JP2593642B2 - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
半導体装置およびその作製方法Info
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
- G03F7/70908—Hygiene, e.g. preventing apparatus pollution, mitigating effect of pollution or removing pollutants from apparatus
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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、弗素または塩素が添加された酸化珪素膜ま
たは窒化珪素膜の薄膜を備えた半導体装置に関するもの
である。
たは窒化珪素膜の薄膜を備えた半導体装置に関するもの
である。
本発明は、光化学反応により半導体基板表面を清浄に
した後、同一反応炉で光化学反応を利用して薄膜を形成
する半導体装置作製方法に関するものである。特に、本
発明の薄膜は、ハロゲン元素を含有する非酸化物被膜、
または酸化物被膜からなるパッシベイション膜、反射防
止膜、ゲート絶縁膜等があり、各種半導体装置に適用で
きる。
した後、同一反応炉で光化学反応を利用して薄膜を形成
する半導体装置作製方法に関するものである。特に、本
発明の薄膜は、ハロゲン元素を含有する非酸化物被膜、
または酸化物被膜からなるパッシベイション膜、反射防
止膜、ゲート絶縁膜等があり、各種半導体装置に適用で
きる。
〔従来の技術〕 従来、気相反応による薄膜形成技術としては、光エネ
ルギーにより反応性気体を活性化させる光CVD法が知ら
れている。この光CVD法は、従来の熱CVD法、またはプラ
ズマCVD法に比べ、低温で被膜を形成することが可能で
あるのに加えて、被膜形成面に損傷を与えないという点
で優れたものである。
ルギーにより反応性気体を活性化させる光CVD法が知ら
れている。この光CVD法は、従来の熱CVD法、またはプラ
ズマCVD法に比べ、低温で被膜を形成することが可能で
あるのに加えて、被膜形成面に損傷を与えないという点
で優れたものである。
しかし、かかる光CVD法においては、単に被膜形成を
行なわんとするものであって、かかる被膜形成の前に、
光により活性化した励起状態の原子、たとえば弗素また
は塩素を利用して半導体の被膜表面を清浄にするための
試みは皆無であった。
行なわんとするものであって、かかる被膜形成の前に、
光により活性化した励起状態の原子、たとえば弗素また
は塩素を利用して半導体の被膜表面を清浄にするための
試みは皆無であった。
他方、プラズマCVD法が従来から知られている。しか
し、このプラズマCVD法は、5000μｍないし１μｍもの
厚い膜厚の被膜形成を行ない得るが、被膜形成に際し、
下地の基板に損傷を与えてしまうことが知られている。
し、このプラズマCVD法は、5000μｍないし１μｍもの
厚い膜厚の被膜形成を行ない得るが、被膜形成に際し、
下地の基板に損傷を与えてしまうことが知られている。
半導体装置に用いるIII−Ｖ化合物のごとき半導体薄
膜は、それ自体がきわめて柔らかく、損傷を受け易い。
このようなIII−Ｖ化合物のごとき半導体材料は、プラ
ズマCVD法を利用することにより活性水素を発生した。
この活性水素により半導体表面を清浄化することが試み
られている。しかし、この活性水素は、大きな運動エネ
ルギーを有するため、被膜形成面に損傷を与えてしま
う。このため、プラズマクリーニング方法をIII−Ｖ化
合物に用いることは不可能であった。
膜は、それ自体がきわめて柔らかく、損傷を受け易い。
このようなIII−Ｖ化合物のごとき半導体材料は、プラ
ズマCVD法を利用することにより活性水素を発生した。
この活性水素により半導体表面を清浄化することが試み
られている。しかし、この活性水素は、大きな運動エネ
ルギーを有するため、被膜形成面に損傷を与えてしま
う。このため、プラズマクリーニング方法をIII−Ｖ化
合物に用いることは不可能であった。
一方、反応炉内には、薄膜を形成するためのガラス基
板、当該ガラス基板を反応炉内で支持する石英ガラスか
らなる基板ホルダー等の治具、あるいは反応炉内部の壁
面の一部を構成する石英ガラスが存在している。
板、当該ガラス基板を反応炉内で支持する石英ガラスか
らなる基板ホルダー等の治具、あるいは反応炉内部の壁
面の一部を構成する石英ガラスが存在している。
そして、上記石英ガラスには、作業者の手から出る汗
が直接あるいは手袋等を介して間接的に付着する。この
汗に含まれる塩分は、ナトリュームからなる。
が直接あるいは手袋等を介して間接的に付着する。この
汗に含まれる塩分は、ナトリュームからなる。
また、半導体表面を清浄化した後、その表面上に被膜
を形成した場合、形成した被膜を通して、半導体中に
は、前記ガラス基板あるいは石英治具等から出るナトリ
ューム等が侵入する。その結果、半導体中に存在する電
子あるいは正孔等のキャリアは、ナトリュームイオンに
捕らえられるため、キャリアのライフタイムが小さくな
る。
を形成した場合、形成した被膜を通して、半導体中に
は、前記ガラス基板あるいは石英治具等から出るナトリ
