必要と
なる時間が酸化膜厚の増加とともに増加する。Si/ S
iO2 界面で起こるSiO2 +Si→2SiOの反応に
より生成したSiOが酸化膜中を拡散し真空中に出て行
くまでの行路である酸化膜厚が厚いと反応に要する時間
が増え、非常に厚い場合は酸化膜が非常に昇華し難い。
このようにシリコン表面上酸化膜が厚くなる場合、真空
中での酸化膜除去反応に必要以上の時間がかかるため非
効率となる。
nm以上の酸化膜4が表面に存在するシリコン基板5を
真空加熱により除去するという簡便な方法で、Si−C
結合が生じない清浄シリコン表面を確実に形成すること
ができる。この発明の第2の実施の形態を図3に基づい
て説明する。図3はこの発明の第2の実施の形態におけ
るシリコン処理方法でのカーボン残留率(%)と処理時
間(分)との関係を示すグラフである。この実施の形態
は、第1の実施の形態と同様であるが、初期の酸化膜厚
を1nm以上2nm以下に設定する。シリコンの酸化膜
厚が厚くなると、酸化膜を昇華するための反応に必要と
なる時間が酸化膜厚の増加とともに増加する。Si/ S
iO2 界面で起こるSiO2 +Si→2SiOの反応に
より生成したSiOが酸化膜中を拡散し真空中に出て行
くまでの行路である酸化膜厚が厚いと反応に要する時間
が増え、非常に厚い場合は酸化膜が非常に昇華し難い。
このようにシリコン表面上酸化膜が厚くなる場合、真空
中での酸化膜除去反応に必要以上の時間がかかるため非
効率となる。
【0018】具体的には図3に示すように、表面酸化膜
厚が1nm以上でカーボン残留率は0%、処理時間は1
nmで約1分、2nmで約3分である。したがって、1
nm〜2.0 nmの酸化膜が表面に存在するシリコン基板
を真空加熱することにより、カーボンは十分に除去でき
るとともに、処理時間を短くすることができる。なお、
2.0 nm以上の酸化膜が表面に存在す場合の処理は3分
以上かかるので非効率となる。
厚が1nm以上でカーボン残留率は0%、処理時間は1
nmで約1分、2nmで約3分である。したがって、1
nm〜2.0 nmの酸化膜が表面に存在するシリコン基板
を真空加熱することにより、カーボンは十分に除去でき
るとともに、処理時間を短くすることができる。なお、
2.0 nm以上の酸化膜が表面に存在す場合の処理は3分
以上かかるので非効率となる。
【0019】以上のようにこの実施の形態では、1nm
〜2.0 nmの酸化膜が表面に存在するシリコン基板を真
空加熱によりシリコン清浄表面形成するので、Si−C
結合が生じない清浄シリコン表面を確実かつ効率的に形
成することができる。この発明の第3の実施の形態を図
4および図5に基づいて説明する。図4はこの発明の第
3の実施の形態におけるシリコン処理方法で温度プロフ
ァイルを示すグラフである。その処理方法を従来例と比
較する。従来、真空中清浄化をする場合、真空度1×1
0-8torr以下にならない高真空度を維持しながら温度8
00℃まで徐々に温度を上げていき、その後、900〜
1100℃の瞬時加熱により表面の酸化膜を昇華させ清
浄表面を得る。このとき、瞬時加熱を1度の高温処理だ
けにした場合、基板表面に局所的昇華が起こり他の部分
からの飛来物よりSi−C結合が残留することが起こ
る。
〜2.0 nmの酸化膜が表面に存在するシリコン基板を真
空加熱によりシリコン清浄表面形成するので、Si−C
結合が生じない清浄シリコン表面を確実かつ効率的に形
成することができる。この発明の第3の実施の形態を図
4および図5に基づいて説明する。図4はこの発明の第
3の実施の形態におけるシリコン処理方法で温度プロフ
ァイルを示すグラフである。その処理方法を従来例と比
較する。従来、真空中清浄化をする場合、真空度1×1
0-8torr以下にならない高真空度を維持しながら温度8
00℃まで徐々に温度を上げていき、その後、900〜
1100℃の瞬時加熱により表面の酸化膜を昇華させ清
浄表面を得る。このとき、瞬時加熱を1度の高温処理だ
けにした場合、基板表面に局所的昇華が起こり他の部分
からの飛来物よりSi−C結合が残留することが起こ
る。
