JP3153270B2 - 結晶成長法における表面コートの処理方法 - Google Patents

結晶成長法における表面コートの処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種の半導体素子を製
作する際に行われる結晶成長法における表面コートの処
理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子を製造する方法として、結晶
成長法(エピタキシャル成長法)が周知であり、この結
晶成長法としては液相成長法、気相成長法、分子線エピ
タキシャル成長法(MBE)等がある。これらの結晶成
長法によれば、例えば、Si(シリコン)、Ge(ゲル
マニウム)、GaAs(ガリウム−砒素)等の単結晶の
基板に半導体結晶を成長させることができるが、この結
晶成長の処理前又は処理途中で基板を大気にさらすと、
いわゆる濡れ性が悪くなるという問題があった。すなわ
ち、シリコン基板は通常、ウェット処理にて表面のSi
2 あるいはSi自体がエッチングされ、その後に結晶
成長処理を行うが、この処理工程への運搬中にシリコン
基板は上記エッチング後に大気中に触れることになる。
また、結晶成長を段階的に行う場合があり、例えばシリ
コン基板に二段階成長を施す場合には、一段階の成長工
程が終了して二段階の成長工程に移行するときにシリコ
ン基板が大気中にさらされることになる。
【0003】そうすると、上記シリコン基板に酸化シリ
コン(SiO2 ,SiO)が変成層として形成されるこ
とになり、この変成層の存在により結晶成長が阻害さ
れ、エピタキシャル層と基板との境界、あるいはエピタ
キシャル層の一段目と二段目との境界でキャリア濃度が
著しく減少する等の不都合が生じる。そこで、従来にお
ける液相成長法(LPE)では、例えばメルトバックと
いう手法によって上記変成層を溶解し、基板表面をクリ
ーニングすることが行われる。
【0004】このメルトバック手法は、図4(a)に示
されるように、例えばSiO2 の酸化シリコン膜2が形
成されたシリコン基板1上にインジウム(In)溶液3
を注入して、所定の温度条件下に置くことにより、上記
酸化シリコン膜2をインジウ溶液3中に溶かし込む方
法である。これによれば、不要な酸化シリコン膜2を除
去して濡れ性の問題を解決しながら、図4(b)のよう
に、例えばシリコンのエピタキシャル膜4を成長させる
ことができる。なお、上記酸化シリコン膜2等の変成層
の除去は、上記メルトバック手法以外の例えばガスエッ
チング、あるいは気相成長法におけるサーマルクリーニ
ング等の各種の方法によって行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記メ
ルトバック手法においては、図4(b)に示されるよう
に、成長膜であるエピタキシャル膜4とシリコン基板1
との境界に凹凸200ができてしまい、平坦できれいな
境界の結晶成長を達成することができないという問題が
あった。また、液相成長法におけるガスエッチングによ
り上記酸化シリコン膜2を除去する場合は、このガスエ
ッチングでプラズマや塩酸(HCl)等を用いることに
なり、プラズマを用いる場合は、装置が複雑で大型化す
るし、一方塩酸を用いる場合は、有毒な塩酸の取扱いが
煩雑となる。
【0006】更に、気相成長法におけるサーマルクリー
ニングでは、真空中にシリコン基板1を置き、高温状態
の処理プロセスにてシリコン基板1上の酸化シリコン膜
2を遊離させて飛ばすことが行われるが、この場合は上
記高温処理プロセスが必要なため、装置が複雑になる等
の問題があった。
【0007】本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、結晶成長の前又は途中で大
気に触れることによって基板に表面変性層が形成される
ことを有効に防止し、結晶成長層を平坦な境界を確保し
た状態で良好に形成することができる結晶成長法及び結
