JP2007288032A - Surface treating device for semiconductor substrate, manufacturing method therefor, and generation source of sulfur - Google Patents

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秀人 大西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for semiconductor device which easily performs a surface treatment for reducing a defect on a top surface of a semiconductor substrate and a dangling bond at an end by bonding them to sulfur, and to provide a generation source of sulfur. <P>SOLUTION: A surface treating device for semiconductor substrate is a surface treating device for semiconductor substrate that performs termination processing for a surface of a substrate with supplied gas containing supplied in a chamber adjusted to predetermined pressure. The device includes a sulfur gas generation source where a layer containing sulfur is formed, a stage where the substrate whose surface is to be surface-treated is fixed, a heater which heats the inside of the chamber to temperature at which the gas is produced by the sulfur gas generation source, and an exhausting device which controls the inside of the chamber to fixed pressure. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体表面のダングリングボンドを硫黄により終端させる半導体基板の表面処理装置及び製造方法並びに硫黄の発生源に関する。   The present invention relates to a semiconductor substrate surface treatment apparatus and method for terminating dangling bonds on a semiconductor surface with sulfur, and a sulfur source.

従来、半導体基板上に電極を形成する際、半導体基板と電極との界面の管理がデバイスの性能を左右するため、半導体基板表面に電極を形成する前段階における半導体基板表面の処理が重要となっている。
すなわち、シリコン基板やガリウム砒素や窒化物系化合物半導体などを積層した化合物半導体基板からなる半導体基板の最表面において、原子の共有結合がきれた未結合手(ダングリングボンド)、つまり共有結合を行う相手のいない結合手が存在している。
Conventionally, when an electrode is formed on a semiconductor substrate, the management of the interface between the semiconductor substrate and the device affects the performance of the device. Therefore, it is important to treat the surface of the semiconductor substrate before forming the electrode on the surface of the semiconductor substrate. ing.
That is, a dangling bond in which an atomic covalent bond is broken (dangling bond) is performed on the outermost surface of a semiconductor substrate made of a compound semiconductor substrate in which a silicon substrate, gallium arsenide, nitride compound semiconductor, or the like is stacked. There is a bond with no opponent.

このようにダングリングボンドが存在する半導体基板の最表面に電極を形成する場合、ダングリングボンドにより、半導体基板と電極との界面において新たな電位障壁が発生し、半導体装置の動作電圧(MOSトランジスタの閾値電圧,ダイオードの順方向電圧等)が増加してしまうことになる。   When an electrode is formed on the outermost surface of a semiconductor substrate where a dangling bond exists in this way, a new potential barrier is generated at the interface between the semiconductor substrate and the electrode due to the dangling bond, and the operating voltage of the semiconductor device (MOS transistor) The threshold voltage of the diode, the forward voltage of the diode, etc.) will increase.

上述した動作電圧の増加を抑制するため、半導体基板の表面のダングリングボンドを削減させる必要があり、この方法として半導体基板の表面処理が知られている。
例えば、代表的な方法として、半導体基板の表面のシリコン酸化膜をフォトリソでエッチングしてコンタクト開孔し、開孔部において露出された半導体基板の表面に対し、分子線エピタキシー(MBE)装置を用い、単原子層の厚さとなるSe(セレン)層を堆積させ、このSe原子の結合手とダングリングボンド状態の結合手とを共有結合させることで、半導体基板のダングリングボンドを削減させる表面処理方法が良く知られている。
In order to suppress the increase in the operating voltage described above, it is necessary to reduce dangling bonds on the surface of the semiconductor substrate. As this method, surface treatment of the semiconductor substrate is known.
For example, as a typical method, contact etching is performed by etching a silicon oxide film on the surface of a semiconductor substrate with photolithography, and a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus is used for the surface of the semiconductor substrate exposed at the opening. A surface treatment for reducing dangling bonds in a semiconductor substrate by depositing a Se (selenium) layer having a thickness of a monoatomic layer and covalently bonding the bonds of Se atoms and bonds in a dangling bond state. The method is well known.

しかしながら、MBE装置を用いる方法は、装置自体が高価であり、かつ市販されているMBE装置で処理可能なウェハの径が小さい(小口径ウェハに対する)ものがほとんどであり、近年において主流となっている大口径ウェハの処理に対して対応できない。
また、MBE装置は枚葉式であり、シングルウェハ対応であるため、スループットが悪く、単にダングリングボンドを削減する工程に用いるには生産性が非常に悪い。
さらに、ダングリングボンドと結合させるために用いるSeの毒性が高く、表面処理の工程において、取り扱いに注意が必要であるという問題がある。
However, most of the methods using the MBE apparatus are expensive and the diameter of a wafer that can be processed by a commercially available MBE apparatus is small (relative to a small-diameter wafer). It cannot cope with the processing of large diameter wafers.
Further, since the MBE apparatus is a single wafer type and is compatible with a single wafer, the throughput is poor, and the productivity is very poor for use in a process of simply reducing dangling bonds.
Furthermore, there is a problem that Se used for bonding with dangling bonds is highly toxic, and handling is required in the surface treatment process.

このため、処理が比較的容易であり、スループットも高い処理として、ダングリングボンドを有する半導体基板を黄色硫化アンモニウム液に浸して、半導体基板の表面における終端処理を行う方法が知られている。
すなわち、半導体基板表面のダングリングボンドを終端させるため、黄色硫化アンモニウム水溶液に半導体基板を浸し、半導体基板表面に単原子レベルの厚みを有する硫黄(S)層を堆積させ、この硫黄を半導体基板表面のダングリングボンドと結合させることで硫黄化し、結合されていない余分な硫黄を除去する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
特開平02−187029号公報
For this reason, as a process that is relatively easy to process and has a high throughput, a method is known in which a semiconductor substrate having dangling bonds is immersed in a yellow ammonium sulfide solution to perform a termination process on the surface of the semiconductor substrate.
That is, in order to terminate dangling bonds on the surface of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate is immersed in an aqueous solution of yellow ammonium sulfide, and a sulfur (S) layer having a monoatomic thickness is deposited on the surface of the semiconductor substrate. There is a method of sulfurating by bonding with dangling bonds, and removing excess sulfur not bonded (for example, see Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 02-187029

上述したように、特許文献1に示す表面処理方法にあっては、硫化アンモニウム水溶液に浸すことにより、半導体基板の表面に、単原子レベルの硫黄の原子層(硫黄層)が形成される。
しかしながら、硫化アンモニウム水溶液が酸素や水素と反応し易いため、半導体基板を硫化アンモニウム水溶液から取り出した際、半導体基板表面の硫化アンモニウムが外気と接触して、ポリ硫化物,ポリチオン塩酸・硫化水素アンモニウム等の反応物が硫黄層を覆うように、半導体基板の表面に付着する。
そのため、この半導体基板表面に付着した反応物を除去する必要があり、表面処理を行った後に、半導体基板を真空加熱して反応物の昇華除去する工程を追加する必要がある。
As described above, in the surface treatment method disclosed in Patent Document 1, a monoatomic sulfur atomic layer (sulfur layer) is formed on the surface of a semiconductor substrate by immersion in an aqueous ammonium sulfide solution.
However, since the aqueous ammonium sulfide solution easily reacts with oxygen and hydrogen, when the semiconductor substrate is taken out from the aqueous ammonium sulfide solution, the ammonium sulfide on the surface of the semiconductor substrate comes into contact with the outside air, resulting in polysulfide, polythion hydrochloride / ammonium hydrogen sulfide, etc. The reactants adhere to the surface of the semiconductor substrate so as to cover the sulfur layer.
Therefore, it is necessary to remove the reactant attached to the surface of the semiconductor substrate, and it is necessary to add a step of sublimating and removing the reactant by vacuum heating the semiconductor substrate after performing the surface treatment.

ところが、反応物を昇華除去するための真空加熱の処理を追加しても、完全に反応物を除去できない場合があり、反応物の残差となり、反応物の残差の上部に電極を形成すると、反応物の残差の影響によって半導体基板と電極間の抵抗が上昇し、半導体装置の動作電圧(MOSトランジスタの閾値電圧,ダイオードの順方向電圧等)が上昇してしまうことになり、ダングリングボンドを削減した効果があまり得られないこととなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、半導体基板の表面におけるダングリングボンドを、硫黄と結合させて削減する表面処理を簡易に行う半導体装置の製造方法及び硫黄の発生源を提供することを目的とする。
However, even if a vacuum heating treatment for sublimation removal of the reactant is added, the reactant may not be completely removed, resulting in a residue of the reactant, and forming an electrode above the residue of the reactant. The resistance between the semiconductor substrate and the electrode increases due to the influence of the residual of the reactant, and the operating voltage of the semiconductor device (the threshold voltage of the MOS transistor, the forward voltage of the diode, etc.) increases. The effect of reducing the bond will not be obtained much.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and a semiconductor device manufacturing method and a sulfur source that easily perform surface treatment to reduce dangling bonds on the surface of a semiconductor substrate by combining with sulfur. The purpose is to provide.