【0020】これを防止するためにこの実施の形態で
は、RCA洗浄後の超高真空清浄化処理において、シリ
コン基板を真空加熱によりその表面の酸化膜を昇華させ
シリコン清浄表面を形成するときに、昇華温度を増加し
再度一定温度まで下げる工程を複数回行い、その時の最
大表面温度を段階的に増加させていく温度プロファイル
で処理する。具体的には図4に示すように、真空度1×
10-8torr以下にならない高真空度を維持しながら温度
800℃まで徐々に温度を上げていき、その後、まずは
最高温度850℃で10秒間温度を上げ再度温度を80
0℃まで下げる。次に最高温度900℃で10秒間温度
を上げ再度温度を800℃まで下げる。次に最高温度9
50℃で10秒間温度を上げ再度温度を800℃まで下
げる。次に最高温度1000℃で数10秒間温度を上げ
再度温度を800℃まで下げる。
は、RCA洗浄後の超高真空清浄化処理において、シリ
コン基板を真空加熱によりその表面の酸化膜を昇華させ
シリコン清浄表面を形成するときに、昇華温度を増加し
再度一定温度まで下げる工程を複数回行い、その時の最
大表面温度を段階的に増加させていく温度プロファイル
で処理する。具体的には図4に示すように、真空度1×
10-8torr以下にならない高真空度を維持しながら温度
800℃まで徐々に温度を上げていき、その後、まずは
最高温度850℃で10秒間温度を上げ再度温度を80
0℃まで下げる。次に最高温度900℃で10秒間温度
を上げ再度温度を800℃まで下げる。次に最高温度9
50℃で10秒間温度を上げ再度温度を800℃まで下
げる。次に最高温度1000℃で数10秒間温度を上げ
再度温度を800℃まで下げる。
【0021】このように昇華温度を増加し再度一定温度
まで下げる工程を複数回行い、その時の最大表面温度を
階段的に増加させていく温度プロファイルをしたことに
より、シリコン表面の酸化膜の昇華が表面上で均一に少
しずつ起こっていくため、局所的に活性なシリコン表面
が露出することによってSi−C結合が生じることはな
く、結果的にカーボンの少ない清浄表面を形成し易くす
る。また、酸化膜表面に残留したカーボンは、昇華温度
を増加し再度一定温度まで下げる複数回の工程でシリコ
ン基板と接触することなく酸化膜上で徐々に酸化され昇
華していき、最終のシリコン清浄表面にSi−C結合と
して残ることはない。
まで下げる工程を複数回行い、その時の最大表面温度を
階段的に増加させていく温度プロファイルをしたことに
より、シリコン表面の酸化膜の昇華が表面上で均一に少
しずつ起こっていくため、局所的に活性なシリコン表面
が露出することによってSi−C結合が生じることはな
く、結果的にカーボンの少ない清浄表面を形成し易くす
る。また、酸化膜表面に残留したカーボンは、昇華温度
を増加し再度一定温度まで下げる複数回の工程でシリコ
ン基板と接触することなく酸化膜上で徐々に酸化され昇
華していき、最終のシリコン清浄表面にSi−C結合と
して残ることはない。
【0022】図5に従来例との比較実験結果を示す。超
高真空清浄化処理をした場合の清浄化後のカーボン付着
量をXPSによりC1sスペクトルとして測定した。3
4は温度プロファイルをしたC1sスペクトル、35は
従来の場合のC1sスペクトルである。真空度1×10
-8torr以下にならない高真空度を維持しながら温度80
0℃まで徐々に温度を上げていきその後室温まで徐冷し
た場合と、この実施の形態で示した昇華温度を増加し再
度一定温度まで下げる工程を複数回行い、その時の最大
表面温度を階段的に増加させて行く温度プロファイルで
処理した後室温まで徐冷した場合との比較実験を行っ
た。これによると、実施の形態の場合(C1sスペクト
ル34)では、カーボンがほとんど除去されているが、
従来の場合(C1sスペクトル35)では、カーボンが
残留したままである。
高真空清浄化処理をした場合の清浄化後のカーボン付着
量をXPSによりC1sスペクトルとして測定した。3
4は温度プロファイルをしたC1sスペクトル、35は
従来の場合のC1sスペクトルである。真空度1×10
-8torr以下にならない高真空度を維持しながら温度80
