JP3292101B2 - 珪素単結晶基板表面の平滑化方法 - Google Patents
珪素単結晶基板表面の平滑化方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02041—Cleaning
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、珪素単結晶基板表面の
凹凸を減少させ、極めて平坦かつ滑らかな表面を得る方
法に関する。
凹凸を減少させ、極めて平坦かつ滑らかな表面を得る方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】珪素単結晶基板の表面には、一般に化学
機械研磨法（ＣＭＰ）より鏡面状態が付与されている。
これは電子デバイスなどを作製する工程において微細な
構造を珪素単結晶基板の表面に形成する際に、高い製造
歩留りを得るために求められる条件である。たとえば、
電子デバイスのデザイン・ルールは実用レベルですでに
０．３〜０．２μｍのディープ・サブミクロンの世代に
入ろうとしているが、このような電子デバイスを作成す
るために珪素単結晶基板の上に形成される薄膜の中に
は、ゲート絶縁膜のように数ｎｍのレベルの薄さを要求
されるものもあり、基板表面の微視的な平滑度が薄膜の
品質にも大きな影響を与えるようになっている。
機械研磨法（ＣＭＰ）より鏡面状態が付与されている。
これは電子デバイスなどを作製する工程において微細な
構造を珪素単結晶基板の表面に形成する際に、高い製造
歩留りを得るために求められる条件である。たとえば、
電子デバイスのデザイン・ルールは実用レベルですでに
０．３〜０．２μｍのディープ・サブミクロンの世代に
入ろうとしているが、このような電子デバイスを作成す
るために珪素単結晶基板の上に形成される薄膜の中に
は、ゲート絶縁膜のように数ｎｍのレベルの薄さを要求
されるものもあり、基板表面の微視的な平滑度が薄膜の
品質にも大きな影響を与えるようになっている。
【０００３】また、近年では基板表面の微小欠陥の影響
をデバイス特性に波及させないために、珪素単結晶基板
上に珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた、いわ
ゆるエピタキシャルウェーハも利用されている。エピタ
キシャル成長を行う前には、自然酸化膜やパーティクル
等の異物を十分に除去することが、成長層の欠陥を防止
する上で欠かせないが、基板表面の平滑度も極めて重要
な要素である。上述のＣＭＰで達成される鏡面の平均二
乗表面粗さＲｍｓは、現状では最良でも０．１ｎｍ程度
であるが、今後の電子デバイスのデザイン・ルールの縮
小に伴い、この値を一層小さくすることが望まれてい
る。
をデバイス特性に波及させないために、珪素単結晶基板
上に珪素単結晶薄膜をエピタキシャル成長させた、いわ
ゆるエピタキシャルウェーハも利用されている。エピタ
キシャル成長を行う前には、自然酸化膜やパーティクル
等の異物を十分に除去することが、成長層の欠陥を防止
する上で欠かせないが、基板表面の平滑度も極めて重要
な要素である。上述のＣＭＰで達成される鏡面の平均二
乗表面粗さＲｍｓは、現状では最良でも０．１ｎｍ程度
であるが、今後の電子デバイスのデザイン・ルールの縮
小に伴い、この値を一層小さくすることが望まれてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記エピタ
キシャルウェーハ製造用の珪素単結晶基板としては、ホ
ウ素（Ｂ）原子を１０18／ｃｍ3 以上のオーダーで高濃
度に含むｐ型基板が多用されている。これは、この基板
の抵抗率が０．０１〜０．０２Ω・ｃｍと低く、機械的
な強度が大きく、しかもゲッタリング効率に優れている
ことによる。しかし、このｐ型低抵抗基板は、抵抗率が
１０Ω・ｃｍ程度の高抵抗基板（不純物濃度がおおよそ
１０16／ｃｍ3 のオーダー以下）に比べて微視的な平滑
度に劣り、その平均二乗表面粗さＲｍｓは０．２ｎｍ近
くもある。
キシャルウェーハ製造用の珪素単結晶基板としては、ホ
ウ素（Ｂ）原子を１０18／ｃｍ3 以上のオーダーで高濃
度に含むｐ型基板が多用されている。これは、この基板
の抵抗率が０．０１〜０．０２Ω・ｃｍと低く、機械的
な強度が大きく、しかもゲッタリング効率に優れている
ことによる。しかし、このｐ型低抵抗基板は、抵抗率が
１０Ω・ｃｍ程度の高抵抗基板（不純物濃度がおおよそ
１０16／ｃｍ3 のオーダー以下）に比べて微視的な平滑
度に劣り、その平均二乗表面粗さＲｍｓは０．２ｎｍ近
くもある。
【０００５】そこで、かかるｐ型低抵抗基板の微視的な
平滑度を向上させるために、水素（Ｈ2 ）ガス雰囲気
中、１１００℃以上の高温にて長時間熱処理を行う方法
が提案され、工業的にも実用化されている。しかし、こ
のような高温下では珪素単結晶基板に添加されているＢ
原子が気化して基板から雰囲気中へ放出されてしまうた
めに、基板の抵抗率の深さ方向分布が変化してしまう問
題があった。
平滑度を向上させるために、水素（Ｈ2 ）ガス雰囲気
中、１１００℃以上の高温にて長時間熱処理を行う方法
が提案され、工業的にも実用化されている。しかし、こ
のような高温下では珪素単結晶基板に添加されているＢ
原子が気化して基板から雰囲気中へ放出されてしまうた
めに、基板の抵抗率の深さ方向分布が変化してしまう問
題があった。
【０００６】Ｂ原子の気化は、熱処理温度を１０００℃
以下とすれば大幅に抑制できることが、ジャーナル・オ
ブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ(Journal of
theElectrochemical Society)，第１４３巻，ｐ．６７
７（１９９６年）に記載されている。しかし、珪素単結
晶基板に対する熱処理温度を低温化する場合、上述のＨ
2 ガス処理だけでなく、それ以外のプロセスもすべて低
温化しなければ、Ｂ原子の散逸を抑制することはできな
い。ここで問題となるのは、自然酸化膜や付着有機物を
除去するための前処理の温度である。
以下とすれば大幅に抑制できることが、ジャーナル・オ
ブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ(Journal of
theElectrochemical Society)，第１４３巻，ｐ．６７
７（１９９６年）に記載されている。しかし、珪素単結
晶基板に対する熱処理温度を低温化する場合、上述のＨ
2 ガス処理だけでなく、それ以外のプロセスもすべて低
温化しなければ、Ｂ原子の散逸を抑制することはできな
い。ここで問題となるのは、自然酸化膜や付着有機物を
除去するための前処理の温度である。
【０００７】自然酸化膜の除去として通常用いられてい
る方法は、Ｈ2 またはＨＣｌ／Ｈ2混合ガス雰囲気中、
１１００℃付近の高温で基板の熱処理を行う方法であ
る。この他に、室温近傍で実施可能な方法として、希フ
ッ酸溶液を用いたウェット・エッチング、フッ化水素ガ
スと水蒸気との組合せ、Ａｒプラズマ処理が知られてい
るが、処理後直ちに酸化膜が再成長してしまうこと、基
板の表面荒れが起こること、処理設備が腐食すること等
の問題があり、現状では前述の高温熱処理が最適である
と考えられている。