本発明の半導体基板の表面処理装置は、所定の圧力に調整されたチャンバー内において、供給される硫黄を含むガスにより、半導体基板の表面の終端処理を行う半導体基板の表面処理装置であり、硫黄を含む層が形成された硫黄ガス発生源と、表面の終端処理が行われる半導体基板を固定するステージと、前記硫黄ガス発生源から前記ガスが発生される温度にチャンバー内を加熱するヒータと、チャンバー内の圧力を一定制御する(減圧して、処理に適した所望の圧力に制御する)排気装置(ポンプ)とを有することを特徴とする。   A surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to the present invention is a surface treatment apparatus for a semiconductor substrate that performs termination treatment of the surface of the semiconductor substrate with a gas containing sulfur supplied in a chamber adjusted to a predetermined pressure. A sulfur gas generation source in which a layer containing a gas is formed, a stage for fixing a semiconductor substrate on which surface termination is performed, a heater for heating the inside of the chamber to a temperature at which the gas is generated from the sulfur gas generation source, And an exhaust device (pump) for controlling the pressure in the chamber to a certain level (decreasing the pressure to a desired pressure suitable for processing).

本発明の半導体基板の表面処理装置は、前記ヒータが、硫黄と基板の表面を形成する原子との結合を切断させる熱エネルギーを与える値に前記温度を制御することを特徴とする。   The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to the present invention is characterized in that the heater controls the temperature to a value that gives thermal energy for breaking a bond between sulfur and atoms forming the surface of the substrate.

本発明の半導体基板の表面処理装置は、前記硫黄ガス発生源とステージとが対向して設けられていることを特徴とする。   The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to the present invention is characterized in that the sulfur gas generation source and a stage are provided to face each other.

本発明の半導体基板の表面処理装置は、前記ステージ及び硫黄ガス発生源とを、該ステージ及び硫黄ガス間に存在する回転軸を中心に公転させる公転機構を、さらに有することを特徴とする。   The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to the present invention further includes a revolving mechanism for revolving the stage and the sulfur gas generation source around a rotation axis existing between the stage and the sulfur gas.

本発明の半導体基板の表面処理装置は、前記ステージまたは/及び硫黄ガス発生源を自転させる自転機構をさらに有することを特徴とする。   The semiconductor substrate surface treatment apparatus of the present invention further includes a rotation mechanism for rotating the stage and / or the sulfur gas generation source.

本発明の半導体基板の表面処理装置は、前記硫黄ガス発生源が基板と、該基板上に形成された硫黄を含む層とから構成されていることを特徴とする。   The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to the present invention is characterized in that the sulfur gas generation source includes a substrate and a layer containing sulfur formed on the substrate.

本発明の半導体基板の表面処理方法は、所定の圧力に調整されたチャンバー内において、供給される硫黄を含むガスにより、半導体基板の表面の終端処理を行う半導体製造方法であり、硫黄を含む層が形成された硫黄ガス発生源及び表面の終端処理が行われる半導体基板を固定するステージをヒータにより加熱する工程と、硫黄ガス発生源からガスを発生させる工程と、発生した前記ガスにより、硫黄を半導体基板表面に付着させ、半導体基板表面の終端処理を行う工程とを有することを特徴とする。   The surface treatment method for a semiconductor substrate of the present invention is a semiconductor manufacturing method for performing a termination treatment on the surface of a semiconductor substrate with a gas containing sulfur supplied in a chamber adjusted to a predetermined pressure. A sulfur gas generation source formed on the substrate and a stage for fixing the semiconductor substrate on which the surface termination process is performed, a step of heating with a heater, a step of generating gas from the sulfur gas generation source, and the generated gas to generate sulfur. A step of attaching to the surface of the semiconductor substrate and performing a termination treatment on the surface of the semiconductor substrate.

本発明の半導体基板の表面処理方法は、終端処理温度の範囲内50℃〜300℃望ましくは、100℃から200に、前記温度を制御する工程を、さらに有することを特徴とする。   The surface treatment method for a semiconductor substrate according to the present invention further includes a step of controlling the temperature from 50 ° C. to 300 ° C., preferably from 100 ° C. to 200 ° C. within the range of the termination treatment temperature.

本発明の半導体基板の表面処理方法は、前記ステージ及び硫黄ガス発生源とを、該ステージ及び硫黄ガス間に存在する回転軸を中心に、公転機構により公転させる工程を、さらに有することを特徴とする。   The surface treatment method for a semiconductor substrate according to the present invention further comprises a step of revolving the stage and the sulfur gas generation source by a revolution mechanism around a rotation axis existing between the stage and the sulfur gas. To do.

本発明の半導体基板の表面処理方法は、前記ステージまたは/及び硫黄ガス発生源を、自転機構により自転させる工程をさらに有することを特徴とする。   The semiconductor substrate surface treatment method of the present invention further includes a step of rotating the stage and / or the sulfur gas generation source by a rotation mechanism.

本発明の半導体基板の表面処理方法は、前記硫黄ガス発生源が基板と、該基板上に形成された硫黄を含む層とから構成されていることを特徴とする。   The surface treatment method for a semiconductor substrate of the present invention is characterized in that the sulfur gas generation source is composed of a substrate and a layer containing sulfur formed on the substrate.

本発明の硫黄を含むガスの発生源は、半導体基板表面の終端処理を行う硫黄を含むガスを発生する硫黄ガス発生源であり、基板と、該基板上に形成された硫黄を含む材料層とを有することを特徴とする。   The sulfur-containing gas generation source of the present invention is a sulfur gas generation source that generates sulfur-containing gas for terminating the surface of the semiconductor substrate, and a substrate, and a sulfur-containing material layer formed on the substrate, It is characterized by having.

以上説明したように、発明によれば、MBE装置を使用する場合に比較して、大口径のウェハをバッチ処理することが可能であり、半導体基板の表面処理の工程におけるスループットを大幅に向上させることができる。
また、本発明によれば、半導体基板の表面処理にセレンを用いることが無いため、体内へのセレンの必要以上の摂取を防止することが可能となり、工程における安全性を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to batch-process large-diameter wafers compared to the case of using an MBE apparatus, and greatly improve the throughput in the surface treatment process of a semiconductor substrate. be able to.
Further, according to the present invention, since selenium is not used for the surface treatment of the semiconductor substrate, it is possible to prevent selenium from being taken into the body more than necessary, and the safety in the process can be improved.

本発明は、所定の圧力に調整されたチャンバー内において、供給される硫黄を含むガスにより、半導体基板の表面処理を行う装置であり、硫黄を含む層が表面に形成された硫黄ガス発生源と、表面の終端処理が行われる半導体基板を固定するステージと、硫黄ガス発生源からガスが発生される温度にチャンバー内を加熱するヒータとチャンバー内の圧力を一定に保持するための排気装置(真空ポンプ)とを有している。
すなわち、本発明は、表面の終端処理を行う対象の半導体基板と同一チャンバー(同一ステージ)内に硫黄ガス発生源を設け、この硫黄ガス発生源から硫黄(硫黄原子及び硫黄分子と、硫黄分子や硫黄原子を構成要素として含む化合物)を含むガスを発生させ、このガスにより上記半導体基板の表面のダングリングボンドに硫黄を共有結合させて、半導体基板の表面処理を行う。
The present invention is an apparatus for performing a surface treatment of a semiconductor substrate with a gas containing sulfur supplied in a chamber adjusted to a predetermined pressure, and a sulfur gas generation source having a sulfur-containing layer formed on a surface thereof. A stage for fixing the semiconductor substrate to be subjected to surface termination, a heater for heating the inside of the chamber to a temperature at which gas is generated from a sulfur gas generation source, and an exhaust device for keeping the pressure in the chamber constant (vacuum) Pump).
That is, in the present invention, a sulfur gas generation source is provided in the same chamber (same stage) as the semiconductor substrate to be subjected to surface termination treatment, and sulfur (sulfur atoms and sulfur molecules, sulfur molecules, A gas containing a compound containing a sulfur atom as a constituent element is generated, and sulfur is covalently bonded to dangling bonds on the surface of the semiconductor substrate by this gas to perform surface treatment of the semiconductor substrate.