0℃まで徐々に温度を上げていきその後室温まで徐冷し
た場合と、この実施の形態で示した昇華温度を増加し再
度一定温度まで下げる工程を複数回行い、その時の最大
表面温度を階段的に増加させて行く温度プロファイルで
処理した後室温まで徐冷した場合との比較実験を行っ
た。これによると、実施の形態の場合(C1sスペクト
ル34)では、カーボンがほとんど除去されているが、
従来の場合(C1sスペクトル35)では、カーボンが
残留したままである。
【0023】以上のようにこの実施の形態では、酸化膜
が表面に存在するシリコン基板を真空加熱によりシリコ
ン清浄表面を形成するときに、昇華温度を増加し再度一
定温度まで下げる工程を複数回行い、その時の最大表面
温度を階段的に増加させていく温度プロファイルをした
ので、確実にSi−C結合が生じない清浄表面を形成で
きる。なお、この第3の実施の形態を第1および第2の
実施の形態に適用可能である。
が表面に存在するシリコン基板を真空加熱によりシリコ
ン清浄表面を形成するときに、昇華温度を増加し再度一
定温度まで下げる工程を複数回行い、その時の最大表面
温度を階段的に増加させていく温度プロファイルをした
ので、確実にSi−C結合が生じない清浄表面を形成で
きる。なお、この第3の実施の形態を第1および第2の
実施の形態に適用可能である。
【0024】この発明の第4の実施の形態を図6に基づ
いて説明する。シリコン基板を真空加熱することにより
シリコン清浄表面を形成する装置において、基板試料を
保持するサンプルホルダを洗浄し表面の不純物除去を行
なう。洗浄方法としては硫酸・過酸化水素水の混合溶液
(混合比1:5)を使用し、MO基板ホルダを1分間洗
浄した。水洗浄後、乾燥窒素ブローによる乾燥を行い、
その後、ホルダを真空中加熱清浄化し、シリコン基板を
ホルダに設置し、真空加熱によりシリコン清浄表面を形
成する。シリコン清浄表面形成は、第1の実施の形態と
同様にシリコン基板のRCA洗浄後、超高真空清浄化処
理にて行う。
いて説明する。シリコン基板を真空加熱することにより
シリコン清浄表面を形成する装置において、基板試料を
保持するサンプルホルダを洗浄し表面の不純物除去を行
なう。洗浄方法としては硫酸・過酸化水素水の混合溶液
(混合比1:5)を使用し、MO基板ホルダを1分間洗
浄した。水洗浄後、乾燥窒素ブローによる乾燥を行い、
その後、ホルダを真空中加熱清浄化し、シリコン基板を
ホルダに設置し、真空加熱によりシリコン清浄表面を形
成する。シリコン清浄表面形成は、第1の実施の形態と
同様にシリコン基板のRCA洗浄後、超高真空清浄化処
理にて行う。
【0025】図6はホルダ洗浄前と後のC1sスペクト
ルの違いを示す比較実験結果である。36は洗浄前のホ
ルダを使用した場合のC1sスペクトル、37は洗浄後
のホルダを使用した場合のC1sスペクトルである。洗
浄前のサンプルホルダを使用した場合、シリコン基板を
真空加熱によりシリコン清浄表面を形成した後の表面を
XPSにより測定するとカーボンが付着しており、洗浄
前のC1sスペクトル36ではカーボンがかなり残留し
ている。これに対し、洗浄後のサンプルホルダを使用す
るとカーボンは付着しておらず、洗浄後のC1sスペク
トル37ではMO基板表面のカーボンが完全に除去され
ていることがわかる。ホルダ洗浄前のようにシリコン基
板と密接するホルダ上の不純物汚染量が高いと高温時の
拡散により洗浄化したシリコン表面にカーボンが付着し
Si−C結合を形成する。しかし、サンプルホルダを洗
浄することによりサンプルホルダからの不純物拡散を完
全に防止することができる。
ルの違いを示す比較実験結果である。36は洗浄前のホ
ルダを使用した場合のC1sスペクトル、37は洗浄後
のホルダを使用した場合のC1sスペクトルである。洗
浄前のサンプルホルダを使用した場合、シリコン基板を
真空加熱によりシリコン清浄表面を形成した後の表面を
XPSにより測定するとカーボンが付着しており、洗浄
前のC1sスペクトル36ではカーボンがかなり残留し
ている。これに対し、洗浄後のサンプルホルダを使用す