る方法は、Ｈ2 またはＨＣｌ／Ｈ2混合ガス雰囲気中、
１１００℃付近の高温で基板の熱処理を行う方法であ
る。この他に、室温近傍で実施可能な方法として、希フ
ッ酸溶液を用いたウェット・エッチング、フッ化水素ガ
スと水蒸気との組合せ、Ａｒプラズマ処理が知られてい
るが、処理後直ちに酸化膜が再成長してしまうこと、基
板の表面荒れが起こること、処理設備が腐食すること等
の問題があり、現状では前述の高温熱処理が最適である
と考えられている。
【０００８】また、半導体工場に設置されているクリー
ンルーム内には、有機物が浮遊している。クリーンルー
ム内にたとえば１日間、珪素単結晶基板を放置すると、
その表面に有機物が飛来して付着し、珪素酸化膜の膜厚
に換算して０．１〜０．２ｎｍの付着有機物の膜が形成
されることが、本発明者らの実験により新たに判明して
いる。このような付着有機物も、典型的にはＨ2 または
Ｈ2 ／ＨＣｌ混合ガス雰囲気中における同様の高温熱処
理で除去することが可能である。この他に、室温近傍で
実施可能な方法として、オゾン（Ｏ3 ）処理、紫外線
（ＵＶ）照射処理、もしくはこれらの組合せも考えられ
るが、これらの方法では結局、基板表面に酸化膜が再成
長するため、好ましくない。
ンルーム内には、有機物が浮遊している。クリーンルー
ム内にたとえば１日間、珪素単結晶基板を放置すると、
その表面に有機物が飛来して付着し、珪素酸化膜の膜厚
に換算して０．１〜０．２ｎｍの付着有機物の膜が形成
されることが、本発明者らの実験により新たに判明して
いる。このような付着有機物も、典型的にはＨ2 または
Ｈ2 ／ＨＣｌ混合ガス雰囲気中における同様の高温熱処
理で除去することが可能である。この他に、室温近傍で
実施可能な方法として、オゾン（Ｏ3 ）処理、紫外線
（ＵＶ）照射処理、もしくはこれらの組合せも考えられ
るが、これらの方法では結局、基板表面に酸化膜が再成
長するため、好ましくない。
【０００９】これらの従来の前処理方法では、プロセス
温度を１０００℃以下に下げるといずれも十分な自然酸
化膜や付着有機物の除去を行うことが難しい。珪素単結
晶基板の表面に自然酸化膜などの表面膜が付着したまま
の状態で高温Ｈ2 ガスを用いた平滑化を試みると、該珪
素単結晶基板の表面に微小な穴が形成される問題が、ジ
ャーナル・オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ
(Journal of the Electrochemical Society)，第１４２
巻，ｐ．３０９２（１９９５年）に記載されている。こ
れは、Ｈ2 ガスが自然酸化膜等の酸化珪素（ＳｉＯｘ）
をエッチングする速度よりも、Ｈ2 ガスが珪素（Ｓｉ）
をエッチングする速度の方が遙かに大きいために、自然
酸化膜に存在するピンホールの内部、あるいは自然酸化
膜の膜厚が局部的に薄くなっている部分から下地の珪素
単結晶基板のエッチングが進行してしまうからである。
これでは、微視的な平滑化はおろか、巨視的な平滑化も
図ることができない。
温度を１０００℃以下に下げるといずれも十分な自然酸
化膜や付着有機物の除去を行うことが難しい。珪素単結
晶基板の表面に自然酸化膜などの表面膜が付着したまま
の状態で高温Ｈ2 ガスを用いた平滑化を試みると、該珪
素単結晶基板の表面に微小な穴が形成される問題が、ジ
ャーナル・オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ
(Journal of the Electrochemical Society)，第１４２
巻，ｐ．３０９２（１９９５年）に記載されている。こ
れは、Ｈ2 ガスが自然酸化膜等の酸化珪素（ＳｉＯｘ）
をエッチングする速度よりも、Ｈ2 ガスが珪素（Ｓｉ）
をエッチングする速度の方が遙かに大きいために、自然
酸化膜に存在するピンホールの内部、あるいは自然酸化
膜の膜厚が局部的に薄くなっている部分から下地の珪素
単結晶基板のエッチングが進行してしまうからである。
これでは、微視的な平滑化はおろか、巨視的な平滑化も
図ることができない。
【００１０】このように、従来の方法では、プロセス温
度を１０００℃未満に低温化しながら自然酸化膜や付着
有機物を十分に除去し、しかも珪素単結晶基板表面の微
視的な平滑化を図ることは極めて困難であり、このこと
がｐ型低抵抗基板を用いるエピタキシャルウェーハの製
造に限界を生ずる原因ともなっていた。そこで本発明
は、プロセス温度を下げても十分に珪素単結晶基板表面
の異物を除去することができ、その後の微視的な平滑化
を高精度に行うことが可能な珪素単結晶基板表面の平滑
化方法を提供することを目的とする。
度を１０００℃未満に低温化しながら自然酸化膜や付着
有機物を十分に除去し、しかも珪素単結晶基板表面の微
視的な平滑化を図ることは極めて困難であり、このこと
がｐ型低抵抗基板を用いるエピタキシャルウェーハの製
造に限界を生ずる原因ともなっていた。そこで本発明
は、プロセス温度を下げても十分に珪素単結晶基板表面
の異物を除去することができ、その後の微視的な平滑化
を高精度に行うことが可能な珪素単結晶基板表面の平滑
化方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の目
的を達成するために鋭意検討を行う過程で、珪素単結晶
基板の表面に着目し、表面の付着物を完全に除去して珪
素原子を露出させた後に適切な温度でＨ2 ガス中にて加
熱すれば表面を平滑化できることを見出し、本発明を提
案するに至ったものである。
的を達成するために鋭意検討を行う過程で、珪素単結晶
基板の表面に着目し、表面の付着物を完全に除去して珪
素原子を露出させた後に適切な温度でＨ2 ガス中にて加
熱すれば表面を平滑化できることを見出し、本発明を提
案するに至ったものである。
【００１２】すなわち、本発明の珪素単結晶基板表面の
平滑化方法では、まず第１工程において珪素単結晶基板
の表面に存在する自然酸化膜をＨＦガスとＨ2 ガスとの
混合ガス雰囲気中で除去し、次に第２工程においてこの
珪素単結晶基板の表面に存在する付着有機物をＨＣｌガ
スとＨ2 ガスとの混合ガス雰囲気中で除去する。ここ
で、上記第１工程における自然酸化膜の除去は、この膜
自身に収着されている水分を保持し得る第１の温度で行
い、また上記第２工程における付着有機物の除去は、上
記第１の温度よりも高く、しかも珪素単結晶基板の表面
粗さを維持し得る第２の温度で行う。このようにして表
面の付着物を完全に除去した珪素単結晶基板を、第３の
工程においてＨ2 ガス雰囲気中で加熱する。この第３工
程における加熱は、上記第２の温度よりも高い第３の温
度で行う。
平滑化方法では、まず第１工程において珪素単結晶基板
の表面に存在する自然酸化膜をＨＦガスとＨ2 ガスとの
混合ガス雰囲気中で除去し、次に第２工程においてこの
珪素単結晶基板の表面に存在する付着有機物をＨＣｌガ
スとＨ2 ガスとの混合ガス雰囲気中で除去する。ここ
で、上記第１工程における自然酸化膜の除去は、この膜
自身に収着されている水分を保持し得る第１の温度で行
い、また上記第２工程における付着有機物の除去は、上
記第１の温度よりも高く、しかも珪素単結晶基板の表面
粗さを維持し得る第２の温度で行う。このようにして表
面の付着物を完全に除去した珪素単結晶基板を、第３の