また、本発明は、電極を蒸着するためにリソグラフィにて、例えば半導体基板の表面に形成された酸化膜等の絶縁体を除去し、コンタクト孔を開口して、半導体基板の表面に、硫黄からなる単原子レベルの層を形成して、この終端にあるダングリングボンドを抑制する、半導体基板の表面処理を行う。   In addition, the present invention removes an insulator such as an oxide film formed on the surface of a semiconductor substrate by lithography to deposit an electrode, opens a contact hole, and removes sulfur from the surface of the semiconductor substrate. Then, a surface treatment of the semiconductor substrate is performed to suppress a dangling bond at the terminal.

以下、本発明の一実施形態による半導体装置を図面を参照して説明する。図1は第1の実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、半導体基板の表面処理装置1は、上述したように、半導体基板の表面及び欠陥に存在するダングリングボンドを硫黄により表面処理するものであり、石英ボード2,ヒータ3,チャンバ4を有している。また、チャンバ4内における表面処理の環境としては、図示されてはいないが、排気口から適時排気処理が行われ、表面処理中のチャンバ4内は所定の圧力(例えば、2×10−4Pa:範囲として、5×10Pa〜1×10−5Pa)に制御され、ヒータ3によりチャンバ4内の温度がほぼ130℃近傍(範囲として、50℃〜300℃)に制御されている。
以降、硫黄ガス発生源の製造方法(範囲50℃〜300℃)を説明し、この硫黄ガス発生源を用いた終端処理を用いた装置および方法について順次説明する。
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the first embodiment.
In this figure, the surface treatment apparatus 1 for a semiconductor substrate, as described above, treats dangling bonds existing on the surface and defects of the semiconductor substrate with sulfur. Have. Although not shown in the figure, the surface treatment environment in the chamber 4 is timely exhausted from the exhaust port, and the inside of the chamber 4 during the surface treatment has a predetermined pressure (for example, 2 × 10 −4 Pa). : as a range, is controlled to 5 × 10 5 Pa~1 × 10 -5 Pa), as almost 130 ° C. vicinity (range temperature in the chamber 4 by the heater 3 is controlled to 50 ° C. to 300 ° C.).
Hereinafter, a method for producing a sulfur gas generation source (range: 50 ° C. to 300 ° C.) will be described, and an apparatus and a method using termination treatment using the sulfur gas generation source will be sequentially described.

<硫黄ガス発生源>
硫黄ガス発生源としては、例えば、硫化アンモニウム水溶液等の硫黄を構成元素として含む薬液に浸して、表面に硫黄を構成元素として含む材料層を表面に形成した基板、すなわち硫黄ガス発生源(以降、ガス発生ウェハ5)を作成する。硫黄は昇華し易い元素として知られており、基板に付着したものを加温処理によりガス発生ウェハ5から容易に離間することができる。
ここで、ガス発生ウェハ5の基体として用いる基板は、シリコン、ガリウム砒素や窒化物型などからなる化合物半導体基板、金属板等を用いることができる。
また、できれば、上記ガス発生ウェハ5の基板としては、硫化アンモニウム水溶液と反応しない材料で形成されていることが望ましい。
<Sulfur gas source>
As the sulfur gas generation source, for example, a substrate in which a material layer containing sulfur as a constituent element is formed on the surface by dipping in a chemical solution containing sulfur as a constituent element, such as an ammonium sulfide aqueous solution, that is, a sulfur gas generation source (hereinafter referred to as a sulfur gas generation source). A gas generating wafer 5) is prepared. Sulfur is known as an element that is easily sublimated, and what is attached to the substrate can be easily separated from the gas generating wafer 5 by heating treatment.
Here, the substrate used as the base of the gas generating wafer 5 may be a compound semiconductor substrate made of silicon, gallium arsenide, nitride, or the like, a metal plate, or the like.
If possible, the substrate of the gas generating wafer 5 is preferably formed of a material that does not react with the aqueous ammonium sulfide solution.

上記基板を硫化物溶液(硫化物が含有された溶液)、例えば、硫化アンモニウム水溶液(25℃)に30分程度浸漬、すなわち薬液処理を行い、硫黄が基板表面に付着する。
次に、硫化アンモニウム水溶液から基板を取り出し、窒素ブローにより基板上に余分に付着している硫化アンモニウム溶液を除去し、基板を乾燥させる。
The substrate is immersed in a sulfide solution (a solution containing sulfide), for example, an aqueous solution of ammonium sulfide (25 ° C.) for about 30 minutes, that is, chemical treatment is performed, and sulfur adheres to the substrate surface.
Next, the substrate is taken out from the aqueous ammonium sulfide solution, and the ammonium sulfide solution adhering excessively on the substrate is removed by blowing nitrogen, and the substrate is dried.

このとき、乾燥処理を行った結果として、乾燥した硫黄を含有する材料層の上部に、ポリ硫化物,ポリチオン酸塩および硫化水素アンモニウムなどの、硫化アンモニウム水溶液が外気と触れることにより生成された反応物が数μmから数十μm程度堆積して付着してしまう。上記反応物を除去するため、例えば、圧力2000Pa(15Torr)、温度200℃の環境にて約1時間程度の真空加熱処理を行い、硫黄を含有する材料層(一部反応物が形成されていてもよい)が形成される。
上述した工程により、原子数個分の厚さで、硫黄を含有する材料層が基板上に形成され、ガス発生ウェハ5となる。
At this time, as a result of the drying treatment, a reaction generated by contacting an aqueous solution of ammonium sulfide such as polysulfide, polythionate, and ammonium hydrogen sulfide on the upper part of the material layer containing dried sulfur. Objects are deposited and adhered by several μm to several tens of μm. In order to remove the reactant, for example, a vacuum heat treatment is performed for about 1 hour in an environment of a pressure of 2000 Pa (15 Torr) and a temperature of 200 ° C., and a sulfur-containing material layer (a part of the reactant is formed). May be formed).
Through the above-described steps, a material layer containing sulfur with a thickness of several atoms is formed on the substrate, and the gas generating wafer 5 is obtained.

この処理により、基板表面に硫黄を含む材料層、すなわち硫黄ガス発生源が形成され、ガス発生ウェハ5となる。そして、この材料層をチャンバ4内においてガス化することにより、発生するガスに含まれる硫黄により、処理対象の半導体基板(以降、半導体基板6)表面に終端処理を行う硫黄を含む層を形成させ、半導体基板6の表面のダングリングボンドと共有結合させることになる。
ここで、硫黄のガスの発生を効率的とするため、上記ガス発生ウェハ5の基板としては終端処理が行われない、つまり薬液処理工程において硫黄と共有結合する基板表面のダングリングボンドの密度の少ない材料を用いることが望ましい。
By this treatment, a material layer containing sulfur, that is, a sulfur gas generation source is formed on the substrate surface, and the gas generation wafer 5 is obtained. Then, by gasifying the material layer in the chamber 4, a sulfur-containing layer for terminating treatment is formed on the surface of the semiconductor substrate to be processed (hereinafter, semiconductor substrate 6) by sulfur contained in the generated gas. Then, it is covalently bonded to a dangling bond on the surface of the semiconductor substrate 6.
Here, in order to make the generation of sulfur gas efficient, the termination of the gas generation wafer 5 is not performed, that is, the density of dangling bonds on the surface of the substrate that is covalently bonded to sulfur in the chemical treatment process. It is desirable to use less material.

これにより、基板のダングリングボンドと共有結合をしていない硫黄は、結合している硫黄より低い温度にて、ガス発生ウェハ5から昇華することにより離間することが容易に可能となる。
また、ガス発生ウェハ5として、ダングリングボンド密度が高い基板を用いる場合、予めこのダングリングボンドを、何らかの原子(硫黄も含んでもよい)により終端処理を行い、シールド層を形成し、その後に、硫化アンモニウム水溶液に浸積させて、材料層をこのシールド層上に形成するようにしてもよい。
Thereby, sulfur which is not covalently bonded to the dangling bond of the substrate can be easily separated by sublimating from the gas generating wafer 5 at a temperature lower than the bonded sulfur.
Further, when a substrate having a high dangling bond density is used as the gas generating wafer 5, this dangling bond is preliminarily treated with some atoms (which may also contain sulfur), a shield layer is formed, and then The material layer may be formed on the shield layer by being immersed in an aqueous ammonium sulfide solution.