るとカーボンは付着しておらず、洗浄後のC1sスペク
トル37ではMO基板表面のカーボンが完全に除去され
ていることがわかる。ホルダ洗浄前のようにシリコン基
板と密接するホルダ上の不純物汚染量が高いと高温時の
拡散により洗浄化したシリコン表面にカーボンが付着し
Si−C結合を形成する。しかし、サンプルホルダを洗
浄することによりサンプルホルダからの不純物拡散を完
全に防止することができる。
【0026】以上のようにこの実施の形態では、シリコ
ン基板を真空加熱によりシリコン清浄表面形成する装置
において、基板試料を保持するホルダを洗浄し表面の不
純物除去を行なった後、ホルダを真空中加熱清浄化し、
その後、シリコン基板をホルダに設置し真空加熱により
シリコン清浄表面を形成することにより、確実にSi−
C結合が生じない清浄表面が形成できる。
ン基板を真空加熱によりシリコン清浄表面形成する装置
において、基板試料を保持するホルダを洗浄し表面の不
純物除去を行なった後、ホルダを真空中加熱清浄化し、
その後、シリコン基板をホルダに設置し真空加熱により
シリコン清浄表面を形成することにより、確実にSi−
C結合が生じない清浄表面が形成できる。
【0027】なお、シリコン清浄表面を形成するために
超高真空中加熱について説明したが、水素雰囲気中での
還元によるシリコン清浄表面形成方法や、シリコンへの
通電加熱による清浄化方法等のすべての清浄表面形成プ
ロセスを含む。
超高真空中加熱について説明したが、水素雰囲気中での
還元によるシリコン清浄表面形成方法や、シリコンへの
通電加熱による清浄化方法等のすべての清浄表面形成プ
ロセスを含む。
【0028】
【発明の効果】この発明の請求項1記載のシリコンの表
面処理方法によれば、1nm以上の膜厚を有する酸化膜
が表面に存在するシリコン基板を真空加熱によりシリコ
ン清浄表面を形成するので、活性なシリコン表面と気体
中のカーボンとが物理的または化学的に結合することが
抑制され、カーボンがほとんど除去される。このため、
Si−C結合が生じない清浄シリコン表面を確実に形成
することができる。
面処理方法によれば、1nm以上の膜厚を有する酸化膜
が表面に存在するシリコン基板を真空加熱によりシリコ
ン清浄表面を形成するので、活性なシリコン表面と気体
中のカーボンとが物理的または化学的に結合することが
抑制され、カーボンがほとんど除去される。このため、
Si−C結合が生じない清浄シリコン表面を確実に形成
することができる。
【0029】請求項2では、酸化膜を昇華するための反
応に必要となる時間が酸化膜厚の増加とともに増加する
ため、酸化膜が厚くなると真空中での酸化膜除去反応に
必要以上の時間がかかり非効率となるが、酸化膜の膜厚
を1nm以上2nm以下に設定するので、カーボンを十
分に除去できるとともに処理時間を短くすることができ
る。このため、Si−C結合が生じない清浄シリコン表
面を確実かつ効率的に形成することができる。
応に必要となる時間が酸化膜厚の増加とともに増加する
ため、酸化膜が厚くなると真空中での酸化膜除去反応に
必要以上の時間がかかり非効率となるが、酸化膜の膜厚
を1nm以上2nm以下に設定するので、カーボンを十
分に除去できるとともに処理時間を短くすることができ
る。このため、Si−C結合が生じない清浄シリコン表
面を確実かつ効率的に形成することができる。
【0030】この発明の請求項3記載のシリコンの表面
処理方法によれば、昇華温度を増加し再度一定温度まで
下げる工程を複数回行い、その時の最大表面温度を段階
的に増加させていく温度プロファイルをしたことによ
り、シリコン表面の酸化膜の昇華が表面上で均一に少し
ずつ起こっていくため、局所的に活性なシリコン表面が
露出することによってSi−C結合が生じることはな
く、結果的にカーボンの少ない清浄表面を形成し易くす
る。
処理方法によれば、昇華温度を増加し再度一定温度まで
下げる工程を複数回行い、その時の最大表面温度を段階
的に増加させていく温度プロファイルをしたことによ
り、シリコン表面の酸化膜の昇華が表面上で均一に少し
ずつ起こっていくため、局所的に活性なシリコン表面が