工程においてＨ2 ガス雰囲気中で加熱する。この第３工
程における加熱は、上記第２の温度よりも高い第３の温
度で行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明者らは、前処理プロセスの
低温化について鋭意検討を重ねる過程で、反応系内の水
分管理が極めて重要であることに着目した。従来の前処
理では、キャリアガスとしてＡｒやＮ2 が多く用いられ
ているが、これらのガスには微量の水分（Ｈ2 Ｏ）やＯ
2 が必ず含まれており、この水分は技術上の限界により
完全に除去することができない。このため、前処理雰囲
気は酸化的となり、酸化膜の再成長を完全には防止でき
ない原因となっている。
低温化について鋭意検討を重ねる過程で、反応系内の水
分管理が極めて重要であることに着目した。従来の前処
理では、キャリアガスとしてＡｒやＮ2 が多く用いられ
ているが、これらのガスには微量の水分（Ｈ2 Ｏ）やＯ
2 が必ず含まれており、この水分は技術上の限界により
完全に除去することができない。このため、前処理雰囲
気は酸化的となり、酸化膜の再成長を完全には防止でき
ない原因となっている。
【００１４】そして、キャリアガス中に含まれる微量の
水分は、自然酸化膜の除去にフッ化水素ガスを用いる前
処理において、この前処理を行う処理室の構成材料であ
る石英ガラス（酸化硅素＝ＳｉＯ2 ）を腐食させる原因
となる。ＨＦガスによるＳｉＯ2 のエッチング除去反応
は、次のような反応式で表される。 ＳｉＯ2 ＋４ＨＦ → ＳｉＦ4 ＋２Ｈ2 Ｏ [1] 実は、この反応のごく初期段階には、触媒量の水分が必
要とされる。言い換えれば、水分を含まない表面ではＳ
ｉＯ2 のエッチング反応は進まない。しかし、一旦反応
が進み始めればＨ2 Ｏが生成するので、以降は自己触媒
反応によりＳｉＯ2 のエッチングが進行する。
水分は、自然酸化膜の除去にフッ化水素ガスを用いる前
処理において、この前処理を行う処理室の構成材料であ
る石英ガラス（酸化硅素＝ＳｉＯ2 ）を腐食させる原因
となる。ＨＦガスによるＳｉＯ2 のエッチング除去反応
は、次のような反応式で表される。 ＳｉＯ2 ＋４ＨＦ → ＳｉＦ4 ＋２Ｈ2 Ｏ [1] 実は、この反応のごく初期段階には、触媒量の水分が必
要とされる。言い換えれば、水分を含まない表面ではＳ
ｉＯ2 のエッチング反応は進まない。しかし、一旦反応
が進み始めればＨ2 Ｏが生成するので、以降は自己触媒
反応によりＳｉＯ2 のエッチングが進行する。
【００１５】ここで、反応のごく初期に必要とされる触
媒量の水分の供給源について考える。珪素単結晶基板の
表面に形成される自然酸化膜にはその内部、あるいは表
面に必ず水分が存在するので、自身が収着している水分
が触媒となり得る。一方、処理室の構成材料である石英
ガラスは、何度も熱処理を施した後に使用されるため
に、吸着水分をほとんど持たない。つまり、従来プロセ
スにおいてしばしば処理室の腐食が生じていたのは、キ
ャリアガスに含まれる水分が触媒として働いたからであ
る。したがって、ＨＦガスを用いた場合に処理室を腐食
させずに自然酸化膜を良好に除去し、しかもその再成長
を抑制するには、雰囲気ガスから徹底的に水分を排除す
る一方で、自然酸化膜に本来収着されている水分は残す
ような条件を設定すれば良いことがわかる。
媒量の水分の供給源について考える。珪素単結晶基板の
表面に形成される自然酸化膜にはその内部、あるいは表
面に必ず水分が存在するので、自身が収着している水分
が触媒となり得る。一方、処理室の構成材料である石英
ガラスは、何度も熱処理を施した後に使用されるため
に、吸着水分をほとんど持たない。つまり、従来プロセ
スにおいてしばしば処理室の腐食が生じていたのは、キ
ャリアガスに含まれる水分が触媒として働いたからであ
る。したがって、ＨＦガスを用いた場合に処理室を腐食
させずに自然酸化膜を良好に除去し、しかもその再成長
を抑制するには、雰囲気ガスから徹底的に水分を排除す
る一方で、自然酸化膜に本来収着されている水分は残す
ような条件を設定すれば良いことがわかる。
【００１６】かかる考察にもとづき提案される本発明で
は、前処理のキャリアガスとしては前処理雰囲気を必ず
還元的にできるＨ2 ガスを一貫して用い、かつ工業的に
ほぼ完全に乾燥状態のものを得ることが可能なＨＦガス
を用い、さらに自然酸化膜に収着されている水分を保持
できる温度（第１の温度）で該自然酸化膜を除去する
（第１の工程）。上記第１の温度は、０℃以上１００℃
未満の範囲で設定することが好適であり、実用的には室
温で十分である。この温度範囲よりも低い場合には、自
然酸化膜が除去できなくなるか、あるいはエッチング反
応速度が低下してスループットが低下するおそれがあ
り、逆に高い場合には自然酸化膜に収着されている水分
が脱離してエッチング反応が進行しなくなる。
は、前処理のキャリアガスとしては前処理雰囲気を必ず
還元的にできるＨ2 ガスを一貫して用い、かつ工業的に
ほぼ完全に乾燥状態のものを得ることが可能なＨＦガス
を用い、さらに自然酸化膜に収着されている水分を保持
できる温度（第１の温度）で該自然酸化膜を除去する
（第１の工程）。上記第１の温度は、０℃以上１００℃
未満の範囲で設定することが好適であり、実用的には室
温で十分である。この温度範囲よりも低い場合には、自
然酸化膜が除去できなくなるか、あるいはエッチング反
応速度が低下してスループットが低下するおそれがあ
り、逆に高い場合には自然酸化膜に収着されている水分
が脱離してエッチング反応が進行しなくなる。
【００１７】なおＨＦガスの濃度はおおよそ０．５％以
上とすることが好適である。０．５％未満では自然酸化
膜の除去速度が著しく低下する。一方、１〜１００％に
おいて自然酸化膜の除去に要する時間には大差はない。
また、処理時間はおおよそ０．５〜５分の範囲とするこ
とが好適である。０．５分より短時間では自然酸化膜が
十分に除去されず、５分より長時間では効果にほとんど
差異が認められない上、スループットが低下する原因と
なる。実用上は３分程度で十分である。
上とすることが好適である。０．５％未満では自然酸化
膜の除去速度が著しく低下する。一方、１〜１００％に
おいて自然酸化膜の除去に要する時間には大差はない。
また、処理時間はおおよそ０．５〜５分の範囲とするこ
とが好適である。０．５分より短時間では自然酸化膜が
十分に除去されず、５分より長時間では効果にほとんど
差異が認められない上、スループットが低下する原因と
なる。実用上は３分程度で十分である。
【００１８】続く付着有機物の除去は、ＨＣｌガスを用
いて行う（第２工程）。このときの温度（第２の温度）
は上記第１の温度よりも高く、かつ珪素単結晶基板の表
面状態を維持し得る範囲で設定する。すなわち、付着有
機物は除去できるが、硅素単結晶そのものはエッチング
せず、初期の表面粗さを維持し得る温度とする。本発明
では、５００℃以上８００℃未満の範囲で設定すること
が好適である。５００℃未満では付着有機物を除去する
効果がなく、また８００℃を越える温度では珪素単結晶
基板の表面が腐触されて微小な凹凸が生ずることがあ
る。この微小な凹凸は、暗室内でウェーハ表面にハロゲ
ンハランプの強い可視光を照射した場合に、ヘイズ（白
濁）として観察されるものである。なお、ＨＣｌガスの