また、上記材料層を硫化アンモニウム水溶液に浸積して形成するのではなく、プラズマ装置を用いて、硫黄を含むガスにより基板表面に予めシールド層を形成して基板表面のダングリングボンドを減少させた後に、硫化アンモニウム水溶液に浸積させて、材料層をこのシールド層上に形成するようにしても良い。
また、上記材料層を硫化アンモニウム水溶液に浸積して形成するのではなく、プラズマ装置を用いて、硫黄を含むガスにより、ドライの状態で硫黄を含有する材料層を形成しても良い。ドライの状態で、材料層を形成することにより、基板上に反応物が生成されないため、真空加熱処理による反応物除去の工程がなく、短時間にてガス発生ウェハ5を作成することができる。
In addition, the material layer is not formed by immersing in an aqueous ammonium sulfide solution, but a dampling bond on the substrate surface is reduced by forming a shield layer in advance on the substrate surface with a gas containing sulfur using a plasma apparatus. Then, the material layer may be formed on the shield layer by immersing in an aqueous ammonium sulfide solution.
In addition, the material layer may be formed in a dry state using a gas containing sulfur, instead of being formed by immersing the material layer in an aqueous ammonium sulfide solution. By forming the material layer in a dry state, no reactant is generated on the substrate, so there is no step of removing the reactant by vacuum heat treatment, and the gas generating wafer 5 can be created in a short time.

また、ガス発生ウェハ5に用いる基板は、表面に凹凸が少なく、より平坦であることが望ましい。ここで、表面に凹凸が多い場合、基板の表面積は増加、すなわちガス発生ウェハ5上の材料層の表面積が増加するが、表面の凹凸に引きつけられて又は衝突して硫黄が基板から昇華しにくくなり、ガス発生の効率を低下させることとなる。   Further, it is desirable that the substrate used for the gas generating wafer 5 has less irregularities on the surface and is flatter. Here, when the surface has many irregularities, the surface area of the substrate increases, that is, the surface area of the material layer on the gas generating wafer 5 increases, but it is difficult for sulfur to be sublimated from the substrate by being attracted to or colliding with the surface irregularities. As a result, the efficiency of gas generation is reduced.

<半導体基板の表面処理の第1の実施形態>
図1を参照して半導体基板の表面処理装置1の第1の実施形態を説明する。図1に示すように、チャンバ4内には石英ボート2が配設され、この石英ボート2に、ガス発生ウェハ5と、このガス発生ウェハ5の表面に対向する面を終端処理する表面(基板表面6A)となるよう、半導体基板6とを固定する。
そして、すでに述べたように、チャンバ4内の圧力(真空度)が2×10−4Pa程度、温度がヒータ3により130℃程度に制御されている。これにより、ガス発生ウェハ5および半導体基板6各々の温度も130℃程度に制御される。
<First Embodiment of Surface Treatment of Semiconductor Substrate>
A first embodiment of a surface treatment apparatus 1 for a semiconductor substrate will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, a quartz boat 2 is disposed in a chamber 4. A gas generation wafer 5 and a surface (substrate) that terminates a surface facing the surface of the gas generation wafer 5 are disposed on the quartz boat 2. The semiconductor substrate 6 is fixed so as to be the surface 6A).
As described above, the pressure (degree of vacuum) in the chamber 4 is controlled to about 2 × 10 −4 Pa and the temperature is controlled to about 130 ° C. by the heater 3. Thereby, the temperature of each of the gas generating wafer 5 and the semiconductor substrate 6 is also controlled to about 130 ° C.

ここで、ガス発生源として用いるガス発生ウェハ5はすでに述べたプロセスにより作成される。また、半導体基板6において、表面6A上に酸化膜等が形成されており、リソグラフィ及びエッチングにより、終端処理を行う領域がコンタクト開孔され、半導体基板6の表面が露出した状態となっている。
すでに述べたように、排気口と、この排気口からチャンバ4内のガスを排出させる図示しない排気装置とにより、チャンバ4内の真空度(圧力)が制御される。
Here, the gas generation wafer 5 used as a gas generation source is produced by the process already described. Further, in the semiconductor substrate 6, an oxide film or the like is formed on the surface 6A, and the region to be terminated is contact-opened by lithography and etching, so that the surface of the semiconductor substrate 6 is exposed.
As described above, the degree of vacuum (pressure) in the chamber 4 is controlled by the exhaust port and the exhaust device (not shown) that exhausts the gas in the chamber 4 from the exhaust port.

次に、図1を参照して、第1の実施形態の半導体基板の表面処理装置1によって、硫黄により、半導体基板6の表面6Aのダングリングボンドに対する終端処理を行う半導体製造方法について説明する。
半導体基板6とガス発生ウェハ5とを、石英ボード2に設けられた溝に各々の基板の一部を差し込んで固定する。
そして、上記排気装置により、チャンバ4内の真空度を2×10−4Paとした後、ヒータ3によるチャンバ4の加熱を行い(真空加熱)、図示しない温度制御装置により所定の温度に制御する。
Next, referring to FIG. 1, a semiconductor manufacturing method in which termination treatment for dangling bonds on the surface 6 </ b> A of the semiconductor substrate 6 is performed with sulfur by the surface treatment apparatus 1 for a semiconductor substrate according to the first embodiment will be described.
The semiconductor substrate 6 and the gas generating wafer 5 are fixed by inserting a part of each substrate into a groove provided in the quartz board 2.
Then, after the degree of vacuum in the chamber 4 is set to 2 × 10 −4 Pa by the exhaust device, the chamber 4 is heated by the heater 3 (vacuum heating), and is controlled to a predetermined temperature by a temperature control device (not shown). .

ここで、チャンバ4内、すなわちガス発生ウェハ5及び半導体基板6が所定の温度、例えば130℃程度とする。上記真空加熱処理により、あたためられ、ガス発生ウェハ5の材料層から離散した(昇華した)硫黄が発生され、上記真空度にてチャンバ4内に硫黄が充填される。
また、上記所定の温度は、半導体基板6の表面6Aにおいて、表面のダングリングボンドと、上記ガスに含有されている硫黄の未結合手との共有結合を分離する温度以下で、かつガス発生ウェハ5の基板表面に硫黄が付着している状態から、基板表面に付着した硫黄が基板から昇華する温度以上に制御することが重要である。
Here, the inside of the chamber 4, that is, the gas generating wafer 5 and the semiconductor substrate 6 are set to a predetermined temperature, for example, about 130 ° C. By the vacuum heat treatment, sulfur that has been warmed up and separated (sublimated) from the material layer of the gas generating wafer 5 is generated, and the chamber 4 is filled with sulfur at the degree of vacuum.
Further, the predetermined temperature is equal to or lower than the temperature at which the surface dangling bond on the surface 6A of the semiconductor substrate 6 is separated from the covalent bond between the sulfur dangling bonds contained in the gas and the gas generating wafer. It is important to control from the state of sulfur adhering to the substrate surface 5 to a temperature at which sulfur adhering to the substrate surface sublimates from the substrate.

すなわち、硫化アンモニウム水溶液に浸積してガス発生ウェハ6に形成された材料層において、基板の表面又は欠陥の終端におけるダングリングボンドと共有結合している硫黄だけでなく、基板の表面には付着しているのみで共有結合していない硫黄とが存在している。共有結合している硫黄は300℃以上の熱(熱エネルギ)を与えなければ、共有結合が切断されないため、材料層における共有結合していない硫黄が共有結合している硫黄よりも先に昇華して、ガスとしてチャンバ4内に拡散する。   That is, in the material layer formed on the gas generating wafer 6 by being immersed in the ammonium sulfide aqueous solution, it adheres not only to the surface of the substrate or the dangling bond at the end of the defect but also to the surface of the substrate. But only sulfur that is not covalently bonded. Since the covalently bonded sulfur is not broken unless heat (heat energy) of 300 ° C. or higher is applied, the covalently bonded sulfur sublimates before the covalently bonded sulfur in the material layer. Then, it diffuses into the chamber 4 as gas.

これにより、ガス発散ウェハ5の材料層から昇華した硫黄を含むガスがチャンバ4内を拡散し、その一部が半導体基板6の表面6Aにおける表面のダングリングボンドと共有結合する。
このとき、チャンバ4が130℃に加熱されている場合、表面6Aのダングリングボンドと共有結合した硫黄は、共有結合が切断されて昇華することなく、安定して共有結合状態として表面6A上に残存することとなる。
As a result, a gas containing sulfur sublimated from the material layer of the gas diffusing wafer 5 diffuses in the chamber 4, and a part thereof is covalently bonded to the surface dangling bond on the surface 6 </ b> A of the semiconductor substrate 6.
At this time, when the chamber 4 is heated to 130 ° C., the sulfur covalently bonded to the dangling bond on the surface 6A is stably broken down on the surface 6A as the covalent bond is not sublimated and sublimated. Will remain.