晶成長法における表面コートの処理方法を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1請求項の発明は 結晶成長の前工程で処理基板の
表面に形成され、結晶成長工程前に上記基板上の表面か
ら除去されるヨウ素コートの処理方法であって、処理基
板上の酸化物を除去する工程と、この酸化物除去工程の
後にヨウ素混入のアルコール溶液を付着させる工程と、
処理基板を乾燥させる工程とを含んで、上記ヨウ素コー
トを処理基板上に形成したことを特徴とする。第2請求
項の発明は、上記ヨウ素コートの処理方法であって、
理基板上の酸化物除去を行う際にヨウ化水素酸を分解し
ない状態で混合した混合物をシリコン基板に付着させる
工程と、この溶液付着工程の後に露光によってヨウ素を
析出させる工程と、この露光工程の後に処理基板を乾燥
させる工程と、を含んで、上記ヨウ素コートを処理基板
上に形成したことを特徴とする。第3請求項の発明は、
上記ヨウ素コートの処理方法であって、上記基板上に形
成されたヨウ素コートは、雰囲気温度を100℃〜15
0℃に保持して水分を除去した後に、ヨウ素の沸点温度
以上の温度で除去することを特徴とする。
【0009】
【作用】上記の構成によれば、表面コート処理方法によ
り、ヨウ素コートの被覆が容易に行われると共に、ヨウ
素コートの除去がヨウ素の沸点以上の低温雰囲気で行う
ことができる。そして このヨウ素コートを処理基板に
形成した後に大気中を運搬することになるので、基板上
に酸化物が形成されず、結晶成長が酸化物によって阻害
されることはなく、境界線が揃った良好な結晶成長を実
現することができる。
【0010】
【実施例】図1には、本発明の実施例に係るヨウ素コー
ト処理方法が示されており、ここでは2種類のコート形
成方法を示している。図1において、シリコン基板はま
ず前工程中の工程(処理工程)101にてメタノール、
アセトン、トリクレン等で有機洗浄され、シリコン基板
上の脱脂が行われると、次には塩酸と硝酸(王水)によ
る酸処理(工程102)が行われ、次の工程103に移
行する。この工程103では、シリコン基板の水浄処理
が行われ、その後に窒素(N2 )ブローによる乾燥が行
われる(工程104)。
【0011】次いで、第1のコート形成方法では工程1
05へ移行してフッ酸による酸化物除去処理が行われる
ことになり、ここでは、弗化水素酸によりシリコン基板
上に存在する酸化シリコン(SiO2 ,SiO)膜が除
去される。そして、次の工程106でヨウ素(I)の有
機溶液、例えばヨウ素をアルコールに溶かしたヨウ素ア
ルコール溶液にシリコン基板を浸し(又は滴下操作でも
よい)、その後に乾燥工程107に移行することにな
る。この乾燥工程107では、窒素(N2 )ブローを吹
き付けることにより、又はスピナーにてシリコン基板を
高速回転させることによって、シリコン基板表面を乾燥
させながら、一定厚さのヨウ素コートをシリコン基板の
表面に形成する。
【0012】この後に、液相成長工程又は二段目の成長
工程(後工程)へ移行することになるが、このため上記
シリコン基板は大気中を移動して液相成長装置(例えば
Yo−Yo電気炉)へ装填される。しかし、この際には
シリコン基板の表面はヨウ素コートで被覆されており、
シリコン基板上に酸化シリコン膜が形成されることはな
い。上記液相成長装置では、シリコン基板は水素(H
2 )雰囲気中におかれて酸化シリコン膜の形成が防止さ
れており、また100℃〜150℃の温度に保持され
(工程108)、これによってヨウ素コート内の水分が
除去される。そして、次の工程109にてヨウ素コート
の除去が行われることになるが、実施例ではこの工程1
09ではヨウ素の沸点である184.4℃以上の雰囲気
温度にまで加熱し、これによりヨウ素を蒸発してヨウ素
コートの除去を行っている。
【0013】上記のヨウ素コートの形成は、図1の工程
110〜工程112に示す第2のコート形成方法によっ
ても行うことができる。すなわち、工程104にてシリ
コン基板の表面を乾燥させた後に工程110へ移行し、
フッ酸(弗化水素酸)とヨウ化水素酸を混合した溶液中