濃度はおおよそ０．１〜１０％とすることが好適であ
る。０．１％未満では付着有機物の除去効果が小さく、
１０％以上では珪素単結晶基板の表面に微小な凹凸が生
じることがある。また、処理時間はおおよそ１秒〜１０
分の範囲とすることが好適である。１秒より短時間では
付着有機物が十分に除去されず、１０分より長時間では
効果にほとんど差異が認められない上、スループットが
低下する原因となる。
いて行う（第２工程）。このときの温度（第２の温度）
は上記第１の温度よりも高く、かつ珪素単結晶基板の表
面状態を維持し得る範囲で設定する。すなわち、付着有
機物は除去できるが、硅素単結晶そのものはエッチング
せず、初期の表面粗さを維持し得る温度とする。本発明
では、５００℃以上８００℃未満の範囲で設定すること
が好適である。５００℃未満では付着有機物を除去する
効果がなく、また８００℃を越える温度では珪素単結晶
基板の表面が腐触されて微小な凹凸が生ずることがあ
る。この微小な凹凸は、暗室内でウェーハ表面にハロゲ
ンハランプの強い可視光を照射した場合に、ヘイズ（白
濁）として観察されるものである。なお、ＨＣｌガスの
濃度はおおよそ０．１〜１０％とすることが好適であ
る。０．１％未満では付着有機物の除去効果が小さく、
１０％以上では珪素単結晶基板の表面に微小な凹凸が生
じることがある。また、処理時間はおおよそ１秒〜１０
分の範囲とすることが好適である。１秒より短時間では
付着有機物が十分に除去されず、１０分より長時間では
効果にほとんど差異が認められない上、スループットが
低下する原因となる。
【００１９】なお、本発明では自然酸化膜を除去する第
１工程と、付着有機物を除去する第２工程の順序とを逆
にすることはできない。なぜなら、第２の工程を先に行
うと、第２の温度域における加熱により自然酸化膜に収
着されている水分が脱離し、ＨＦガスによる自然酸化膜
の除去が不可能となってしまうからである。
１工程と、付着有機物を除去する第２工程の順序とを逆
にすることはできない。なぜなら、第２の工程を先に行
うと、第２の温度域における加熱により自然酸化膜に収
着されている水分が脱離し、ＨＦガスによる自然酸化膜
の除去が不可能となってしまうからである。
【００２０】このようにして自然酸化膜と付着有機物と
がほぼ完全に除去された珪素単結晶基板の表面では、高
温Ｈ2 雰囲気下で次のような化学反応が進行する。 Ｓｉ＋２Ｈ2 → ＳｉＨ4 ↑ [2] Ｓｉ＋ Ｈ2 → ＳｉＨ2 ↑ [3] これらは珪素原子のエッチング過程を表している。反応
により生成したＳｉＨ 4 やＳｉＨ2 は、珪素単結晶基板
の表面から気化してＨ2 ガス雰囲気中に運ばれ、少なく
とも一部は系外へ排気される。一方、ＳｉＨ4 やＳｉＨ
2 は従来より珪素単結晶薄膜のエピタキシャル成長に原
料ガスとして用いられているシラン系化合物と同類の化
合物であるから、気相中では次式[4] ，[5] の反応も同
時に進行している。 ＳｉＨ4 → Ｓｉ↓ ＋ ２Ｈ2 [4] ＳｉＨ2 → Ｓｉ↓ ＋ Ｈ2 [5] これらは、珪素原子の堆積過程である。つまりこの系で
は、珪素単結晶基板のエッチングと珪素原子の堆積とい
う全く逆の過程が競合的に共存していることになる。
がほぼ完全に除去された珪素単結晶基板の表面では、高
温Ｈ2 雰囲気下で次のような化学反応が進行する。 Ｓｉ＋２Ｈ2 → ＳｉＨ4 ↑ [2] Ｓｉ＋ Ｈ2 → ＳｉＨ2 ↑ [3] これらは珪素原子のエッチング過程を表している。反応
により生成したＳｉＨ 4 やＳｉＨ2 は、珪素単結晶基板
の表面から気化してＨ2 ガス雰囲気中に運ばれ、少なく
とも一部は系外へ排気される。一方、ＳｉＨ4 やＳｉＨ
2 は従来より珪素単結晶薄膜のエピタキシャル成長に原
料ガスとして用いられているシラン系化合物と同類の化
合物であるから、気相中では次式[4] ，[5] の反応も同
時に進行している。 ＳｉＨ4 → Ｓｉ↓ ＋ ２Ｈ2 [4] ＳｉＨ2 → Ｓｉ↓ ＋ Ｈ2 [5] これらは、珪素原子の堆積過程である。つまりこの系で
は、珪素単結晶基板のエッチングと珪素原子の堆積とい
う全く逆の過程が競合的に共存していることになる。
【００２１】表面に微細な凹凸を有する珪素単結晶基板
の表面では、微視的に見ると、物質の蒸気圧は凸部の近
傍において凹部の近傍よりも高くなる。したがって、凸
部では珪素原子がＳｉＨ4 やＳｉＨ2 の形で運び去られ
る過程が優先し、凹部では珪素原子が堆積する過程が優
先することにより、珪素単結晶基板表面の平滑化が進行
するのである。珪素単結晶基板表面の平滑化を行うとき
の温度（第３の温度）は、８００℃以上１０００℃未満
の範囲で設定することが好適である。８００℃より低い
場合には、Ｈ2 が珪素単結晶基板と反応しないので平滑
化の効果が得られない。一方、１０００℃以上の場合に
は、平滑化は達成されるものの、温度を高くしてもある
程度以上の平滑度の改善はみられない。むしろ、高温化
により珪素単結晶基板内に予め存在していた酸素析出が
固溶・拡散し、基板が本来備えているゲッタリング性能
が低下したり、基板に含まれている不純物が気化して抵
抗率が上昇したり、あるいはスリップ転位欠陥の発生頻
度が増すなどの不都合が多くなる。
の表面では、微視的に見ると、物質の蒸気圧は凸部の近
傍において凹部の近傍よりも高くなる。したがって、凸
部では珪素原子がＳｉＨ4 やＳｉＨ2 の形で運び去られ
る過程が優先し、凹部では珪素原子が堆積する過程が優
先することにより、珪素単結晶基板表面の平滑化が進行
するのである。珪素単結晶基板表面の平滑化を行うとき
の温度（第３の温度）は、８００℃以上１０００℃未満
の範囲で設定することが好適である。８００℃より低い
場合には、Ｈ2 が珪素単結晶基板と反応しないので平滑
化の効果が得られない。一方、１０００℃以上の場合に
は、平滑化は達成されるものの、温度を高くしてもある
程度以上の平滑度の改善はみられない。むしろ、高温化
により珪素単結晶基板内に予め存在していた酸素析出が
固溶・拡散し、基板が本来備えているゲッタリング性能
が低下したり、基板に含まれている不純物が気化して抵
抗率が上昇したり、あるいはスリップ転位欠陥の発生頻
度が増すなどの不都合が多くなる。
【００２２】本発明は、いかなる導電型でいかなる不純
物濃度を有する珪素単結晶基板についても有効である
が、特に微視的な平坦度に劣るｐ型低抵抗基板に対して
は効果が大きい。ｐ型低抵抗基板はその機械的強度、低
抵抗率、ゲッタリング能力の優秀さゆえに工業的価値の
高いものであるが、その表面平滑度が改善されること
で、その価値を一層高めることができる。
物濃度を有する珪素単結晶基板についても有効である
が、特に微視的な平坦度に劣るｐ型低抵抗基板に対して
は効果が大きい。ｐ型低抵抗基板はその機械的強度、低
抵抗率、ゲッタリング能力の優秀さゆえに工業的価値の
高いものであるが、その表面平滑度が改善されること
で、その価値を一層高めることができる。
【００２３】ここで、本発明の珪素単結晶基板表面の平
滑化に使用する気相処理装置の構成例について、図１を
参照しながら説明する。この気相処理装置１０は、処理
室１の中にウェーハＷを収容する。図ではウェーハＷは
１枚収容されているが、複数枚であっても構わない。上
記処理室１の一端から導入されたガスＧは、ウェーハＷ