上述したように、チャンバ4内の温度、すなわちガス発生ウェハ5及び半導体基板6の表面温度を、終端処理する半導体基板6の表面6Aにおける原子と、硫黄との共有結合が切断される温度未満であり、かつガス発生ウェハ5の基板表面に共有結合していない硫黄が基板表面から昇華する温度以上との温度範囲(以下、終端処理温度範囲)にて設定する。(硫黄は昇華しやすい元素として知られている。)
これにより、チャンバ4内をほとんど硫黄によって充満させることができる。また、ガス発生ウェハ5から昇華した硫黄が効果的に表面6Aの原子の未結合手であるダングリングボンドと共有結合をし、かつ一度共有結合した後には結合が切断することなく、また共有結合していない余分な硫黄が表面6Aから昇華することにより、ダングリングボンドを削減するための最小限必要な硫黄の層が形成され、電極と半導体基板との界面の接合特性を向上させることができる。
As described above, the temperature in the chamber 4, that is, the surface temperature of the gas generating wafer 5 and the semiconductor substrate 6 is less than the temperature at which the covalent bond between the atoms and the sulfur on the surface 6A of the semiconductor substrate 6 to be terminated is broken. It is set in a temperature range (hereinafter referred to as a termination processing temperature range) that is equal to or higher than the temperature at which sulfur that is not covalently bonded to the substrate surface of the gas generating wafer 5 sublimates from the substrate surface. (Sulfur is known as an element that is easily sublimated.)
Thereby, the inside of the chamber 4 can be almost filled with sulfur. Further, the sulfur sublimated from the gas generating wafer 5 effectively forms a covalent bond with a dangling bond which is an unbonded hand of the atom on the surface 6A. Unnecessary excess sulfur sublimates from the surface 6A, thereby forming a minimum necessary sulfur layer for reducing dangling bonds and improving the bonding characteristics at the interface between the electrode and the semiconductor substrate. .

また、本発明の半導体基板の表面処理装置は、上記終端処理温度範囲内において、より低い温度にて終端処理を行うことにより、チャンバ4内、ガス発生ウェハ5、半導体基板6の温度を基板表面昇温する時間や冷却に要する時間が少なくすることができる。
これにより、本発明の半導体基板の表面処理装置によれば、高温に比較して温度制御自体が容易であり、全体的な半導体基板6の表面処理時間を削減することができ、より表面処理のスループットを向上させることが可能となる。
また、本発明の半導体基板の表面処理装置によれば、従来のように、予めガス発生ウェハ5を用意すれば、半導体基板6に硫黄を共有結合させて終端処理した後に、半導体基板6の表面上の反応物を昇華させるために真空加熱する必要が無く、半導体基板6の表面処理が良好に行われるため、その上に形成される電極との界面における特性(接触抵抗)を低減することができる。
The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to the present invention performs the termination treatment at a lower temperature within the above termination treatment temperature range, thereby controlling the temperatures of the chamber 4, the gas generating wafer 5 and the semiconductor substrate 6. The time for raising the temperature and the time required for cooling can be reduced.
Thereby, according to the surface treatment apparatus for a semiconductor substrate of the present invention, temperature control itself is easy compared with a high temperature, the overall surface treatment time of the semiconductor substrate 6 can be reduced, and more surface treatment can be performed. Throughput can be improved.
Further, according to the surface treatment apparatus for a semiconductor substrate of the present invention, if the gas generating wafer 5 is prepared in advance as in the prior art, the surface of the semiconductor substrate 6 is subjected to termination treatment by covalently bonding sulfur to the semiconductor substrate 6. In order to sublimate the above reactants, it is not necessary to heat in a vacuum, and the surface treatment of the semiconductor substrate 6 is satisfactorily performed, so that the characteristics (contact resistance) at the interface with the electrode formed thereon can be reduced. it can.

<半導体基板の表面処理の第2の実施形態>
図2を参照して半導体基板の表面処理装置1’の第2の実施形態を説明する。図2に示すように、第2の実施形態は、チャンバ4内にヒータ3,公転ステージ10,この公転ステージ10の公転機構11,基板ステージ12,この基板ステージ12の自転機構13,基板ステージ12用の取付治具14,ガス発生ウェハステージ15,このガス発生ウェハステージ15の自転機構16及びガス発生ウェハ15用の取付治具17が設けられている。また、チャンバ4内の真空度の制御は、すでに述べた半導体基板の表面処理の第1の実施形態と同様である。
<Second Embodiment of Surface Treatment of Semiconductor Substrate>
A second embodiment of the surface treatment apparatus 1 ′ for a semiconductor substrate will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, in the second embodiment, a heater 3, a revolution stage 10, a revolution mechanism 11 of the revolution stage 10, a substrate stage 12, a rotation mechanism 13 of the substrate stage 12, and a substrate stage 12 are provided in the chamber 4. Mounting jig 14, gas generating wafer stage 15, rotation mechanism 16 of gas generating wafer stage 15, and mounting jig 17 for gas generating wafer 15 are provided. Control of the degree of vacuum in the chamber 4 is the same as that in the first embodiment of the surface treatment of the semiconductor substrate already described.

上記公転ステージ10は、例えば円形状の金属板であり、金属板の中心に設けられた回転軸11aを介して公転ステージ10を回転させる公転機構11に接続されている。なお、公転機構11はチェンバ4の底板1aに設けられている。この回転軸11aは、公転ステージの10及び底面1aの面に対して垂直に接続されている。
公転機構11は、回転軸11aを所定の回転速度(例えば、5〜12rpm)で回転させ、すなわち回転面が公転ステージ10の面と平行となるように公転ステージ10を回転させる。
The revolution stage 10 is, for example, a circular metal plate, and is connected to a revolution mechanism 11 that rotates the revolution stage 10 via a rotation shaft 11a provided at the center of the metal plate. The revolution mechanism 11 is provided on the bottom plate 1 a of the chamber 4. This rotating shaft 11a is connected perpendicularly to the surfaces of the revolution stage 10 and the bottom surface 1a.
The revolution mechanism 11 rotates the rotation shaft 11 a at a predetermined rotation speed (for example, 5 to 12 rpm), that is, the revolution stage 10 is rotated so that the rotation surface is parallel to the surface of the revolution stage 10.

基板ステージ12は、例えば円形状の金属板であり、終端処理における被処理対象の半導体基板6を、処理表面である表面6Aが基板ステージ12に対して上向き(露出されるよう)に固定して搭載する。また、基板ステージ12は、金属板の中心に設けられた自転機構13に、自転機構13の回転軸13aを介して接続されている。この回転軸13aは、基板ステージの12の面に対して垂直に接続されている。
自転機構13は、回転軸13aを所定の回転速度(例えば、32〜78rpm)で回転させ、すなわち回転面が基板ステージ12の半導体基板6を固定した面と平行となるように基板ステージ12を回転させる。また、自転機構13は、取付治具14により、公転ステージ10に対して略垂直となるように公転ステージ10と接続されており、基板ステージ12の半導体基板6を固定した面が公転ステージ10の取付治具14が設けられている面に対して平行ではないように自転機構13(の回転軸13a)と取付治具14との間に所定の角度を有して設けられている。
The substrate stage 12 is, for example, a circular metal plate, and the semiconductor substrate 6 to be processed in the termination process is fixed with the surface 6A, which is the processing surface, facing upward (exposed) with respect to the substrate stage 12. Mount. The substrate stage 12 is connected to a rotation mechanism 13 provided at the center of the metal plate via a rotation shaft 13 a of the rotation mechanism 13. The rotating shaft 13a is connected perpendicularly to the 12 surfaces of the substrate stage.
The rotation mechanism 13 rotates the rotation axis 13a at a predetermined rotation speed (for example, 32-78 rpm), that is, rotates the substrate stage 12 so that the rotation surface is parallel to the surface of the substrate stage 12 on which the semiconductor substrate 6 is fixed. Let The rotation mechanism 13 is connected to the revolution stage 10 by a mounting jig 14 so as to be substantially perpendicular to the revolution stage 10, and the surface of the substrate stage 12 on which the semiconductor substrate 6 is fixed is the rotation stage 10. The rotation mechanism 13 (the rotation shaft 13a) and the mounting jig 14 are provided with a predetermined angle so as not to be parallel to the surface on which the mounting jig 14 is provided.