ューム等が侵入する。その結果、半導体中に存在する電
子あるいは正孔等のキャリアは、ナトリュームイオンに
捕らえられるため、キャリアのライフタイムが小さくな
る。
たとえば、光電変換装置に使用する半導体であれば、
キャリアのライフタイムが小さくなるため、その変換効
率が低下するという問題を有した。
キャリアのライフタイムが小さくなるため、その変換効
率が低下するという問題を有した。
以上のような問題を解決するために、本発明は、半導
体中におけるキャリアのライフタイムが長い半導体装置
を提供することを目的とする。
体中におけるキャリアのライフタイムが長い半導体装置
を提供することを目的とする。
また、本発明は、半導体基板表面上に形成された酸化
物等の汚物を清浄化すると共に、前記清浄化した同一の
反応炉において、当該反応炉を大気圧に戻すことなく、
連続して被膜形成工程を行なう半導体装置作製方法を提
供することを目的とする。
物等の汚物を清浄化すると共に、前記清浄化した同一の
反応炉において、当該反応炉を大気圧に戻すことなく、
連続して被膜形成工程を行なう半導体装置作製方法を提
供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、
光CVD法を用いて形成された被膜、すなわち、弗素また
は塩素を添加した酸化珪素膜または窒化珪素膜が半導体
基板上に薄膜として設けられていることを特徴とする。
光CVD法を用いて形成された被膜、すなわち、弗素また
は塩素を添加した酸化珪素膜または窒化珪素膜が半導体
基板上に薄膜として設けられていることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置作製方法は、光CVDにより
活性弗素元素または活性塩素元素を発生させる工程と、
前記活性弗素元素または活性塩素元素により半導体基板
表面に曝して前記半導体基板表面を清浄にする工程と、
当該半導体基板表面を清浄にした後、前記半導体基板上
に光CVD法で弗素または塩素を含有する酸化珪素膜また
は窒化珪素膜の薄膜を形成させる工程とから構成され
る。
活性弗素元素または活性塩素元素を発生させる工程と、
前記活性弗素元素または活性塩素元素により半導体基板
表面に曝して前記半導体基板表面を清浄にする工程と、
当該半導体基板表面を清浄にした後、前記半導体基板上
に光CVD法で弗素または塩素を含有する酸化珪素膜また
は窒化珪素膜の薄膜を形成させる工程とから構成され
る。
さらに、本発明の半導体装置作製方法におけるハロゲ
ン元素を含有する窒化珪素または酸化珪素からなる薄膜
は、室温ないし350℃の温度範囲で形成される。
ン元素を含有する窒化珪素または酸化珪素からなる薄膜
は、室温ないし350℃の温度範囲で形成される。
本発明の半導体装置は、弗素または塩素を添加した酸
化珪素膜または窒化珪素膜を半導体基板上に薄膜、たと
えば、パッシベイション膜、反射防止膜、ゲート絶縁膜
として設けられているため、半導体中にナトリュームイ
オンが侵入しようとすると、薄膜中の弗素または塩素が
上記ナトリュームイオンと中和する。そのため、ナトリ
ュームイオンによって、キャリアが捕らえられることが
ない。
化珪素膜または窒化珪素膜を半導体基板上に薄膜、たと
えば、パッシベイション膜、反射防止膜、ゲート絶縁膜
として設けられているため、半導体中にナトリュームイ
オンが侵入しようとすると、薄膜中の弗素または塩素が
上記ナトリュームイオンと中和する。そのため、ナトリ
ュームイオンによって、キャリアが捕らえられることが
ない。
したがって、本発明の半導体装置は、薄膜中の弗素ま
たは塩素によって、半導体中におけるキャリアのライフ
タイムを長くさせることができる。
たは塩素によって、半導体中におけるキャリアのライフ
タイムを長くさせることができる。
また、本発明の半導体装置作製方法は、活性弗素元素
または活性塩素元素により半導体基板表面を清浄にした
後、前記半導体基板上に光CVD法で弗素または塩素を含
有する酸化珪素膜または窒化珪素膜の薄膜を形成させて
いるため、半導体基板の表面を清浄化した後に反応炉を
大気圧に戻すことなく、連続して被膜形成のための処理
を継続することができる。
または活性塩素元素により半導体基板表面を清浄にした
後、前記半導体基板上に光CVD法で弗素または塩素を含
有する酸化珪素膜または窒化珪素膜の薄膜を形成させて
いるため、半導体基板の表面を清浄化した後に反応炉を
大気圧に戻すことなく、連続して被膜形成のための処理
を継続することができる。
第１図（Ａ）および（Ｂ）はGaAs単結晶半導体を説明
するための図である。第２図は単結晶半導体の表面を清
浄化するためのフォトクリーニング装置、および光CVD
装置の概略を説明するための図である。
するための図である。第２図は単結晶半導体の表面を清
浄化するためのフォトクリーニング装置、および光CVD
装置の概略を説明するための図である。
第１図（Ａ）および（Ｂ）において、たとえば、GaAs
単結晶半導体からなる基板（１）上に電極（２）および
酸化物等の汚物（３）が形成されている。その後、上記
基板（１）に対し、第２図に示すフォトクリーニング装
置、および光CVD装置により、このGaAs単結晶半導体の
表面を清浄化し、汚物（３）を除去し、さらにその上面
に窒化珪素膜（４）が形成される。