に接触後、該処理室１の他端から排気される。処理室１
内を流れる上記ガスＧは、Ｈ2 ガス単独、Ｈ2 ガスで希
釈されたＨＦガス、Ｈ2 ガスで希釈されたＨＣｌガスの
いずれかであり、各成分ガスはいずれもマスフローコン
トローラ３（ＭＦＣ）で精密に流量制御されながら処理
室１へ導入される。なお、ＨＦは常温で液体であるが、
蒸気圧が大きく容易に気化するため、気化成分をＨ2 ガ
スと混合して処理室１へ供給する。
滑化に使用する気相処理装置の構成例について、図１を
参照しながら説明する。この気相処理装置１０は、処理
室１の中にウェーハＷを収容する。図ではウェーハＷは
１枚収容されているが、複数枚であっても構わない。上
記処理室１の一端から導入されたガスＧは、ウェーハＷ
に接触後、該処理室１の他端から排気される。処理室１
内を流れる上記ガスＧは、Ｈ2 ガス単独、Ｈ2 ガスで希
釈されたＨＦガス、Ｈ2 ガスで希釈されたＨＣｌガスの
いずれかであり、各成分ガスはいずれもマスフローコン
トローラ３（ＭＦＣ）で精密に流量制御されながら処理
室１へ導入される。なお、ＨＦは常温で液体であるが、
蒸気圧が大きく容易に気化するため、気化成分をＨ2 ガ
スと混合して処理室１へ供給する。
【００２４】処理室１の外側には、その一方の主面に沿
って赤外線ランプ２が配されており、通電量に応じてウ
ェーハＷの加熱温度を制御するようになされている。ま
た、処理室１の他方の主面側には放射温度計４が配され
ており、プロセス中のウェーハ温度をモニタ可能となさ
れている。
って赤外線ランプ２が配されており、通電量に応じてウ
ェーハＷの加熱温度を制御するようになされている。ま
た、処理室１の他方の主面側には放射温度計４が配され
ており、プロセス中のウェーハ温度をモニタ可能となさ
れている。
【００２５】なお、本発明では上述のようにキャリア・
ガスとしては一貫してＨ2 ガスを用いているので、上述
の気相処理装置１０に珪素化合物ガスやドーパント・ガ
スの供給系統を追加すれば、この装置で平滑化と珪素単
結晶薄膜のエピタキシャル成長とを連続して行うことも
可能である。このような構成によれば、エピタキシャル
成長の直前に平滑化を行うことができ、しかも平滑化と
エピタキシャル成長との工程間でウェーハＷを他所へ搬
送する必要がないため、有機物の再付着や自然酸化膜の
再成長をほぼ完全に抑えることが可能となる。したがっ
て、良質なエピタキシャルウェーハを製造することが可
能となる。上記の珪素化合物ガスとしてはＳｉＣｌ4 ，
ＳｉＨＣｌ3 ，ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ，ＳｉＨ4 を、またドー
パント・ガスとしてはＢ2 Ｈ6 やＰＨ3 を使用すること
ができる。
ガスとしては一貫してＨ2 ガスを用いているので、上述
の気相処理装置１０に珪素化合物ガスやドーパント・ガ
スの供給系統を追加すれば、この装置で平滑化と珪素単
結晶薄膜のエピタキシャル成長とを連続して行うことも
可能である。このような構成によれば、エピタキシャル
成長の直前に平滑化を行うことができ、しかも平滑化と
エピタキシャル成長との工程間でウェーハＷを他所へ搬
送する必要がないため、有機物の再付着や自然酸化膜の
再成長をほぼ完全に抑えることが可能となる。したがっ
て、良質なエピタキシャルウェーハを製造することが可
能となる。上記の珪素化合物ガスとしてはＳｉＣｌ4 ，
ＳｉＨＣｌ3 ，ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ，ＳｉＨ4 を、またドー
パント・ガスとしてはＢ2 Ｈ6 やＰＨ3 を使用すること
ができる。
【００２６】
【実施例】本発明のさらに具体的な実施例を以下に説明
する。ここでは、前掲の図１に示した気相処理装置１０
を用いて、ホウ素を高濃度に含むｐ型低抵抗基板の表面
における自然酸化膜の除去、付着有機物の除去、および
表面の平滑化を順次行ったプロセス例について説明す
る。なお、プロセス途中で行った原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）による平均二乗表面粗さＲｍｓの測定結果を図２に
示す。また、プロセス途中で行ったヘイズ測定装置（日
立電子エンジニアリング社製，型名ＬＳ−６０３０）に
よるウェーハ全面の平均ヘイズ強度の測定結果を図３に
示す。なお、ヘイズ平均値の単位は相対値である。
する。ここでは、前掲の図１に示した気相処理装置１０
を用いて、ホウ素を高濃度に含むｐ型低抵抗基板の表面
における自然酸化膜の除去、付着有機物の除去、および
表面の平滑化を順次行ったプロセス例について説明す
る。なお、プロセス途中で行った原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）による平均二乗表面粗さＲｍｓの測定結果を図２に
示す。また、プロセス途中で行ったヘイズ測定装置（日
立電子エンジニアリング社製，型名ＬＳ−６０３０）に
よるウェーハ全面の平均ヘイズ強度の測定結果を図３に
示す。なお、ヘイズ平均値の単位は相対値である。
【００２７】サンプルとして用いたウェーハＷは、主表
面が（１００）面、オフアングル２０′±８′、直径２
００ｍｍのｐ型低抵抗珪素単結晶からなり、抵抗率は
０．０２Ω・ｃｍ、Ｂ濃度は５×１０18／ｃｍ3 であ
る。このウェーハＷは清浄空気中に１日間放置されてお
り、その表面には厚さ１．１ｎｍの自然酸化膜と厚さ
０．２ｎｍの有機物薄膜が付着していることが、エリプ
ソメトリーとＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により予め確
認されている。これら自然酸化膜と有機物薄膜が付着し
た状態で、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて１μｍ四
方の範囲でこのウェーハＷの平均二乗表面粗さＲｍｓを
測定したところ、図２の「未処理」のプロットで示され
るごとく、ウェーハ中心部で０．１８５ｎｍ、半径の１
／２付近で０．１７５ｎｍであった。また、ヘイズ測定
装置の光電子増倍管の閾値電圧を７００Ｖとしてウェー
ハ全面を走査した結果、図３に示されるように、「未処
理」のウェーハの平均ヘイズ強度は１２ビットであっ
た。
面が（１００）面、オフアングル２０′±８′、直径２
００ｍｍのｐ型低抵抗珪素単結晶からなり、抵抗率は
０．０２Ω・ｃｍ、Ｂ濃度は５×１０18／ｃｍ3 であ
る。このウェーハＷは清浄空気中に１日間放置されてお
り、その表面には厚さ１．１ｎｍの自然酸化膜と厚さ
０．２ｎｍの有機物薄膜が付着していることが、エリプ
ソメトリーとＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）により予め確
認されている。これら自然酸化膜と有機物薄膜が付着し
た状態で、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて１μｍ四
方の範囲でこのウェーハＷの平均二乗表面粗さＲｍｓを
測定したところ、図２の「未処理」のプロットで示され
るごとく、ウェーハ中心部で０．１８５ｎｍ、半径の１
／２付近で０．１７５ｎｍであった。また、ヘイズ測定
装置の光電子増倍管の閾値電圧を７００Ｖとしてウェー