ガス発生ウェハステージ15は、例えば円形状の金属板であり、終端処理に用いる硫黄を発生するガス発生ウェハ5を、材料層がガス発生ウェハステージ15に対して上向き(露出されるよう)に固定して搭載する。また、ガス発生ウェハステージ15は、金属板の中心に設けられた自転機構16に、自転機構16の回転軸16aを介して接続されている。この回転軸16aは、ガス発生ウェハステージの15の面に対して垂直に接続されている。
自転機構16は、回転軸16aを所定の回転速度(例えば、32〜78rpm)で回転させ、すなわち回転面がガス発生ウェハステージ15のガス発生ウェハ5を固定した面と平行となるようにガス発生ウェハステージ15を回転させる。また、自転機構16は、取付治具17により、公転軸10に対して略垂直となるように公転軸10と接続されており、ガス発生ウェハステージ15のガス発生ウェハ5を固定した面が公転ステージ10の面に対して平行でないように(平行とならないように)、自転機構16(の回転軸16の)との間に所定の角度を有して設けられている。
The gas generation wafer stage 15 is, for example, a circular metal plate, and the gas generation wafer 5 that generates sulfur used for termination processing is fixed upward (exposed) with respect to the gas generation wafer stage 15. And mount. The gas generating wafer stage 15 is connected to a rotation mechanism 16 provided at the center of the metal plate via a rotation shaft 16 a of the rotation mechanism 16. The rotating shaft 16a is connected perpendicularly to the surface 15 of the gas generating wafer stage.
The rotation mechanism 16 rotates the rotation shaft 16a at a predetermined rotation speed (for example, 32-78 rpm), that is, generates gas so that the rotation surface is parallel to the surface of the gas generation wafer stage 15 on which the gas generation wafer 5 is fixed. The wafer stage 15 is rotated. The rotation mechanism 16 is connected to the revolution shaft 10 by a mounting jig 17 so as to be substantially perpendicular to the revolution shaft 10, and the surface of the gas generation wafer stage 15 to which the gas generation wafer 5 is fixed is revolved. The rotation mechanism 16 (of the rotation shaft 16) is provided with a predetermined angle so as not to be parallel to the surface of the stage 10 (so as not to be parallel).

基板ステージ12及びガス発生ウェハステージ15の回転は、各自転機構13,16が動作することで自転とする。また、公転ステージ10の回転は、公転機構11を動作させることで回転し、基板ステージ12及びガス発生ウェハステージ15が取付治具17を介して公転ステージと接続されているため、公転ステージ10の回転に応じて基板ステージ12及びガス発生ウェハステージ15も公転する。上記自転及び公転させるシステムは、上述した公転機構11、自転機構13,16に限らず、どのような回転機構を用いてもよい。
また、自転機構13及び回転軸13aを設けず、基板ステージ12を取付治具14に直接固定して、公転のみとし、ガス発生ウェハステージ15のみ自転と公転とを共にさせてもよい。
基板ステージ12とガス発生ウェハステージ15とは、半導体基板6の表面6Aとガス発生ウェハ5の材料層とが対向する角度範囲で、上記所定の角度が調整されて配置される。
The rotation of the substrate stage 12 and the gas generating wafer stage 15 is rotated by the rotation mechanisms 13 and 16 operating. The revolution stage 10 is rotated by operating the revolution mechanism 11, and the substrate stage 12 and the gas generating wafer stage 15 are connected to the revolution stage via the mounting jig 17. The substrate stage 12 and the gas generation wafer stage 15 also revolve according to the rotation. The rotation and revolution system is not limited to the revolution mechanism 11 and the rotation mechanisms 13 and 16 described above, and any rotation mechanism may be used.
Further, without providing the rotation mechanism 13 and the rotation shaft 13a, the substrate stage 12 may be directly fixed to the mounting jig 14 so that only the revolution is performed, and only the gas generation wafer stage 15 may be rotated and revolved together.
The substrate stage 12 and the gas generation wafer stage 15 are arranged with the predetermined angle adjusted in an angle range in which the surface 6A of the semiconductor substrate 6 and the material layer of the gas generation wafer 5 face each other.

上述した構成により、第1の実施形態の効果に加え、公転ステージ10の公転と、ガス発生ウェハステージ5の自転とにより遠心力が発生し、ガス発生ウェハ5からチャンバ4内に硫黄がより容易に昇華されることとなる。さらに、ガス発生ウェハ5から昇華された硫黄を含むガスが、チャンバ4内に均一に拡散される。このため、第2に実施形態の半導体基板の表面処理装置1’によって、硫黄が半導体基板6の表面6A面内に均一に供給され、効果的にダングリングボンドに対する終端処理を行うことができる。   With the above-described configuration, in addition to the effects of the first embodiment, centrifugal force is generated by the revolution of the revolution stage 10 and the rotation of the gas generation wafer stage 5, and sulfur is more easily generated from the gas generation wafer 5 into the chamber 4. Will be sublimated. Further, the gas containing sulfur sublimated from the gas generating wafer 5 is uniformly diffused into the chamber 4. For this reason, the surface treatment apparatus 1 ′ for the semiconductor substrate according to the second embodiment can uniformly supply sulfur into the surface 6 </ b> A of the semiconductor substrate 6, and can effectively perform termination treatment for dangling bonds.

また、基板ステージ12も自転し、半導体基板6がステージ面内にて回転することにより、より均一に硫黄が半導体基板6の表面6Aのタングリングボンド接続される。また、半導体基板6の限定された箇所に余分な硫黄が付着しても公転ステージ10の公転と基板ステージ12の自転とによって発生する遠心力によって取り除くことができる。これにより、表面6A面内にほぼ一様に、硫黄の層を形成して終端処理を行い、半導体基板6のコンタクト開孔して露出されたダングリングボンドの数を均一に減少させる(ダングリングボンドの密度を減少させる)ことができる。   Further, the substrate stage 12 also rotates, and the semiconductor substrate 6 rotates within the stage surface, so that sulfur is more uniformly connected to the surface 6A of the surface 6A of the semiconductor substrate 6 by a tangling bond. Further, even if excessive sulfur adheres to a limited portion of the semiconductor substrate 6, it can be removed by centrifugal force generated by the revolution of the revolution stage 10 and the rotation of the substrate stage 12. As a result, a sulfur layer is formed almost uniformly in the surface 6A, and the termination process is performed to uniformly reduce the number of dangling bonds exposed by opening the contact of the semiconductor substrate 6 (dangling). The bond density can be reduced).

上述したように、第1及び第2の実施形態の半導体基板の表面処理装置1及び1’によれば、半導体基板6のコンタクト開孔して露出された最表面のダングリングボンドに対して、硫黄を共有結合させて終端処理することにより、ダングリングボンドの密度が減少させることが可能となり、その上に形成する電極と半導体基板6との界面における電位障壁を低下させることができる。この電位障壁の低下により、ダイオードであれば、順方向電圧を下げ、MOSトランジスタであれば閾値電圧の変動を削減するなど、半導体デバイスの特性を改善することができる。
この終端処理の対象となる半導体基板6は、シリコン基板,またはシリコン基板やセラミック基板,SiC基板の上にGaAsやGaN等の化合物半導体を積層した基板の何れでも良い。
As described above, according to the semiconductor substrate surface treatment apparatuses 1 and 1 ′ of the first and second embodiments, the dangling bonds on the outermost surface exposed by opening the contact of the semiconductor substrate 6 are exposed. By terminating sulfur by covalent bonding, the density of dangling bonds can be reduced, and the potential barrier at the interface between the electrode formed thereon and the semiconductor substrate 6 can be lowered. By reducing the potential barrier, it is possible to improve the characteristics of the semiconductor device, such as lowering the forward voltage in the case of a diode and reducing the variation in threshold voltage in the case of a MOS transistor.
The semiconductor substrate 6 to be subjected to termination processing may be any of a silicon substrate, a silicon substrate, a ceramic substrate, and a substrate in which a compound semiconductor such as GaAs or GaN is stacked on a SiC substrate.