露出することによってSi−C結合が生じることはな
く、結果的にカーボンの少ない清浄表面を形成し易くす
る。
【0031】この発明の請求項4記載のシリコンの表面
処理方法によれば、シリコン基板と密接するホルダ上の
不純物汚染量が高いと高温時の拡散により洗浄化したシ
リコン表面にカーボンが付着しSi−C結合が形成する
が、基板試料を保持するホルダを洗浄し表面の不純物除
去を行った後、ホルダを真空中加熱清浄化し、その後、
シリコン基板をホルダに設置して真空加熱によりシリコ
ン清浄表面を形成するので、ホルダからの不純物拡散を
完全に防止することができ、シリコン基板表面にカーボ
ンが付着することはなく確実にSi−C結合が生じない
清浄表面を形成できる。
処理方法によれば、シリコン基板と密接するホルダ上の
不純物汚染量が高いと高温時の拡散により洗浄化したシ
リコン表面にカーボンが付着しSi−C結合が形成する
が、基板試料を保持するホルダを洗浄し表面の不純物除
去を行った後、ホルダを真空中加熱清浄化し、その後、
シリコン基板をホルダに設置して真空加熱によりシリコ
ン清浄表面を形成するので、ホルダからの不純物拡散を
完全に防止することができ、シリコン基板表面にカーボ
ンが付着することはなく確実にSi−C結合が生じない
清浄表面を形成できる。
【図1】この発明の第1の実施の形態のシリコンの表面
処理方法の処理手順を示す概略断面図である。
処理方法の処理手順を示す概略断面図である。
【図2】この発明の第1の実施の形態のシリコンの表面
処理方法でのC1sスペクトル図である。
処理方法でのC1sスペクトル図である。
【図3】この発明の第2の実施の形態のシリコンの表面
処理方法でのカーボン残留率と処理時間の関係を示すグ
ラフである。
処理方法でのカーボン残留率と処理時間の関係を示すグ
ラフである。
【図4】この発明の第3の実施の形態のシリコンの表面
処理方法での温度プロファイルを示すグラフである。
処理方法での温度プロファイルを示すグラフである。
【図5】この発明の第3の実施の形態のシリコンの表面
処理方法でのC1sスペクトル図である。
処理方法でのC1sスペクトル図である。
【図6】この発明の第4の実施の形態のシリコンの表面
処理方法でのC1sスペクトル図である。
処理方法でのC1sスペクトル図である。
【図7】従来例1のシリコンの表面処理方法の処理手順
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図8】従来例2のシリコンの表面処理方法での装置の
概略図である。
概略図である。
【図9】従来例2のシリコンの表面処理方法の処理手順
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
1,6,24 RCA洗浄後シリコン基板 2,8 超真空中清浄化後シリコン基板 3,11,25 カーボン 4,9,23 酸化膜 5,10,14,22 シリコン基板 7 希ふっ酸洗浄後シリコン基板 12 シリコンカーバイド 13 真空容器 15 ホルダ 16 バルブ 17 エキシマレーザ 18,30 紫外光 19 レンズ 20 透過窓 21 ポンプ 27 酸素曝露 28 酸素曝露後基板 29 水素曝露 31 清浄化後基板 32 初期酸化膜1nm以上の場合のC1sスペクト
ル 33 初期酸化膜1nm以下の場合のC1sスペクト
ル 34 図7の温度プロファイル実験時のC1sスペク
トル 35 800℃保持時のC1sスペクトル 36 ホルダ洗浄前のC1sスペクトル 37 ホルダ洗浄後のC1sスペクトル
ル 33 初期酸化膜1nm以下の場合のC1sスペクト
ル 34 図7の温度プロファイル実験時のC1sスペク
トル 35 800℃保持時のC1sスペクトル 36 ホルダ洗浄前のC1sスペクトル 37 ホルダ洗浄後のC1sスペクトル
Claims (4)
- 【請求項1】 1nm以上の膜厚を有する酸化膜が表面
に存在するシリコン基板を真空加熱によりシリコン清浄
表面を形成することを特徴とするシリコンの表面処理方
法。 - 【請求項2】 酸化膜の膜厚を2nm以下に設定する請