ハ全面を走査した結果、図３に示されるように、「未処
理」のウェーハの平均ヘイズ強度は１２ビットであっ
た。
【００２８】このウェーハＷを、２３℃，１気圧に維持
された処理室１内に載置し、Ｈ2 ガスで希釈された１％
ＨＦ混合ガスを流量１００リットル／分にて３分間供給
した（第１工程）。ガス供給開始後０．５分で自然酸化
膜はほぼ除去されたが、３分後にはこの除去が確実に完
了することを、ＸＰＳで確認した。この段階でウェーハ
Ｗの平均二乗表面粗さＲｍｓを測定したところ、図２の
「１％ＨＦ，２３℃，３分」のプロットで示されるごと
く、ウェーハ中心部で０．１８５ｎ示されるように、ウ
ェーハ中心部で０．１８ｎｍ、半径の１／２付近で０．
１９ｎｍであった。また、平均ヘイズ強度は、図３の
「１％ＨＦ，２３℃，１分」で表されるごとく、１０ビ
ットであった。なお、この間、処理室１の壁面のうち石
英ガラスから構成される部分には、何ら腐食は生じてい
なかった。これは、供給されるＨ2 ガスやＨＦガスから
いずれも水分がほぼ完全に除去されており、石英ガラス
の表面では前出の反応式で示したようなＳｉＯ2 のエッ
チング反応が進行しなかったからである。
された処理室１内に載置し、Ｈ2 ガスで希釈された１％
ＨＦ混合ガスを流量１００リットル／分にて３分間供給
した（第１工程）。ガス供給開始後０．５分で自然酸化
膜はほぼ除去されたが、３分後にはこの除去が確実に完
了することを、ＸＰＳで確認した。この段階でウェーハ
Ｗの平均二乗表面粗さＲｍｓを測定したところ、図２の
「１％ＨＦ，２３℃，３分」のプロットで示されるごと
く、ウェーハ中心部で０．１８５ｎ示されるように、ウ
ェーハ中心部で０．１８ｎｍ、半径の１／２付近で０．
１９ｎｍであった。また、平均ヘイズ強度は、図３の
「１％ＨＦ，２３℃，１分」で表されるごとく、１０ビ
ットであった。なお、この間、処理室１の壁面のうち石
英ガラスから構成される部分には、何ら腐食は生じてい
なかった。これは、供給されるＨ2 ガスやＨＦガスから
いずれも水分がほぼ完全に除去されており、石英ガラス
の表面では前出の反応式で示したようなＳｉＯ2 のエッ
チング反応が進行しなかったからである。
【００２９】次に、ＨＦガスの供給を停止し、Ｈ2 ガス
のみ流し続けた状態で赤外線ランプ２に通電してウェー
ハＷを７００℃に昇温し、温度が安定化したところで、
処理室１の一端からＨ2 ガスで希釈された１％ＨＣｌ混
合ガスを流量１００リットル／分にて１分間供給した
（第２工程）。なお、ウェーハＷの温度は放射温度計４
を用いてモニタした。別途行なわれた実験において、こ
の段階でウェーハＷを気相処理容器１０より取り出して
ＸＰＳにより表面観察を行なったところ、有機物に起因
する炭素、酸素などは検出されず、珪素原子以外の信号
は検出されなかった。したがって、本実施例のこの段階
でも、付着物の全く無いウェーハＷの表面が実現され
る。この段階でウェーハＷの平均二乗表面粗さＲｍｓを
測定したところ、ウェーハ中心部で０．１９ｎｍ、半径
の１／２付近で０．２０ｎｍであった。すなわち、前処
理が終了する段階まではウェーハ表面の表面粗さはほと
んど変化しないことがわかった。また、平均ヘイズ強度
は、図３の「１％ＨＣｌ，７００℃，１分」で表される
ごとく、１３ビットであった。
のみ流し続けた状態で赤外線ランプ２に通電してウェー
ハＷを７００℃に昇温し、温度が安定化したところで、
処理室１の一端からＨ2 ガスで希釈された１％ＨＣｌ混
合ガスを流量１００リットル／分にて１分間供給した
（第２工程）。なお、ウェーハＷの温度は放射温度計４
を用いてモニタした。別途行なわれた実験において、こ
の段階でウェーハＷを気相処理容器１０より取り出して
ＸＰＳにより表面観察を行なったところ、有機物に起因
する炭素、酸素などは検出されず、珪素原子以外の信号
は検出されなかった。したがって、本実施例のこの段階
でも、付着物の全く無いウェーハＷの表面が実現され
る。この段階でウェーハＷの平均二乗表面粗さＲｍｓを
測定したところ、ウェーハ中心部で０．１９ｎｍ、半径
の１／２付近で０．２０ｎｍであった。すなわち、前処
理が終了する段階まではウェーハ表面の表面粗さはほと
んど変化しないことがわかった。また、平均ヘイズ強度
は、図３の「１％ＨＣｌ，７００℃，１分」で表される
ごとく、１３ビットであった。
【００３０】次に、ＨＣｌガスの供給を停止し、Ｈ2 ガ
スのみ流し続けた状態で上記赤外線ランプ２の通電量を
調整し、ウェーハＷの温度を９５０℃に昇温し、温度が
安定化したところで１０分間保持した（第３工程）。ウ
ェーハ１の温度は放射温度計２を用いてモニタした。こ
の後、赤外線ランプ２の通電を遮断し、ウェーハＷの温
度を室温まで下げた後、処理室１の外に取り出した。こ
の段階でウェーハＷの平均二乗表面粗さＲｍｓを測定し
たところ、ウェーハ中心部で０．０８ｎｍ、半径の１／
２付近で０．０９ｎｍであった。つまり、本発明により
ウェーハＷの表面粗さは、通常のウェーハの製造プロセ
スにおいてＣＭＰにより達成される鏡面の表面粗さの半
分近く減少したことになる。上記の表面粗さは、抵抗率
１０Ω・ｃｍ程度のｐ型高抵抗基板のそれと同等であ
る。つまり本発明では、従来は実現できなかった低抵抗
率と低表面粗さとの両立を図ることができた。
スのみ流し続けた状態で上記赤外線ランプ２の通電量を
調整し、ウェーハＷの温度を９５０℃に昇温し、温度が
安定化したところで１０分間保持した（第３工程）。ウ
ェーハ１の温度は放射温度計２を用いてモニタした。こ
の後、赤外線ランプ２の通電を遮断し、ウェーハＷの温
度を室温まで下げた後、処理室１の外に取り出した。こ
の段階でウェーハＷの平均二乗表面粗さＲｍｓを測定し
たところ、ウェーハ中心部で０．０８ｎｍ、半径の１／
２付近で０．０９ｎｍであった。つまり、本発明により
ウェーハＷの表面粗さは、通常のウェーハの製造プロセ
スにおいてＣＭＰにより達成される鏡面の表面粗さの半
分近く減少したことになる。上記の表面粗さは、抵抗率
１０Ω・ｃｍ程度のｐ型高抵抗基板のそれと同等であ
る。つまり本発明では、従来は実現できなかった低抵抗
率と低表面粗さとの両立を図ることができた。
【００３１】なお、別の実験により第３工程におけるＨ
2 雰囲気中における加熱時間について検討したところ、
加熱開始１分後でＡＦＭにて検出可能な平均二乗表面粗
さＲｍｓの変化が現れ始めることがわかり、１０分後か
ら６０分後にかけてはＲｍｓが徐々に減少した。しか
し、その後はＲｍｓの変化の割合は小さくなり、１２０
分間以上加熱を行っても、ほとんど変化が認められなく
なった。一方、平均ヘイズ強度は、図３の「Ｈ2 ，９５
０℃，１０分」で表されるごとく、１３ビットであっ
た。つまり、本実施例における平均ヘイズ強度は、プロ
セス全般を通じて大きく変動しなかったと言える。
2 雰囲気中における加熱時間について検討したところ、
加熱開始１分後でＡＦＭにて検出可能な平均二乗表面粗
さＲｍｓの変化が現れ始めることがわかり、１０分後か
ら６０分後にかけてはＲｍｓが徐々に減少した。しか
し、その後はＲｍｓの変化の割合は小さくなり、１２０
分間以上加熱を行っても、ほとんど変化が認められなく
なった。一方、平均ヘイズ強度は、図３の「Ｈ2 ，９５
０℃，１０分」で表されるごとく、１３ビットであっ
た。つまり、本実施例における平均ヘイズ強度は、プロ