また、この半導体基板6のコンタクト開孔して露出された表面のダングリングボンドと共有結合した硫黄からなる層の上部に電極を形成する際、この電極は、半導体基板6に対してショットキー特性(整流特性)またはオーミック特性(低抵抗性)のいずれを有するものでも良い。
また、半導体基板6の表面6Aにおいて、硫黄がダングリングボンドと共有結合した層が形成された後、半導体基板6への硫黄の供給が進まないようにすることが制御性を良くすると考えられる。このため、基板ステージ12に固定された半導体基板6に対し、硫黄が含まれたガスが供給されないようにする防護壁を設けても良い。
上述した「硫黄」とは、チャンバ4内に存在している終端処理に用いられる構成物質であり、硫黄分子と、硫黄原子と、さらに硫黄分子や硫黄原子を構成元素とした、終端処理の一部として用いられる化合物とが含まれている。
Further, when an electrode is formed on the layer made of sulfur covalently bonded to the surface dangling bond exposed by opening the contact of the semiconductor substrate 6, this electrode has a Schottky characteristic with respect to the semiconductor substrate 6. It may have either (rectifying characteristics) or ohmic characteristics (low resistance).
Further, it is considered that the controllability is improved by preventing the supply of sulfur to the semiconductor substrate 6 after the layer in which sulfur is covalently bonded to the dangling bond is formed on the surface 6A of the semiconductor substrate 6. For this reason, a protective wall may be provided to prevent the gas containing sulfur from being supplied to the semiconductor substrate 6 fixed to the substrate stage 12.
The above-mentioned “sulfur” is a constituent material used for the termination treatment existing in the chamber 4, and is a kind of termination treatment using sulfur molecules, sulfur atoms, and further sulfur molecules and sulfur atoms as constituent elements. And a compound used as a part.

<本発明の実施形態の応用例>
半導体基板6の一例として、図3に示す順方向電圧の低いSBD(ショットキーバリアダイオード)としてショットキー電極と半導体基板間の電圧損失の低いSBDを形成する際に、本発明による表面処理の工程を用い、その特性を測定した結果を以下に説明する。
・デバイスの作成
A.拡散層形成
半導体基板100は、N型シリコン基板であり、N型の不純物のドープされたN半導体層とN半導体層の一方の主面に形成されN半導体層より不純物が多いN半導体層とを有している。
この半導体基板100を酸化チャンバ内にて、酸素雰囲気中にて加熱することにより、半導体基板100の他方の主面を酸化して、酸化膜を形成する。
<Application Examples of Embodiments of the Present Invention>
As an example of the semiconductor substrate 6, when forming an SBD having a low voltage loss between the Schottky electrode and the semiconductor substrate as an SBD (Schottky barrier diode) having a low forward voltage shown in FIG. The result of having measured the characteristic is described below.
-Device creation Diffusion layer forming the semiconductor substrate 100 is an N-type silicon substrate, doped N-type impurities have been N - formed on one main surface of the semiconductor layer N - - semiconductor layer and the N impurity than the semiconductor layer is large N + And a semiconductor layer.
By heating the semiconductor substrate 100 in an oxygen atmosphere in an oxidation chamber, the other main surface of the semiconductor substrate 100 is oxidized to form an oxide film.

そして、酸化膜上にレジストを塗布し、このレジストに対してフォトリソグラフィを行い、拡散層102を形成するため、レジストのマスクパターンを形成する。
このレジストのマスクパターンをマスクとして、上記酸化膜をエッチングして、半導体基板100の表面を露出させて、P半導体層102を形成するための開孔部を形成する。
そして、上記開孔部からボロン原子を半導体基板100に拡散させ、半導体基板100の他方の主面に露出するP半導体層102を島状に形成する。そして、レジストを薬液処理により除去する。そして半導体基板100の表面に酸化膜を形成する。
Then, a resist is applied on the oxide film, photolithography is performed on the resist, and a resist mask pattern is formed in order to form the diffusion layer 102.
Using the resist mask pattern as a mask, the oxide film is etched to expose the surface of the semiconductor substrate 100 to form an opening for forming the P + semiconductor layer 102.
Then, boron atoms are diffused into the semiconductor substrate 100 from the opening, and the P + semiconductor layer 102 exposed on the other main surface of the semiconductor substrate 100 is formed in an island shape. Then, the resist is removed by chemical treatment. Then, an oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate 100.

B.表面処理
図3に示すように後述する電極を形成する領域の酸化膜をエッチングしてコンタクト開孔する処理を行い、酸化膜101とする。このため、レジストを塗布した後、電極が形成される領域のみにレジストが除去されるように、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成する。
そして、酸化膜101に対するエッチングを行い、酸化膜101を除去した後、レジストを除去する。
次に、希弗酸により、露出された半導体基板100の表面に形成された自然酸化膜を除去し、半導体基板6となる。次に第2の実施形態における半導体基板の表面処理装置1’による終端処理を行い、ダングリングボンドと共有結合した硫黄の層103が形成される。
B. Surface Treatment As shown in FIG. 3, the oxide film 101 is formed by etching the oxide film in a region for forming an electrode, which will be described later, to open a contact. For this reason, after applying the resist, a resist pattern is formed by photolithography so that the resist is removed only in the region where the electrode is to be formed.
Then, the oxide film 101 is etched to remove the oxide film 101, and then the resist is removed.
Next, the natural oxide film formed on the exposed surface of the semiconductor substrate 100 is removed by dilute hydrofluoric acid, so that the semiconductor substrate 6 is obtained. Next, termination processing is performed by the surface treatment apparatus 1 ′ for the semiconductor substrate in the second embodiment, and the sulfur layer 103 covalently bonded to the dangling bond is formed.

C.ショットキー電極形成
そして、スパッタリングまたは蒸着により、Mo(モリブデン)/V(バナジウム)が各々100nmの厚さで積層されて構成されたバリアメタル104を形成する。
C. Formation of Schottky Electrode Then, a barrier metal 104 constituted by stacking Mo (molybdenum) / V (vanadium) with a thickness of 100 nm is formed by sputtering or vapor deposition.

次に、バリアメタル104表面をバッファード弗酸で洗浄した後、Al(アルミニウム)からなる電極材料を蒸着またはスパッタリングにより、5μmの厚さに堆積させる。上記Alは、Alワイヤーボンディングなどでボンディングを行うためのボンディング用金属である。
そして、Alからなる電極材料の表面に、レジストを塗布し、リソグラフィにより、図3の部分のみ残すレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、露出している金属(Al/Mo/V)を順次エッチングする。
そして、露出されている部分のエッチングが終了した後、マスクとしたレジストパターンを除去する。
Next, after cleaning the surface of the barrier metal 104 with buffered hydrofluoric acid, an electrode material made of Al (aluminum) is deposited to a thickness of 5 μm by vapor deposition or sputtering. The Al is a bonding metal for bonding by Al wire bonding or the like.
Then, a resist is applied to the surface of the electrode material made of Al, and a resist pattern that leaves only the portion of FIG. 3 is formed by lithography. Using this resist pattern as a mask, the exposed metal (Al / Mo / V) Are sequentially etched.
Then, after the etching of the exposed portion is completed, the resist pattern used as a mask is removed.

D.裏面電極形成
次に、上述した電極が形成されている表面にレジストを塗布して、全面をマスクする。
そして、裏面(上記電極が形成されていない面)に対して、ブラスト(例えばサンドブラスト)処理を行い、裏面に付いた金属などを除去し、裏面電極を形成する前処理を行う。
そして、表面のレジストを除去した後、バッファード弗酸による洗浄を行い、裏面に対して、裏面電極106を形成する。この裏面電極106は、半導体基板100の裏面においてオーミック(低抵抗性)電極として形成される。
この裏面電極106は、スパッタリングまたは蒸着にて、Ti(チタン)/Ni(ニッケル)/Pd(パラジウム)/Ag(銀)を、各々100nm/500nm/50nm/100nmの厚さにより積層する。上記裏面電極106としては、Ti−Ni−Au,Cr−Ni−Auなどを用いてもよい。
D. Next, a resist is applied to the surface on which the above-described electrodes are formed, and the entire surface is masked.
Then, a blasting process (for example, sandblasting) is performed on the back surface (the surface on which the electrode is not formed), a metal attached to the back surface is removed, and a pretreatment for forming a back electrode is performed.
Then, after removing the resist on the front surface, cleaning with buffered hydrofluoric acid is performed to form a back electrode 106 on the back surface. The back electrode 106 is formed as an ohmic (low resistance) electrode on the back surface of the semiconductor substrate 100.
The back electrode 106 is formed by stacking Ti (titanium) / Ni (nickel) / Pd (palladium) / Ag (silver) at a thickness of 100 nm / 500 nm / 50 nm / 100 nm by sputtering or vapor deposition. As the back electrode 106, Ti—Ni—Au, Cr—Ni—Au, or the like may be used.