求項1記載のシリコンの表面処理方法。 - 【請求項3】 シリコン基板を真空加熱によりその表面
の酸化膜を昇華させシリコン清浄表面を形成するとき
に、昇華温度を増加し再度一定温度まで下げる工程を複
数回行い、その時の最大表面温度を段階的に増加させて
いく温度プロファイルで処理することを特徴とするシリ
コンの表面処理方法。 - 【請求項4】 基板試料を保持するホルダを洗浄し表面
の不純物除去を行い、ホルダを真空中加熱清浄化した
後、シリコン基板を前記ホルダに設置して真空加熱によ
りシリコン清浄表面を形成することを特徴とするシリコ
ンの表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10023379A JPH11224872A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | シリコンの表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10023379A JPH11224872A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | シリコンの表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224872A true JPH11224872A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=12108907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10023379A Pending JPH11224872A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | シリコンの表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11224872A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019121710A (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 株式会社Screenホールディングス | 基板処理方法および基板処理装置 |
| JP2019121709A (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 株式会社Screenホールディングス | 基板処理方法および基板処理装置 |
| CN111602230A (zh) * | 2018-01-09 | 2020-08-28 | 株式会社斯库林集团 | 衬底处理方法及衬底处理装置 |
-
1998
- 1998-02-04 JP JP10023379A patent/JPH11224872A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019121710A (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 株式会社Screenホールディングス | 基板処理方法および基板処理装置 |
| JP2019121709A (ja) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | 株式会社Screenホールディングス | 基板処理方法および基板処理装置 |
| CN111602230A (zh) * | 2018-01-09 | 2020-08-28 | 株式会社斯库林集团 | 衬底处理方法及衬底处理装置 |
| US11437229B2 (en) | 2018-01-09 | 2022-09-06 | SCREEN Holdings Co., Ltd. | Substrate processing method |
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