セス全般を通じて大きく変動しなかったと言える。
【００３２】平均ヘイズ強度の上述のような結果は、プ
ロセス終了時の平均二乗表面粗さＲｍｓが未処理時より
も半減した事実と一見符合していないが、これは両方法
で検出可能な粗さのオーダーがその測定原理に由来して
本質的に異なっているからである。すなわち、ＡＦＭで
はプローブ接触により直接的に検知した表面凹凸の情報
を電気信号に変換するので、ウェーハ上の極小面積内で
ｎｍのオーダー以下の微視的な表面凹凸を検出すること
ができる。これに対し、可視光（上記の例では波長λ＝
４８８ｎｍ）の乱反射を利用するヘイズ測定では、照射
光の波長より細かい凹凸は検出することができない代わ
りに、ウェーハの全体にわたる巨視的な表面の高低差を
捉えることができる。したがって、これらの方法を併用
することにより、本実施例ではウェーハ表面の巨視的な
高低差には影響を与えずに、微視的な表面凹凸を解消で
きたことがわかるのである。
ロセス終了時の平均二乗表面粗さＲｍｓが未処理時より
も半減した事実と一見符合していないが、これは両方法
で検出可能な粗さのオーダーがその測定原理に由来して
本質的に異なっているからである。すなわち、ＡＦＭで
はプローブ接触により直接的に検知した表面凹凸の情報
を電気信号に変換するので、ウェーハ上の極小面積内で
ｎｍのオーダー以下の微視的な表面凹凸を検出すること
ができる。これに対し、可視光（上記の例では波長λ＝
４８８ｎｍ）の乱反射を利用するヘイズ測定では、照射
光の波長より細かい凹凸は検出することができない代わ
りに、ウェーハの全体にわたる巨視的な表面の高低差を
捉えることができる。したがって、これらの方法を併用
することにより、本実施例ではウェーハ表面の巨視的な
高低差には影響を与えずに、微視的な表面凹凸を解消で
きたことがわかるのである。
【００３３】以上、本発明の具体的な実施例について述
べたが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものでは
ない。たとえば、上記の実施例では珪素単結晶基板がｐ
型低抵抗基板である場合について述べたが、他のいかな
る導電型あるいは抵抗率を有する珪素単結晶基板であっ
ても、凹凸の減少効果が得られることは原理的に明らか
である。この他、使用するサンプル・ウェーハの種類、
前処理条件、使用する気相成長装置の細部については、
適宜変更、選択、組合せが可能である。
べたが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものでは
ない。たとえば、上記の実施例では珪素単結晶基板がｐ
型低抵抗基板である場合について述べたが、他のいかな
る導電型あるいは抵抗率を有する珪素単結晶基板であっ
ても、凹凸の減少効果が得られることは原理的に明らか
である。この他、使用するサンプル・ウェーハの種類、
前処理条件、使用する気相成長装置の細部については、
適宜変更、選択、組合せが可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば珪素単結晶基板表面の凹凸を減少させ、極め
て高い平滑度を達成することができる。本発明を特にｐ
型低抵抗基板の平滑化に適用した場合には、添加されて
いるＢ原子の気化を抑えながらｐ型高抵抗基板と同等に
優れた平滑度を達成することができ、従来では相反する
要件であった低抵抗率と良好な平滑度とを両立させるこ
とが可能となる。本発明で達成される平滑度は、通常の
ＣＭＰ等の平滑化手法により達成される鏡面の平滑度よ
りもさらに優れているため、厚さ数ｎｍのオーダーの薄
膜の成膜が必要とされるような今後の微細な電子デバイ
スの作製、あるいはエピタキシャル成長用基板として極
めて利用価値の高い珪素単結晶基板を提供することが可
能となる。
明によれば珪素単結晶基板表面の凹凸を減少させ、極め
て高い平滑度を達成することができる。本発明を特にｐ
型低抵抗基板の平滑化に適用した場合には、添加されて
いるＢ原子の気化を抑えながらｐ型高抵抗基板と同等に
優れた平滑度を達成することができ、従来では相反する
要件であった低抵抗率と良好な平滑度とを両立させるこ
とが可能となる。本発明で達成される平滑度は、通常の
ＣＭＰ等の平滑化手法により達成される鏡面の平滑度よ
りもさらに優れているため、厚さ数ｎｍのオーダーの薄
膜の成膜が必要とされるような今後の微細な電子デバイ
スの作製、あるいはエピタキシャル成長用基板として極
めて利用価値の高い珪素単結晶基板を提供することが可
能となる。
【図１】本発明で使用する気相処理装置の構成例を示す
模式図である。
模式図である。
【図２】本発明の処理に伴うウェーハの表面粗さの変化
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図３】本発明の処理に伴うウェーハの平均ヘイズ強度
の変化を示すグラフである。
の変化を示すグラフである。
１ 処理室 ２ 赤外線ランプ ３ マスフローコントローラ ４ 放射温度計 １０ 気相処理装置 Ｗ ウェーハ Ｇ ガス
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−217968（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−86240（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/306 H01L 21/205 H01L 21/304 641
Claims (3)
- 【請求項１】 珪素単結晶基板の表面に存在する自然酸
化膜を、該自然酸化膜に収着されている水分を保持し得
る第１の温度にて、フッ化水素ガスと水素ガスとの混合
ガス雰囲気中で除去する第１工程と、 前記珪素単結晶基板の表面に存在する付着有機物を、前
記第１の温度よりも高くかつ該珪素単結晶基板の表面粗
さを維持し得る第２の温度にて、塩化水素ガスと水素ガ
スとの混合ガス雰囲気中で除去する第２工程と、 前記珪素単結晶基板を前記第２の温度よりも高い第３の
温度にて、水素ガス雰囲気中で加熱する第３工程とを有
することを特徴とする珪素単結晶基板表面の平滑化方
法。 - 【請求項２】 前記第１の温度を０℃以上１００℃未満
の範囲、前記第２の温度を５００℃以上８００℃未満の
範囲、前記第３の温度を８００℃以上１０００℃未満の
範囲でそれぞれ設定することを特徴とする請求項１記載
の珪素単結晶基板表面の平滑化方法。 - 【請求項３】 前記珪素単結晶基板は、不純物濃度が１
０18／ｃｍ3 のオーダー以上のｐ型低抵抗基板であるこ
とを特徴とする請求項１記載の珪素単結晶基板表面の平
滑化方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP20971497A JP3292101B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 珪素単結晶基板表面の平滑化方法 |