単結晶半導体からなる基板（１）上に電極（２）および
酸化物等の汚物（３）が形成されている。その後、上記
基板（１）に対し、第２図に示すフォトクリーニング装
置、および光CVD装置により、このGaAs単結晶半導体の
表面を清浄化し、汚物（３）を除去し、さらにその上面
に窒化珪素膜（４）が形成される。
次に、第２図に示すフォトクリーニング装置、および
光CVD装置の概要を説明する。
光CVD装置の概要を説明する。
基板ホルダ（１′）に保持された被膜形成面を有する
基板（１）は、反応室（20）内に設けられ、その上面が
ハロゲンヒータ（32）によって加熱される。ハロゲンヒ
ータ（32）は、基板（１）と反対側に近接して設けられ
た水冷装置（31）によって冷却されている。反応室（2
0）には、紫外光源を配設した光源室（35）、およびハ
ロゲンヒータ（32）を配設した加熱室（11）が設けられ
ている。そして、前記光源室（35）および加熱室（11）
は、それぞれの圧力を10torr以下の概略同一の真空度に
保持する。このために、反応に支障のない気体（窒素、
アルゴン、または水素）は、ボンベ（28）より導入口
（12）を介して供給され、その後、排出口（12′）より
排気される。
基板（１）は、反応室（20）内に設けられ、その上面が
ハロゲンヒータ（32）によって加熱される。ハロゲンヒ
ータ（32）は、基板（１）と反対側に近接して設けられ
た水冷装置（31）によって冷却されている。反応室（2
0）には、紫外光源を配設した光源室（35）、およびハ
ロゲンヒータ（32）を配設した加熱室（11）が設けられ
ている。そして、前記光源室（35）および加熱室（11）
は、それぞれの圧力を10torr以下の概略同一の真空度に
保持する。このために、反応に支障のない気体（窒素、
アルゴン、または水素）は、ボンベ（28）より導入口
（12）を介して供給され、その後、排出口（12′）より
排気される。
また、透光性遮蔽板である合成石英窓（10）は、光源
室（35）と反応室（20）とを仕切っている。この合成石
英窓（10）の上側には、ノズル（14）が設けられ、この
ノズル（14）からアンモニア（NH3）、弗化窒素（NF3）
とシラン（SinH2n+2n≧２）、メチルアルミニューム（A
l（CH3）３）との混合気体が供給される。
室（35）と反応室（20）とを仕切っている。この合成石
英窓（10）の上側には、ノズル（14）が設けられ、この
ノズル（14）からアンモニア（NH3）、弗化窒素（NF3）
とシラン（SinH2n+2n≧２）、メチルアルミニューム（A
l（CH3）３）との混合気体が供給される。
光源室（35）の排気に際し、反応性気体が逆流によっ
て光源室（35）に混入するのを防止するためのヒータ
（29）が配設されている。このヒータ（29）により、反
応性気体は、分解された後、固体となる成分がトラップ
され、気体のみを逆流させた。反応性気体の移動に関し
ては、圧力差が生じないようにしたロード・ロック方式
を用いた。まず、予備室（34）には、ゲート弁（36）を
閉じた後、基板ホルダ（１′）に配置された基板（１）
が配設される。その後、予備室（34）を真空引きした
後、ゲート弁（36）を開とし、基板ホルダ（１′）は、
反応室（20）に移動される。また、ゲート弁（36）は、
閉として、反応室（20）、予備室（34）との間を互いに
仕切る。
て光源室（35）に混入するのを防止するためのヒータ
（29）が配設されている。このヒータ（29）により、反
応性気体は、分解された後、固体となる成分がトラップ
され、気体のみを逆流させた。反応性気体の移動に関し
ては、圧力差が生じないようにしたロード・ロック方式
を用いた。まず、予備室（34）には、ゲート弁（36）を
閉じた後、基板ホルダ（１′）に配置された基板（１）
が配設される。その後、予備室（34）を真空引きした
後、ゲート弁（36）を開とし、基板ホルダ（１′）は、
反応室（20）に移動される。また、ゲート弁（36）は、
閉として、反応室（20）、予備室（34）との間を互いに
仕切る。
ドーピング系（７）は、バルブ（22）、および流量計
（21）から構成される。反応後に固体生成物を形成させ
るための反応を促進する反応性気体は、ボンベ（23）、
（24）より、また、反応後、被膜を生成する生成物気体
は、ボンベ（25）、（26）より反応室（20）へそれぞれ
供給される。半導体基板に所定の被膜を形成した後、次
の被膜形成工程に移る前に、反応室（20）は、フォトク
リーニングが行なわれる。反応室（20）に対するフォト
クリーニングを行なう気体は、上記生成物気体を利用す
る。すなわち、ボンベ（25）から弗化窒素が、さらにボ
ンベ（26）からアンモニアがそれぞれ反応室（20）に導
入された。
（21）から構成される。反応後に固体生成物を形成させ
るための反応を促進する反応性気体は、ボンベ（23）、
（24）より、また、反応後、被膜を生成する生成物気体
は、ボンベ（25）、（26）より反応室（20）へそれぞれ
供給される。半導体基板に所定の被膜を形成した後、次
の被膜形成工程に移る前に、反応室（20）は、フォトク
リーニングが行なわれる。反応室（20）に対するフォト
クリーニングを行なう気体は、上記生成物気体を利用す
る。すなわち、ボンベ（25）から弗化窒素が、さらにボ
ンベ（26）からアンモニアがそれぞれ反応室（20）に導
入された。