にシリコン基板を浸し(又は滴下操作でもよい)、まず
フッ酸処理にて酸化シリコン膜を除去する。この後に、
工程111ではキセノンランプ等の紫外線をシリコン基
板の表面に照射する露光処理を行い、この露光により上
記ヨウ化水素酸を分解させ、これにより生じたヨウ素を
シリコン基板の表面に付着させる。次の工程112で
は、窒素ブローを用いてシリコン基板の表面を乾燥させ
ることになるが、この場合は水浄処理をした後に乾燥す
るようにしてもよい。このようにして、第2のコート形
成方法では、露光処理にて分解したヨウ素を用いてシリ
コン基板上にヨウ素コートを形成することができる。
【0014】図2には、液相成長装置内でのヨーヨー
(Yo−Yo)成長法による処理が示されており、図
(a)に示されるように、ヨーヨー成長法は、上記工程
109でヨウ素コートを除去したシリコン基板1とシリ
コンソース5とを重力に対して垂直かつ水平に配置し、
このシリコン基板1とシリコンソース5の間にシリコン
で飽和しているインジウム(In)溶液6を注入する。
このインジウム溶液6は、従来では例えば1000℃程
度であり、メルトバック方式で酸化シリコンを溶解させ
る場合は、この段階で更に所定高温度まで上昇させるこ
とになるが、本発明では酸化シリコン膜が形成されてい
ない状態で結晶成長処理されるので、比較的低温で結晶
成長を実行することが可能となる。
【0015】そして、インジウム溶液6が注入された状
態では、インジウムの比重がシリコンの比重よりも大き
い(In>Si)ので、図(a)のようにシリコンが上
昇してシリコン基板1側に集ることになるが、このよう
な状態で温度を下げると、図(b)に示されるように、
シリコンがシリコン基板1の下面側に析出することにな
る。その後、再び温度を上げると、シリコンソース5か
らシリコンがインジウム溶液中に溶けて上側へ上昇する
ので、シリコン基板1の下部近傍は常にシリコンが飽和
した状態となり、従って温度の上げ下げを繰り返すこと
により、シリコンの結晶成長を行うことができることに
なる。
【0016】図3には、実施例において形成された成長
部分(初期段階)が示されており、ヨウ素コートなしで
行った場合は、図(a)に示されるように、シリコン基
板1上の酸化シリコン膜が完全に除去されていない部分
に未成長部300が存在することになるが、ヨウ素コー
トを被覆した場合は、図(b)に示されるように、シリ
コン基板1にきれいに揃った境界の下にシリコンの成長
部7が形成されることになる。
【0017】上記実施例の工程106では、ヨウ素の有
機溶液としてアルコール混合溶液を示したが、この溶液
中に各種の目的のために他の有機溶媒を混合させること
ができる。例えば、ヨウ素の有機溶液中に水分が混入す
ることを防止するために、水分を吸収させないような溶
媒を混合することができる。
【0018】また、上記実施例ではシリコン基板にヨウ
素コートを被覆することについて説明したが、シリコン
以外の例えばゲルマニウム(Ge)、シリコン−ゲルマ
ニウム(SiGe)合金、そしてガリウム−砒素(Ga
As)合金等にもヨウ素コートを被覆し、大気中を運搬
した後に除去して結晶成長を施すことができる。
【0019】更に、実施例は被覆材としてヨウ素コート
を用いたが、ヨウ素以外には砒素(As)等を用いるこ
とが可能である。また、液相成長法について説明した
が、他の成長法にも本発明を適用することができる。例
えば、分子線エピタキシャル(MBE)成長法で、接合
型FET(電界効果トランジスタ)のソース電極及びド
レイン電極のオーミック領域を形成する場合に適用でき
る。この場合、従来では例えばシリコンをイオン注入し
た後に、窒化アルミニウム等の保護膜を基板(GaA
s)上に設け、700℃〜800℃程度の活性化熱処理
を施すことが行われるが、本発明によれば、ヨウ素コー
トを形成することにより、500℃程度の低温で処理す
ることができ、キャリア濃度の低下を防止することが可
能となる。
【0020】