| US09/105,155 US6008128A (en) | 1997-07-18 | 1998-06-26 | Method for smoothing surface of silicon single crystal substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20971497A JP3292101B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 珪素単結晶基板表面の平滑化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140540A JPH1140540A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3292101B2 true JP3292101B2 (ja) | 2002-06-17 |
Family
ID=16577437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20971497A Expired - Fee Related JP3292101B2 (ja) | 1997-07-18 | 1997-07-18 | 珪素単結晶基板表面の平滑化方法 |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US6008128A (ja) |
| JP (1) | JP3292101B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015504479A (ja) * | 2011-11-08 | 2015-02-12 | トーソー エスエムディー，インク． | 特別な表面処理及び優れた粒子性能を有するシリコンスパッターターゲット及びその製造方法 |
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| US20070122997A1 (en) | 1998-02-19 | 2007-05-31 | Silicon Genesis Corporation | Controlled process and resulting device |
| JP3319397B2 (ja) * | 1998-07-07 | 2002-08-26 | 信越半導体株式会社 | 半導体製造装置およびこれを用いたエピタキシャルウェーハの製造方法 |
| JP3478141B2 (ja) | 1998-09-14 | 2003-12-15 | 信越半導体株式会社 | シリコンウエーハの熱処理方法及びシリコンウエーハ |
| JP3601340B2 (ja) * | 1999-02-01 | 2004-12-15 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルシリコンウエーハおよびその製造方法並びにエピタキシャルシリコンウエーハ用基板 |
| US6881644B2 (en) * | 1999-04-21 | 2005-04-19 | Silicon Genesis Corporation | Smoothing method for cleaved films made using a release layer |
| US6204151B1 (en) | 1999-04-21 | 2001-03-20 | Silicon Genesis Corporation | Smoothing method for cleaved films made using thermal treatment |
| US6171965B1 (en) | 1999-04-21 | 2001-01-09 | Silicon Genesis Corporation | Treatment method of cleaved film for the manufacture of substrates |
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| US6670242B1 (en) | 1999-06-24 | 2003-12-30 | Agere Systems Inc. | Method for making an integrated circuit device including a graded, grown, high quality gate oxide layer and a nitride layer |
| US6551946B1 (en) | 1999-06-24 | 2003-04-22 | Agere Systems Inc. | Two-step oxidation process for oxidizing a silicon substrate wherein the first step is carried out at a temperature below the viscoelastic temperature of silicon dioxide and the second step is carried out at a temperature above the viscoelastic temperature |
| US6509230B1 (en) | 1999-06-24 | 2003-01-21 | Lucent Technologies Inc. | Non-volatile memory semiconductor device including a graded, grown, high quality oxide layer and associated methods |
| US6395610B1 (en) | 1999-06-24 | 2002-05-28 | Lucent Technologies Inc. | Method of making bipolar transistor semiconductor device including graded, grown, high quality oxide layer |
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| US10373850B2 (en) | 2015-03-11 | 2019-08-06 | Asm Ip Holding B.V. | Pre-clean chamber and process with substrate tray for changing substrate temperature |
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-
1997
- 1997-07-18 JP JP20971497A patent/JP3292101B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1998
- 1998-06-26 US US09/105,155 patent/US6008128A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| JPH1140540A (ja) | 1999-02-12 |
| US6008128A (en) | 1999-12-28 |
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