このようにして反応室（20）は、大気圧に戻すことな
く、連続して被膜を生成することができる。
く、連続して被膜を生成することができる。
その結果、反応室（20）には、活性弗素、活性水素、
および活性窒素物が同時に形成され、これらにより半導
体表面が清浄化された。
および活性窒素物が同時に形成され、これらにより半導
体表面が清浄化された。
光CVD法は、上記活性弗素、活性水素、および活性窒
素物を含む清浄化気体に加えて、SinH2n+2（ｎ≧２）が
ボンベ（23）から反応室（20）に供給された。この時の
反応室（20）の圧力は、コントロールバルブ（17）の調
整によって、ターボ分子ポンプ（大阪真空製PG550を使
用）（18）、およびロータリーポンプ（19）の排気量を
制御して決められる。
素物を含む清浄化気体に加えて、SinH2n+2（ｎ≧２）が
ボンベ（23）から反応室（20）に供給された。この時の
反応室（20）の圧力は、コントロールバルブ（17）の調
整によって、ターボ分子ポンプ（大阪真空製PG550を使
用）（18）、およびロータリーポンプ（19）の排気量を
制御して決められる。
排気系（８）のコントロールバルブ（17）は、予備室
（34）を真空引きする際に、予備室（34）側を開とし、
反応室（20）側を閉とする。また、反応室（20）を真空
引きする際は、反応室（20）側を開とし、予備室（34）
側を閉とした。
（34）を真空引きする際に、予備室（34）側を開とし、
反応室（20）側を閉とする。また、反応室（20）を真空
引きする際は、反応室（20）側を開とし、予備室（34）
側を閉とした。
かくして、基板（１）は、反応室（20）に図示の如く
挿着された。この反応室（20）における内部の真空度
は、10-7torr以下とした。この後、ボンベ（28）より窒
素が導入され、さらに、反応性気体がドーピング系
（７）から反応室（20）に導入され、基板（１）に被膜
が形成された。
挿着された。この反応室（20）における内部の真空度
は、10-7torr以下とした。この後、ボンベ（28）より窒
素が導入され、さらに、反応性気体がドーピング系
（７）から反応室（20）に導入され、基板（１）に被膜
が形成された。
反応用光源、たとえば合成石英製低圧水銀灯（９）
は、水冷装置（31′）が設けられている。上記合成石英
製低圧水銀灯（９）の紫外光源は、185nm、254nmの波長
を発光する発光長40cm、照射強度20mW/cm2、ランプ電力
40Wのランプ16本から構成されている。
は、水冷装置（31′）が設けられている。上記合成石英
製低圧水銀灯（９）の紫外光源は、185nm、254nmの波長
を発光する発光長40cm、照射強度20mW/cm2、ランプ電力
40Wのランプ16本から構成されている。
この紫外光は、透光性遮蔽板である合成石英窓（10）
を経て反応室（20）に配設された基板（１）の被膜形成
面上を照射される。
を経て反応室（20）に配設された基板（１）の被膜形成
面上を照射される。
ハロゲンヒータ（32）は、反応室（20）の上側に位置
した「ディポジッション・アップ」方式とし、反応室
（20）の壁面に形成されているフレークが被膜形成面に
付着してピンホールの原因を作ることを避けた。
した「ディポジッション・アップ」方式とし、反応室
（20）の壁面に形成されているフレークが被膜形成面に
付着してピンホールの原因を作ることを避けた。
紫外光源は、真空下に保持された光源室（35）と反応
室（20）とを囲んだステンレス容器内に真空に保持され
ている。このため、第２図に示されている被膜形成有効
面積は、30cm×30cmであり、直径５インチの基板（１）
が４枚基板ホルダ（１′）に配置される構成としてい
る。基板（１）の温度は、ハロゲンヒータ（32）により
加熱され、室温ないし500℃までの所定の温度、たとえ
ば室温ないし250℃とした。
室（20）とを囲んだステンレス容器内に真空に保持され
ている。このため、第２図に示されている被膜形成有効
面積は、30cm×30cmであり、直径５インチの基板（１）
が４枚基板ホルダ（１′）に配置される構成としてい
る。基板（１）の温度は、ハロゲンヒータ（32）により
加熱され、室温ないし500℃までの所定の温度、たとえ
ば室温ないし250℃とした。
以下、実施例１および実施例２を示す。
実施例１・・・GaAs基板上にシリコン窒化膜を形成した
例 基板（１）は、N+PP+型のGaAs単結晶半導体を用い
た。
例 基板（１）は、N+PP+型のGaAs単結晶半導体を用い
た。
すなわち、P+型のGaAs基板上には、Ｐ型半導体を約５
μｍの厚さにエピタキシァル成長させた。さらに、上記
Ｐ型半導体層の上には、1000Åないし2000Åの厚さにN+
層がエピタキシァル成長された。この基板（１）は、光
電変換装置として有効である。さらに、上記基板（１）
の上に金を真空蒸着法により3000Åの厚さに形成させ、
電極（２）とした。すると、この電極以外の半導体上に
は、酸化物等の汚物（３）が存在する。この１つのセル
を構成する真性半導体の面積は、0.25cm2（5mm×5mm）
である。
μｍの厚さにエピタキシァル成長させた。さらに、上記
Ｐ型半導体層の上には、1000Åないし2000Åの厚さにN+
層がエピタキシァル成長された。この基板（１）は、光
電変換装置として有効である。さらに、上記基板（１）
