JP2663518B2 - 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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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。
し、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。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
有効である。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、最近平山らは
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
以下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：水＝1:6:20の混合液で処理し基板表面に10
A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10A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SiO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−L229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が102cm-2以下の
良好な膜を得るためには基板の清浄化温度780℃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。
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。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
有効である。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、最近平山らは
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
以下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：水＝1:6:20の混合液で処理し基板表面に10
A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10A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SiO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−L229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が102cm-2以下の
良好な膜を得るためには基板の清浄化温度780℃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＝1:6:20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10A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。
法、すなわちアンモニア：過酸化水素水：水＝1:6:20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10A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。
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。
（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（Electron Cyc
lotron Resonance: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：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（Electron Cyc
lotron Resonance: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SiH2はSiの供給
源として働き、SiO2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SiO2
膜中の酸素原子に対し還元作用を持ち、SiO2膜のエッチ
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
ッチングが効率良く行え、通常の10A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SiO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Si表面
上ではSiH2はやはりSiの供給源として働き表面上のSi原
子のダングリングボンドと反応してSi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。
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SiH2はSiの供給
源として働き、SiO2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SiO2
膜中の酸素原子に対し還元作用を持ち、SiO2膜のエッチ
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
ッチングが効率良く行え、通常の10A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SiO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Si表面
上ではSiH2はやはりSiの供給源として働き表面上のSi原
子のダングリングボンドと反応してSi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。
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。
（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
の実施例を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Si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Si（111）基板が
セットされている。これに対し100％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析によって観測する。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
線回析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Si（111）表面に特有な
シャープな７×７表面超構造の反射電子線回析パターン
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）16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15として電子サイクロトロン共鳴によるクラ
ッキングを行わず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1scc
mでありこの時の成長室内の真空度は５×10-5〜２×10
-4Torr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Siと
反応してSiO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
してクラッ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SiH2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
ッ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℃まで低下でき、この時必要な清浄化時間は1
5分と短く実用的であった。さらにクラッキングしたジ
シランを用いて600℃において初期清浄化したSi（111）
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
ル膜が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。
の実施例を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Si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Si（111）基板が
セットされている。これに対し100％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析によって観測する。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
線回析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Si（111）表面に特有な
シャープな７×７表面超構造の反射電子線回析パターン
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）16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15として電子サイクロトロン共鳴によるクラ
ッキングを行わず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1scc
mでありこの時の成長室内の真空度は５×10-5〜２×10
-4Torr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Siと
反応してSiO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
してクラッ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SiH2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
ッ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℃まで低下でき、この時必要な清浄化時間は1
5分と短く実用的であった。さらにクラッキングしたジ
シランを用いて600℃において初期清浄化したSi（111）
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
ル膜が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Si基板上にSi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、Si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。
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、Si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。
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。
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装置の成長室、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波管、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
ジシランガス導入管のバルブ、11はジシランガスボン
ベ、12は反射電子線回析用電子銃、13は反射電子線回析
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装置の成長室、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波管、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
ジシランガス導入管のバルブ、11はジシランガスボン
ベ、12は反射電子線回析用電子銃、13は反射電子線回析
用蛍光スクリーンを各々示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｍ
Claims (1)
- 【請求項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 JPH01305893A (ja) | 1989-12-11 |
| JP2663518B2 true 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) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010024608A (ko) * | 1998-09-14 | 2001-03-26 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 반도체장치의 제조장치 및 그 제조방법 |
-
1988
- 1988-06-02 JP JP13695688A patent/JP2663518B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01305893A (ja) | 1989-12-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |