JP3189056B2 - 半導体基板の前処理方法とその機能を具備する装置 - Google Patents

半導体基板の前処理方法とその機能を具備する装置

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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、Si基板上に、半導体
材料、特に、GaAs等のIII−V族化合物半導体を
成長させる際に、Si基板上に存在する自然酸化膜を除
去する前処理方法に関する。
【0002】GaAsはSiに比べ高速動作が可能であ
り、また、発光素子の材料として適するためにその有用
性が広く認識されているが、大口径基板が得られにく
く、また、機械的な強度にも乏しく、高価格であること
が影響して、実用化の面ではSiに大きく遅れをとって
いる。
【0003】そこで、大口径基板が得やすく、機械的強
度の面でも優れ、低価格のSi基板の上にGaAsを成
長し、このGaAs成長層に発光素子等を形成しようと
する試みが最近活発になっている。
【0004】この場合、特性の良好な発光素子等を得る
ためには、Si基板の上に良好なGaAsを成長させる
ことが必要である。そのためには、GaAsを成長する
前に、Si基板の上に不可避的に存在する自然酸化膜を
完全に除去することが不可欠である。
【0005】
【従来の技術】Si基板の上に存在する自然酸化膜を除
去する方法として、従来から下記の二つの方法が試みら
れていた。
【0006】第1の方法GaAsを成長する前に、Si
基板を水素ガス中で1000℃程度の高温でプリベーキ
ングして自然酸化膜を除去する。
【0007】第2の方法GaAsを成長する前に、Si
基板を比較的低温でECR水素プラズマに曝してプリベ
ーキングして自然酸化膜を除去する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各方法は下記の問題点を有している。即ち、第1の方法
においては、高温で前処理を行うと、反応室全体をその
温度まで昇温するために長時間を有するほか、前処理を
行う半導体結晶成長装置等の構成部材の熱的負担が大き
く、劣化した部材の交換、補修を行う必要が頻発するた
め装置の稼働率が低下し、装置の寿命を短縮することに
つながっていた。また、すでに素子が作成されているS
i基板の上にGaAsを成長させる場合は、Si基板中
の不純物のプロファイルが高温において変動し、特性を
変化または劣化させる。
【0009】そして、第2の方法においては、ECR水
素プラズマ中で発生した水素ラジカルが自然酸化膜が消
失する最終段階で直接Si基板に接触するために、Si
基板表面に欠陥を生じさせる。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明においては、Si
基板上の自然酸化膜を、GaAs成長装置等に負担をか
けないで、あるいは、すでにSi基板に存在する素子特
性を損なうことなく、さらには、GaAsを成長するS
i基板表面に欠陥を生じさせることなく除去するため
に、Si基板上の自然酸化膜の表面部分をECR水素プ
ラズマによって除去する工程と、該工程の後に残された
自然酸化膜を水素ガス中でアニールすることによって除
去する工程を採用した。
【0011】
【作用】水素ガスで自然酸化膜であるSiO2 を還元す
るためには1000℃以上の加熱が必要であるが、EC
R水素プラズマ中で発生した水素ラジカルは水素ガスよ
りも還元作用が強いため、室温においてもSiO2 を還
元することができる。
【0012】図2は、Si基板上の自然酸化膜の原子の
結合状態説明図である。この図は、(100)面のSi
基板(バルクSi)の上に自然酸化膜が形成されている
場合の断面を説明するための図で、白まるがSi原子、
黒まるが酸素原子を表している。
【0013】このような結合状態の自然酸化膜は極めて
安定であるが、一度表面部分のSi−O結合を水素ラジ
カルによって切断すると、後は1000℃以下の比較的
低温でも残りの自然酸化膜は、水素ガスによって容易に
還元される。
【0014】
【実施例】(第1実施例)図1は、第1実施例の半導体
基板の前処理方法の説明図である。この図1において、
1はイオン発生室、2は反応室、3はグリッド、4は導
波管、5はアルミナ製窓、6は試料支持台、7はヒー
タ、8はSi基板、9は電磁石、10は圧力計、11は
熱電対、12はバルブ、13は流量計、14はバルブ、
15はゲートバルブ、16はターボ分子ポンプ、17は
ドライポンプ、18はバルブ、19は流量計、20はバ
ルブである。
【0015】この装置は、ECR水素プラズマを発生す
る機能を有するMOCVD装置であり、その構成は図示
のとおりである。
【0016】すなわち、チャンバはグリッド3によって
隔てられたイオン発生室1と反応室2からなり、イオン
発生室1にはアルミナ製窓5を通して、導波管4から
2.45GHzのマイクロ波が入射されるようになって
おり、バルブ12を通し、流量計13によって流量測定