の上に金を真空蒸着法により3000Åの厚さに形成させ、
電極（２）とした。すると、この電極以外の半導体上に
は、酸化物等の汚物（３）が存在する。この１つのセル
を構成する真性半導体の面積は、0.25cm2（5mm×5mm）
である。
この後、このN+層がエピタキシァル成長された基板
（１）は、反応室（20）に封入され、ハロゲンヒータ
（32）によって、150℃に加熱され、弗化窒素がボンベ
（25）から反応室（20）内へ30cc/分（圧力3torr）で導
入された。さらに、アンモニアがボンベ（26）より反応
室（20）内へ30cc/分で導入された。すると、この弗化
窒素およびアンモニアは、185nmの紫外光が照射される
ことにより分解した活性弗素（Ｆ）および活性水素
（Ｈ）を放出する。GaAsの表面の酸化物からなる汚物
（３）は、上記活性弗素（Ｆ）および活性水素（Ｈ）に
より約30分間クリーニングされた後に除去された。
（１）は、反応室（20）に封入され、ハロゲンヒータ
（32）によって、150℃に加熱され、弗化窒素がボンベ
（25）から反応室（20）内へ30cc/分（圧力3torr）で導
入された。さらに、アンモニアがボンベ（26）より反応
室（20）内へ30cc/分で導入された。すると、この弗化
窒素およびアンモニアは、185nmの紫外光が照射される
ことにより分解した活性弗素（Ｆ）および活性水素
（Ｈ）を放出する。GaAsの表面の酸化物からなる汚物
（３）は、上記活性弗素（Ｆ）および活性水素（Ｈ）に
より約30分間クリーニングされた後に除去された。
同時に発生する活性窒化物（NF、NF2、NH、NH2）によ
り基板（１）の表面は、若干（５Åないし50Å）窒化さ
せることができる。
り基板（１）の表面は、若干（５Åないし50Å）窒化さ
せることができる。
さらに、この工程の後、同一反応室（20）中に反応性
気体として弗化窒素をボンベ（25）より30cc/分、アン
モニアをボンベ（26）より30cc/分、ジシランをボンベ
（23）より8cc/分、反応に関係のないキャリアガスとし
て窒素をボンベ（24）より30cc/分それぞれ供給し、そ
の時の基板（１）の温度を100℃に加熱した。また、こ
の時の基板（１）は、直径２インチのウエハ５枚とし
た。反応室（20）内の圧力は、3.0torrとした。
気体として弗化窒素をボンベ（25）より30cc/分、アン
モニアをボンベ（26）より30cc/分、ジシランをボンベ
（23）より8cc/分、反応に関係のないキャリアガスとし
て窒素をボンベ（24）より30cc/分それぞれ供給し、そ
の時の基板（１）の温度を100℃に加熱した。また、こ
の時の基板（１）は、直径２インチのウエハ５枚とし
た。反応室（20）内の圧力は、3.0torrとした。
50分の反応で750Åの膜厚の弗素を１原子％以下、た
とえば0.1原子％程度を含有して窒化珪素膜（４）が形
成された。その被膜形成速度は、16Å／分であった。そ
の時の化学反応式は、以下のようになり、弗素の水素入
りの窒化珪素膜（４）が生成される。
とえば0.1原子％程度を含有して窒化珪素膜（４）が形
成された。その被膜形成速度は、16Å／分であった。そ
の時の化学反応式は、以下のようになり、弗素の水素入
りの窒化珪素膜（４）が生成される。
2YNH3＋9Si2H6＋2XNF3→6Si3FXHYN4-Z＋27H2 そして、この時に得られた特性は、以下の通りであ
る。
る。
面積 0.25cm2 開放電圧 0.940V 短絡電流 25.6mA/cm2 曲線因子 0.78 変換効率 18.76％ 従来のように、光CVD法を行なわないプラズマCVD法の
みで、窒化珪素膜を作製した場合、その変換効率は、８
％程度しか得られない。そのため、本実施例における変
換効率約18％と比較して、従来のように、窒化珪素膜で
ある反射防止膜を全く形成しない場合よりはるかに小さ
くなってしまう。この結果より、GaAs化合物半導体にお
いて、その表面に本実施例の光CVD法を用いた窒化珪素
膜を形成することの有効性が明らかになった。
みで、窒化珪素膜を作製した場合、その変換効率は、８
％程度しか得られない。そのため、本実施例における変
換効率約18％と比較して、従来のように、窒化珪素膜で
ある反射防止膜を全く形成しない場合よりはるかに小さ
くなってしまう。この結果より、GaAs化合物半導体にお
いて、その表面に本実施例の光CVD法を用いた窒化珪素
膜を形成することの有効性が明らかになった。
さらに、本実施例のフォトクリーニングを行なわず、
いわゆる光CVDのみにおいて、窒化珪素膜を形成した場
合の変換効率は、15.2％が得られ、フォトクリーニング
により半導体表面でのキャリアの再結合中心の発生を防
止し得ることがわかった。
いわゆる光CVDのみにおいて、窒化珪素膜を形成した場
合の変換効率は、15.2％が得られ、フォトクリーニング
により半導体表面でのキャリアの再結合中心の発生を防
止し得ることがわかった。
実施例２・・・酸化珪素膜の形成例 実施例１と同様にH2CF2を30cc/分で導入し、さらに水
素のキャリアガス（30cc/分）を導入して、30分間300℃
でフォトクリーニングを行った。そして、このフォトク
リーニングによって、シリコン半導体表面の酸化物は、
除去された。
素のキャリアガス（30cc/分）を導入して、30分間300℃