上述したプロセスにより形成したSBDと、表面処理を行わなかったSBDとのVf(順方向電圧)特性を図4に示す。この図4において、横軸が順方向に印加する電圧(V)であり、縦軸がこの電圧に対応して流れる順方向電流(A)である。
図4から判るように、表面処理をしていないSBDに対して、本発明の半導体装置1により硫黄にて表面処理を行ったSBDは、順方向電圧の電圧値が低下していることが判る。
FIG. 4 shows Vf (forward voltage) characteristics of the SBD formed by the above-described process and the SBD not subjected to the surface treatment. In FIG. 4, the horizontal axis is the voltage (V) applied in the forward direction, and the vertical axis is the forward current (A) flowing corresponding to this voltage.
As can be seen from FIG. 4, it can be seen that the SBD subjected to the surface treatment with sulfur by the semiconductor device 1 of the present invention has a lower forward voltage value than the SBD not subjected to the surface treatment. .

本発明の第1の実施形態による半導体基板の表面処理装置1の内部の構成例を示す、装置の側面を空けた概念図である。It is the conceptual diagram which opened the side of the apparatus which shows the example of an internal structure of the surface treatment apparatus 1 of the semiconductor substrate by the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態による半導体基板の表面処理装置1’の内部の構成例を示す、装置の側面を空けた概念図である。It is the conceptual diagram which opened the side of the apparatus which shows the example of an internal structure of the surface treatment apparatus 1 'of the semiconductor substrate by the 2nd Embodiment of this invention. 応用で形成したショットキーダイオードの断面構造を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the cross-sectional structure of the Schottky diode formed by application. 図3のショットキーダイオードのVf特性を示すグラフである。4 is a graph showing Vf characteristics of the Schottky diode of FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

1,1’…半導体基板の表面処理装置
2…石英ボート
3…ヒータ
4…チャンバ
5…ガス発生ウェハ
6,100…半導体基板
10…公転ステージ
11…公転機構
11a,13a,16a…回転軸
12…基板ステージ
13,16…自転機構
14,17…取付治具
15…ガス発生ウェハステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1 '... Semiconductor substrate surface treatment apparatus 2 ... Quartz boat 3 ... Heater 4 ... Chamber 5 ... Gas generating wafer 6,100 ... Semiconductor substrate 10 ... Revolution stage 11 ... Revolution mechanism 11a, 13a, 16a ... Rotating shaft 12 ... Substrate stages 13 and 16 Rotating mechanisms 14 and 17 Mounting jig 15 Gas generating wafer stage

Claims (12)

所定の圧力に調整されたチャンバー内において、供給される硫黄を含むガスにより、半導体基板の表面の終端処理を行う半導体基板の表面処理装置であり、
硫黄を含む層が形成された硫黄ガス発生源と、
表面の終端処理が行われる半導体基板を固定するステージと、
前記硫黄ガス発生源から前記ガスが発生される温度にチャンバー内を加熱するヒータと、
チャンバー内の圧力を一定制御する排気装置(ポンプ)と
を有することを特徴とする半導体基板の表面処理装置。
In the chamber adjusted to a predetermined pressure, a semiconductor substrate surface treatment apparatus that performs a termination treatment of the surface of the semiconductor substrate with a gas containing sulfur supplied.
A sulfur gas generation source in which a layer containing sulfur is formed;
A stage for fixing a semiconductor substrate on which surface termination is performed;
A heater for heating the inside of the chamber to a temperature at which the gas is generated from the sulfur gas generation source;
A surface treatment apparatus for a semiconductor substrate, comprising: an exhaust device (pump) for controlling the pressure in the chamber at a constant level.
50℃〜300℃望ましくは100〜200℃に前記温度を制御することを特徴とする請求項1記載の半導体基板の表面処理装置。   2. The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the temperature is controlled to 50 to 300 [deg.] C., preferably 100 to 200 [deg.] C. 前記硫黄ガス発生源とステージとが対向して設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体基板の表面処理装置。   The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the sulfur gas generation source and the stage are provided to face each other. 前記ステージ及び硫黄ガス発生源とを、該ステージ及び硫黄ガス間に存在する回転軸を中心に公転させる公転機構を、さらに有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の半導体基板の表面処理装置。   The revolving mechanism which revolves the said stage and sulfur gas generation source centering on the rotating shaft which exists between this stage and sulfur gas is characterized by the above-mentioned. Semiconductor substrate surface treatment equipment. 前記ステージまたは/及び硫黄ガス発生源を自転させる自転機構をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体基板の表面処理装置。   5. The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a rotation mechanism for rotating the stage and / or the sulfur gas generation source. 前記硫黄ガス発生源が
基板と、
該基板上に形成された硫黄を含む層と
から構成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の半導体基板の表面処理装置。
The sulfur gas generation source is a substrate,
6. The surface treatment apparatus for a semiconductor substrate according to claim 1, comprising: a layer containing sulfur formed on the substrate.
所定の圧力に調整されたチャンバー内において、供給される硫黄を含むガスにより、半導体基板の表面の終端処理を行う半導体基板の表面処理方法であり、
硫黄を含む層が形成された硫黄ガス発生源及び表面の終端処理が行われる半導体基板を固定するステージをヒータにより加熱する工程と、
硫黄ガス発生源からガスを発生させる工程と、
発生した前記ガスにより、硫黄を半導体基板表面に付着させ、半導体基板表面の終端処理を行う工程と
を有することを特徴とする半導体基板の表面処理方法。
In the chamber adjusted to a predetermined pressure, a semiconductor substrate surface treatment method for terminating the surface of the semiconductor substrate with a gas containing sulfur supplied,
A step of heating with a heater a stage for fixing a semiconductor substrate on which a sulfur gas generation source in which a layer containing sulfur is formed and a surface termination treatment is performed;
A step of generating gas from a sulfur gas source;
A surface treatment method for a semiconductor substrate, comprising: attaching sulfur to the surface of the semiconductor substrate by the generated gas, and performing a termination treatment on the surface of the semiconductor substrate.
終端処理温度の範囲内50℃〜300℃望ましくは、100℃から200に、前記温度を制御する工程を、さらに有することを特徴とする請求項7記載の半導体基板の表面処理方法。   8. The surface treatment method for a semiconductor substrate according to claim 7, further comprising a step of controlling the temperature within a range of the termination treatment temperature from 50 [deg.] C. to 300 [deg.] C., preferably from 100 [deg.] C. to 200 [deg.]. 前記ステージ及び硫黄ガス発生源とを、該ステージ及び硫黄ガス間に存在する回転軸を中心に、公転機構により公転させる工程を、さらに有することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の半導体基板の表面処理方法。   9. The method according to claim 7, further comprising a step of causing the stage and the sulfur gas generation source to revolve by a revolution mechanism around a rotation axis existing between the stage and the sulfur gas. A method for surface treatment of a semiconductor substrate. 前記ステージまたは/及び硫黄ガス発生源を、自転機構により自転させる工程をさらに有することを特徴とする請求項7から請求項9のいずれかに記載の半導体基板の表面処理方法。   The semiconductor substrate surface treatment method according to claim 7, further comprising a step of rotating the stage and / or the sulfur gas generation source by a rotation mechanism. 前記硫黄ガス発生源が
基板と、
該基板上に形成された硫黄を含む層と
から構成されていることを特徴とする請求項7から請求項10のいずれかに記載の半導体基板の表面処理方法。
The sulfur gas generation source is a substrate,
The method for treating a surface of a semiconductor substrate according to any one of claims 7 to 10, wherein the surface treatment method comprises a layer containing sulfur formed on the substrate.
半導体基板表面の終端処理を行う硫黄を含むガスを発生する硫黄ガス発生源であり、
基板と、
該基板上に形成された硫黄を含む材料層と
を有することを特徴とする硫黄を含むガスの発生源。
It is a sulfur gas generation source that generates a gas containing sulfur for terminating the semiconductor substrate surface,
A substrate,
A sulfur-containing gas generation source comprising a sulfur-containing material layer formed on the substrate.
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JPWO2018117104A1 (en) * 2016-12-22 2019-10-24 田中貴金属工業株式会社 Electrode structure of backside electrode of semiconductor substrate, manufacturing method thereof, and sputtering target used for manufacturing the electrode structure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101514600B1 (en) * 2014-03-28 2015-04-23 성균관대학교산학협력단 Semiconductor device and method for manufacturing the same
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