され、バルブ14によってその流量が調節されて導入さ
れる水素ガスは、電磁石9によって形成される磁界との
相互作用によって生じる電子サイクロトロン共鳴(EC
R)によって強くプラズマ化されて水素ラジカルにな
り、グリッド3による加速電界により加速されて反応室
2に入射するようになっている。
【0017】そして、反応室2は、ヒータ7によって加
熱され、熱電対11によって温度を測定し、温度制御さ
れる試料支持台6を備え、また、圧力計10によって常
時ガス圧が監視されている。
【0018】また、この反応室2内のガスは、ゲートバ
ルブ15によって調節されて、ターボ分子ポンプ16、
ドライポンプ17によって排出される。一方、バルブ1
2から導入される水素ガスとゲートバルブ15から排出
される水素ガスの量のアンバランスを調整して反応室2
内のガス圧を一定にし、プラズマの拡がり、強度を一定
にして工程の再現性を確保するため、バルブ18から流
量計19によって流量を測定しながら補充用の水素ガス
が導入されるようになっている。
【0019】この装置によって、本発明の半導体基板の
前処理方法、および、この半導体基板の上にGaAs等
の半導体層を成長する工程を説明する。第1工程とし
て、上記装置の試料支持台6の上にSi基板8を載置
し、1×10-3torrのECR水素プラズマに曝して
800℃で10秒間加熱する。
【0020】この工程によって、Si基板8の上の自然
酸化膜の表面における酸素原子とSi原子の結合が切ら
れる。その後、マイクロ波の入射を止め、電磁石の励磁
を止めることによってECRプラズマを止め、水素ガス
の導入を継続して800℃で1分間維持する。
【0021】この第2工程によって、Si基板7の上の
自然酸化膜が完全に除去され、しかも、Si基板8の表
面に欠陥を生じない。
【0022】引続き、このSi基板8の温度を450℃
に維持し、この装置内にトリメチルガリウム(TMG)
とアルシン(AsH3 )を76torrの圧で導入して
MOCVD法により、Si基板8の上に非晶質GaAs
を100Å成長したのち、成長温度を700℃にし、反
応ガスの圧を76torrに保って、非晶質GaAsの
上に結晶質GaAsを所望の膜厚だけ成長させる。
【0023】上記の場合、ECR水素プラズマ中でのア
ニール温度は1000℃以下であれば何度でも支障はな
いが、室温付近でECR水素プラズマを照射すると反応
室2内の残留ガスが、Si基板上に付着し自然酸化膜の
除去を妨げるおそれがあるため、Si基板8の温度を2
00℃以上にしておくことが望ましい。上記の第1実施
例においては、Si基板8として、Bを1×1015cm
-3ドープしたSi基板の(100)面を用いた。
【0024】また、上記の第1実施例においては、アニ
ールガスとして水素ガスを用いているが、水素ガスとと
もに、あるいは、水素ガスに代えて、SiH4 、AsH
3 、GeH4 、Si2 6 、Si3 8 、B2 6 、C
2 、HCl等の還元性を有するガスを混合して用いる
ことができる。これらのガスは強い還元性を有するた
め、これらのガスを混合することによってアニール温度
を低下することができる。
【0025】しかし、SiH4 等、ガスの種類によって
は、その構成元素をSi基板上に成長することがあるか
ら混合量には留意することが必要である。そしてまた、
上記の第1実施例においては、水素プラズマを使用して
いるが、これに代えてSi原子と酸素原子の結合を切る
機能を有し、不活性であるArプラズマを使用すること
ができる。
【0026】また、第1実施例は、ECR水素プラズマ
を発生する機能を有するMOCVD装置であるが、上に
説明したこととほぼ同様に、ECR水素プラズマを発生
する機能を有するCVD装置を構成することもできる。
また、第1実施例においては、GaAs等のIII−V
族化合物半導体を成長する場合のSi基板の前処理とし
て説明したが、本発明はこれに限られず、他の材料を成
長する際等にも広く使用できる。
【0027】(第2実施例)第1実施例においては、半
導体基板を前処理する装置と、その上に半導体材料を成
長するMOCVD装置を兼用しているが、例えば、65
0〜700℃でGaAsを成長するとき、GaAsがS
i基板の上だけでなく装置の壁面等にも付着し、次に、
新たなSi基板を1000℃でアニールする際に、壁面
等に付着していたGaAs特にAsが蒸発してこの新た
なSi基板に付着し有害な影響を与えるおそれがある。
【0028】このため、アニール温度を成長温度と同程
度にして、壁面等に付着した前工程の成長材料の影響を
低減する努力が払われているが、成長する材料との関係
で、アニール温度を成長温度に近づけることが不可能な
場合がある。特に、MOCVD法により単結晶材料を成
長する場合は、非晶質や多結晶の材料を成長する場合よ
りも完全にSi基板の自然酸化膜を除去する必要がある
ため、アニール温度を成長温度にまで低下することは極
めて困難である。
【0029】このような場合は、半導体基板を前処理す
る領域とその上に材料を成長する領域を独立に設け、そ