でフォトクリーニングを行った。そして、このフォトク
リーニングによって、シリコン半導体表面の酸化物は、
除去された。
さらに、この後、この反応系に対しN2OとSiH4とがボ
ンベ（23）、ボンベ（24）より、キャリアガスの窒素が
ボンベ（27）より反応室（20）の内部へ供給された。反
応室（20）においてフォトクリーニングに使用した残存
ガスであるH2CF2と共に、被膜形成面には、膜厚が2700
Åの酸化珪素膜を60分間のディポジッションで形成させ
ることができた。赤外吸収スペクトルの観察から、この
被膜中には、SiFの結合が１原子％以下の割合で存在し
ていることが判った。このため、膜中には、弗化物が混
入されている。これは後工程において、ナトリューム等
の汚染に対し十分なブロッキングになる可能性を示唆す
る。
ンベ（23）、ボンベ（24）より、キャリアガスの窒素が
ボンベ（27）より反応室（20）の内部へ供給された。反
応室（20）においてフォトクリーニングに使用した残存
ガスであるH2CF2と共に、被膜形成面には、膜厚が2700
Åの酸化珪素膜を60分間のディポジッションで形成させ
ることができた。赤外吸収スペクトルの観察から、この
被膜中には、SiFの結合が１原子％以下の割合で存在し
ていることが判った。このため、膜中には、弗化物が混
入されている。これは後工程において、ナトリューム等
の汚染に対し十分なブロッキングになる可能性を示唆す
る。
上記酸化珪素膜を生成する際の化学反応式を次に示
す。
す。
H2CF2＋2N2O→2N2＋CO2＋2H＊＋2F＊ SiH4＋2H＊→SiO2＋2N2＋3H2O 2SiH4＋2F＊＋２（Ｘ＋２）N2O→2SiFOX＋2XN2＋2H2O と酸化珪素および弗素入りの酸化珪素が生成される。
次に、反応性気体として、H2SiCl2を用いると、形成
された被膜には、同時に塩素が含有していた。すなわ
ち、形成された被膜中にハロゲン元素を同時に混入させ
ると、これらのハロゲン元素は、被膜中に浸入または半
導体基板表面に存在するナトリュームイオンの中和化を
行ない、クリーンオキサイトを350℃以下の低温で作り
得る。
された被膜には、同時に塩素が含有していた。すなわ
ち、形成された被膜中にハロゲン元素を同時に混入させ
ると、これらのハロゲン元素は、被膜中に浸入または半
導体基板表面に存在するナトリュームイオンの中和化を
行ない、クリーンオキサイトを350℃以下の低温で作り
得る。
作製した酸化珪素膜は、上述のように弗素を含んでお
り、その弗素がナトリュームイオンを中和する働きを有
するため、半導体中にナトリュームイオンが浸入するこ
とを防止できる。その結果、半導体中のナトリューム
は、キャリアを捕らえるということをなくすことができ
るため、キャリアのライフタイムを長くすることが可能
となり、光電変換効率を向上させる。
り、その弗素がナトリュームイオンを中和する働きを有
するため、半導体中にナトリュームイオンが浸入するこ
とを防止できる。その結果、半導体中のナトリューム
は、キャリアを捕らえるということをなくすことができ
るため、キャリアのライフタイムを長くすることが可能
となり、光電変換効率を向上させる。
この場合、酸化珪素（SiO2）のエネルギーバンド幅が
8eVを有するため、たとえ窓（第２図（10））に形成さ
れても、紫外光のブロッキング層とならず、反射防止膜
に必要な膜厚を光CVD法のみで形成させることが可能と
なった。
8eVを有するため、たとえ窓（第２図（10））に形成さ
れても、紫外光のブロッキング層とならず、反射防止膜
に必要な膜厚を光CVD法のみで形成させることが可能と
なった。
ここにPH3またはB2H6を同時に混入し、リンガラスま
たはホウ素ガラスとすることができる。
たはホウ素ガラスとすることができる。
AlNを形成した場合、変換効率は、18.1％（AM1 100mW
/cm2）（開放電圧0.91V、短絡電流23.0mA/cm2、曲線因
子0.78）を得ることができ、窒化珪素と殆ど同じ特性を
得ることができた。
/cm2）（開放電圧0.91V、短絡電流23.0mA/cm2、曲線因
子0.78）を得ることができ、窒化珪素と殆ど同じ特性を
得ることができた。
本実施例によれば、以上の説明より明らかなごとく、
大面積の基板上に被膜を形成するにあたり、被形成面の
損傷をなくして任意の厚さの被膜作製を同じ反応室を用
いて成就させることができた。加えて、半導体素子の表
面のフォトクリーニングによりバッチ間の再現性を向上
できる。このフォトクリーニングに関し、半導体の表面
を活性弗素または活性塩素のみでなく、弗素または塩素
に加えて活性水素をも同時に混合することによりクリー
ニングを行ない、酸化物、汚物の除去を行なってもよ
い。そして、この清浄化した半導体に被膜を光CVD法に
より形成し、この半導体上が再び汚染されることを防止
した。
大面積の基板上に被膜を形成するにあたり、被形成面の
損傷をなくして任意の厚さの被膜作製を同じ反応室を用
いて成就させることができた。加えて、半導体素子の表
面のフォトクリーニングによりバッチ間の再現性を向上
できる。このフォトクリーニングに関し、半導体の表面
を活性弗素または活性塩素のみでなく、弗素または塩素
に加えて活性水素をも同時に混合することによりクリー
ニングを行ない、酸化物、汚物の除去を行なってもよ
い。そして、この清浄化した半導体に被膜を光CVD法に