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、第1請求項 の発明
によれば、処理基板上の酸化物を除去し、その後にヨウ
素混入のアルコール溶液を付着させ、乾燥工程を経てヨ
ウ素コートを処理基板上に形成するようにしたので、ヨ
ウ素コートをシリコン基板に良好に形成することがで
き、結晶成長させる基板の変成層の形成をなくすことが
できる。
【0022】第請求項の発明によれば、処理基板上の
酸化物除去を行う際にヨウ化水素酸を分解しない状態で
混合した混合物を用い、露光によってヨウ素を析出させ
るようにしたので、溶液には一回浸すだけでよく、容易
にヨウ素コートを被覆することが可能となる。
【0023】第請求項の発明によれば、基板上に形成
されたヨウ素コートは、雰囲気温度を100℃〜150
℃に保持して水分を除去した後に、ヨウ素の沸点である
184.4℃以上の温度で除去することができ、低温状
態でヨウ素コートの除去が可能となる利点がある。
【0024】上記のように、本発明はヨウ素コートを被
覆して酸化物の形成を抑えることにより結晶成長を良好
に行うことが可能となる。特に、従来のメルトバック等
の処理を行うことなく、濡れ性の問題を解決することが
可能となり、基板とエピタキシャル層との界面を平坦化
することができる。従って、例えば基板の成長面に予め
所定パターンの凹凸を形成しておけば、所定のパターン
通りに、エピタキシャル層を成長させることができる等
の利点がある。またヨウ素コートの処理が低温で行う
ことにより、所定領域を形成した部分のキャリア濃度の
減少を著しく抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る結晶成長法における表面
コートの処理方法を示す説明図である。
【図2】実施例のヨーヨー成長法を示す説明図である。
【図3】実施例での結晶成長の結果を示す説明図であ
る。
【図4】従来行われているメルトバック手法を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 … シリコン(Si)基板、 2 … 酸化シリコン膜、 3,6 … インジウム(In)溶液、 5 … シリコンソース、 7 … 成長部。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結晶成長の前工程で処理基板の表面に形
    成され、結晶成長工程前に上記基板上の表面から除去さ
    れるヨウ素コートの処理方法であって、処理基板上の酸
    化物を除去する工程と、この酸化物除去工程の後にヨウ
    素混入のアルコール溶液を付着させる工程と、処理基板
    を乾燥させる工程とを含んで、上記ヨウ素コートを処理
    基板上に形成したことを特徴とする結晶成長法における
    表面コートの処理方法
  2. 【請求項2】 結晶成長の前工程で処理基板の表面に形
    成され、結晶成長工程前に上記基板上の表面から除去さ
    れるヨウ素コートの処理方法であって、処理基板上の酸
    化物除去を行う際にヨウ化水素酸を分解しない状態で混
    合した混合物をシリコン基板に付着させる工程と、この
    溶液付着工程の後に露光によってヨウ素を析出させる工
    程と、この露光工程の後に処理基板を乾燥させる工程
    と、を含んで、上記ヨウ素コートを処理基板上に形成し
    ことを特徴とする結晶成長法における表面コートの処
    理方法。
  3. 【請求項3】 結晶成長の前工程で処理基板の表面に形
    成され、結晶成長工程前に上記基板上の表面から除去さ
    れるヨウ素コートの処理方法であって、上記基板上に形
    成されたヨウ素コートは、雰囲気温度を100℃〜15
    0℃に保持して水分を除去した後に、ヨウ素の沸点温度
    以上の温度で除去することを特徴とする第1又は第2請
    求項記載の結晶成長法における表面コートの処理方法。
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