の間をロードロックによって連結し、Si基板等の試料
を真空搬送することができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の工程を経
ると、例えば、3μmのGaAsを成長させた際の、最
表面の結晶欠陥密度が6×106 cm-2と従来の100
0℃における水素ガス中でのプレヒートを行ったときと
同程度の結晶性を有するGaAsが得られた。
【0031】さらに、予めSi基板中に形成されていた
素子の不純物プロファイルの変動による特性の劣化も観
測されなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の半導体基板の前処理方法の説明図
である。
【図2】Si基板上の自然酸化膜の原子の結合状態説明
図である。
【符号の説明】
1 イオン発生室 2 反応室 3 グリッド 4 導波管 5 アルミナ製窓 6 試料支持台 7 ヒータ 8 Si基板 9 電磁石 10 圧力計 11 熱電対 12、14、18、20 バルブ 13 流量計 15 ゲートバルブ 16 ターボ分子ポンプ 17 ドライポンプ 19 流量計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−224233(JP,A) 特開 平3−123027(JP,A) 特開 平3−116727(JP,A) 特開 平2−291127(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 645 H01L 21/304 641

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si基板上の自然酸化膜の表面部分をE
    CR水素プラズマによって除去する工程と、この工程の
    後に残された自然酸化膜を水素ガス中におけるアニール
    によって除去する工程を含むことを特徴とする半導体基
    板の前処理方法。
  2. 【請求項2】 ECR水素プラズマ中に曝す際のSi基
    板の温度を、200℃以上にすることを特徴とする請求
    項1記載の半導体基板の前処理方法。
  3. 【請求項3】 水素プラズマに代えてArプラズマを用
    いることを特徴とする請求項1記載の半導体基板の前処
    理方法。
  4. 【請求項4】 アニールする際に、水素ガスとともに、
    あるいは、水素ガスに代えてSiH4 、AsH3 、Ge
    4 、Si2 6 、Si3 8 、B2 6 、Cl2 、H
    Cl等の還元性ガスの一つあるいは複数を用いることを
    特徴とする請求項1記載の半導体基板の前処理方法。
  5. 【請求項5】 半導体層を成長する機能と、Si基板上
    の自然酸化膜の表面部分をECR水素プラズマによって
    除去した後に、水素ガス中でアニールすることによって
    残りの自然酸化膜を除去する半導体基板の前処理機能を
    併せ有することを特徴とするCVD装置。
  6. 【請求項6】 半導体層を成長する領域とは別に、Si
    基板表面の自然酸化膜の表面部分をECR水素プラズマ
    で除去した後に、水素ガス中でアニールすることにより
    残りの自然酸化膜を除去する半導体基板の前処理領域を
    有し、その間が真空搬送路によって連結されていること
    を特徴とするMOCVD装置。
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US5510277A (en) * 1994-06-29 1996-04-23 At&T Corp. Surface treatment for silicon substrates
JP3417665B2 (ja) * 1994-07-07 2003-06-16 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
JP2809113B2 (ja) * 1994-09-29 1998-10-08 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
US6933182B1 (en) 1995-04-20 2005-08-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device and manufacturing system thereof
JP3986544B2 (ja) * 2006-12-11 2007-10-03 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体の作製方法
US8227344B2 (en) * 2010-02-26 2012-07-24 Tokyo Electron Limited Hybrid in-situ dry cleaning of oxidized surface layers

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