より形成し、この半導体上が再び汚染されることを防止
した。
上記被膜が形成されている半導体装置としては、光電
変換装置、MES.FET（電界効果半導体装置）、SL素子
（スーパーラティス素子）、HEMT素子が得られる。さら
に、その他、上記被膜は、半導体レーザ、MOS型集積回
路（Siを使用）、または光集積回路（GaAs等のIII−Ｖ
化合物を使用）に対しても有効である。
変換装置、MES.FET（電界効果半導体装置）、SL素子
（スーパーラティス素子）、HEMT素子が得られる。さら
に、その他、上記被膜は、半導体レーザ、MOS型集積回
路（Siを使用）、または光集積回路（GaAs等のIII−Ｖ
化合物を使用）に対しても有効である。
また、光源として低圧水銀灯ではなく、エキシマレー
ザ（波長100ないし400nm）、アルゴンレーザ、窒素レー
ザ等を用いてもよいことはいうまでもない。
ザ（波長100ないし400nm）、アルゴンレーザ、窒素レー
ザ等を用いてもよいことはいうまでもない。
本実施例は、III−Ｖ化合物としてGaAsでなく、GaAlA
s、InP、GaN等他のIII−Ｖ化合物半導体であっても同様
に有効である。
s、InP、GaN等他のIII−Ｖ化合物半導体であっても同様
に有効である。
本実施例において、非酸化物気体として、NF3、Si
2F6,H2SiCl2、H2CCl2等を用いたが、これらと水素、ヘ
リューム、窒素またはアルゴンとの混合気体であっても
よい。
2F6,H2SiCl2、H2CCl2等を用いたが、これらと水素、ヘ
リューム、窒素またはアルゴンとの混合気体であっても
よい。
本発明の半導体装置によれば、酸化珪素膜または窒化
珪素膜に添加された弗素または塩素が半導体基板中に侵
入したナトリュームイオンと中和する。その結果、ナト
リュームイオンがキャリアを捕らえることがなく、キャ
リアのライフタイムを長くすることが可能になった。
珪素膜に添加された弗素または塩素が半導体基板中に侵
入したナトリュームイオンと中和する。その結果、ナト
リュームイオンがキャリアを捕らえることがなく、キャ
リアのライフタイムを長くすることが可能になった。
すなわち、キャリアは、そのライフタイムが長くなっ
た時間だけ、電流をより多く流すことができるため、光
電変換効率を向上させる。
た時間だけ、電流をより多く流すことができるため、光
電変換効率を向上させる。
本発明の半導体装置によれば、弗素または塩素を添加
した酸化珪素膜または窒素珪素膜の形成により、弗素ま
たは塩素とナトリュームとが結合するため、ナトリュー
ムの汚染に対してブロッキングの役目を果たす。
した酸化珪素膜または窒素珪素膜の形成により、弗素ま
たは塩素とナトリュームとが結合するため、ナトリュー
ムの汚染に対してブロッキングの役目を果たす。
本発明の半導体装置作製方法によれば、光CVDによっ
て、低い温度で半導体基板の表面を清浄化できるため、
半導体基板の表面を損傷させることがない。
て、低い温度で半導体基板の表面を清浄化できるため、
半導体基板の表面を損傷させることがない。
本発明の半導体装置作製方法によれば、半導体基板の
表面に形成された酸化物を清浄化した後、反応炉を大気
圧に戻すことなく、連続して被膜形成工程を行なうこと
ができる。
表面に形成された酸化物を清浄化した後、反応炉を大気
圧に戻すことなく、連続して被膜形成工程を行なうこと
ができる。
第１図（Ａ）および（Ｂ）はGaAs単結晶半導体を説明す
るための図である。 第２図は単結晶半導体の表面を清浄化するためのフォト
クリーニング装置、および光CVD装置の概略を説明する
ための図である。 符号の説明 １……基板 １′……基板ホルダ ２……電極 ３……汚物 ４……窒化珪素膜 ７……ドーピング系 ８……排気系 ９……低圧水銀灯 10……合成石英窓 11……加熱室 12……導入口 14……ノズル 17……コントロールバルブ 18……ターボ分子ポンプ 19……ローターリポンプ 20……反応室 21……流量計 22……バルブ 23、24、25、26、27、28……ボンベ 31、31′……水冷装置 32……ハロゲンヒータ 34……予備室
るための図である。 第２図は単結晶半導体の表面を清浄化するためのフォト
クリーニング装置、および光CVD装置の概略を説明する
ための図である。 符号の説明 １……基板 １′……基板ホルダ ２……電極 ３……汚物 ４……窒化珪素膜 ７……ドーピング系 ８……排気系 ９……低圧水銀灯 10……合成石英窓 11……加熱室 12……導入口 14……ノズル 17……コントロールバルブ 18……ターボ分子ポンプ 19……ローターリポンプ 20……反応室 21……流量計 22……バルブ 23、24、25、26、27、28……ボンベ 31、31′……水冷装置 32……ハロゲンヒータ 34……予備室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田代 衛 東京都世田谷区北烏山７丁目21番21 株 式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 店村 悠爾 東京都世田谷区北烏山７丁目21番21 株 式会社半導体エネルギー研究所内 (72)発明者 今任 慎二 東京都世田谷区北烏山７丁目21番21 株 式会社半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−124437（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−37127（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】光CVD法を用いて形成された弗素または塩
素を添加した酸化珪素膜または窒化珪素膜が半導体基板
上に薄膜として設けられていることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項２】光CVDにより活性弗素元素または活性塩素
元素を発生させる工程と、 前記活性弗素元素または活性塩素元素により半導体基板
表面を曝して前記半導体基板表面を清浄にする工程と、 当該半導体基板表面を清浄にした後、前記半導体基板上
に光CVD法で弗素または塩素を含有する酸化珪素膜また
は窒素珪素膜の薄膜を形成させる工程と、 を有することを特徴とする半導体装置作製方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、ハロゲン
元素を含有する窒化珪素または酸化珪素からなる薄膜
は、室温ないし350℃の温度範囲で形成されることを特
徴とする半導体装置作製方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144900A JP2593642B2 (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 半導体装置およびその作製方法 |
| EP86904352A EP0227839B1 (en) | 1985-07-02 | 1986-06-27 | Method of forming a thin film |
| DE8686904352T DE3679299D1 (de) | 1985-07-02 | 1986-06-27 | Verfahren zur bildung eines duennschichtfilms. |
| PCT/JP1986/000328 WO1987000346A1 (en) | 1985-07-02 | 1986-06-27 | Method of forming a thin film |
| US07/357,644 US4987008A (en) | 1985-07-02 | 1986-06-27 | Thin film formation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144900A JP2593642B2 (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 半導体装置およびその作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS627866A JPS627866A (ja) | 1987-01-14 |
| JP2593642B2 true JP2593642B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=15372925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60144900A Expired - Lifetime JP2593642B2 (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 半導体装置およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2593642B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02106253U (ja) * | 1989-02-10 | 1990-08-23 | ||
| US5880029A (en) * | 1996-12-27 | 1999-03-09 | Motorola, Inc. | Method of passivating semiconductor devices and the passivated devices |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56124437A (en) * | 1980-03-07 | 1981-09-30 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Gas phase chemical reaction apparatus |
| JPS6037127A (ja) * | 1983-08-09 | 1985-02-26 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
-
1985
- 1985-07-02 JP JP60144900A patent/JP2593642B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS627866A (ja) | 1987-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |