JP3317247B2 - Crystal growth apparatus and semiconductor element manufacturing method - Google Patents

Crystal growth apparatus and semiconductor element manufacturing method

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JP3317247B2
JP3317247B2 JP25987898A JP25987898A JP3317247B2 JP 3317247 B2 JP3317247 B2 JP 3317247B2 JP 25987898 A JP25987898 A JP 25987898A JP 25987898 A JP25987898 A JP 25987898A JP 3317247 B2 JP3317247 B2 JP 3317247B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶成長を用いる
半導体装置の製造工程およびその製造装置に関するもの
である。
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing process using crystal growth and an apparatus for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ヘテロバイポーラトランジスタ等
の高性能半導体デバイスの作成方法として、基板等の結
晶に対し、結晶工学的に連続に結晶を成長させる、エピ
タキシャル成長技術が注目されている。固体ソースを用
いるMBE法の場合でも、気体ソースを用いるUHV−
CVD法の場合でも、共にエピタキシャル成長を開始す
る時点で、結晶表面に酸化膜が存在した場合、この不純
物が結晶欠陥や電気的特性劣化の原因となる。したがっ
て、結晶成長開始時には結晶表面から酸化膜を除去して
おかなければならない。
2. Description of the Related Art In recent years, as a method for producing a high-performance semiconductor device such as a hetero-bipolar transistor, an epitaxial growth technique of continuously growing crystals on a crystal of a substrate or the like by crystal engineering has attracted attention. Even in the case of the MBE method using a solid source, the UHV-
Even in the case of the CVD method, when an oxide film is present on the crystal surface at the time when epitaxial growth is started, these impurities cause crystal defects and deterioration of electrical characteristics. Therefore, at the start of crystal growth, the oxide film must be removed from the crystal surface.

【0003】しかし、Si基板表面は化学的に非常に活
性が高く、容易に大気中の酸素と反応し、いわゆる自然
酸化膜を形成する。この自然酸化膜が存在している状態
では、基板上に良好な結晶を成長させることが出来な
い。そこで、結晶成長装置内での加熱か、塩酸ガスによ
るエッチングにより、結晶成長前に酸化膜を除去するこ
とが行われている。
However, the surface of the Si substrate is chemically very active and easily reacts with oxygen in the atmosphere to form a so-called natural oxide film. In the state where the natural oxide film exists, it is impossible to grow a good crystal on the substrate. Therefore, an oxide film is removed before crystal growth by heating in a crystal growth apparatus or etching with hydrochloric acid gas.

【0004】しかし、単純なSi基板上に結晶成長を行
う場合には問題にならなかったこれらの清浄化方法であ
るが、より高度なデバイスを作製する際に用いられる、
既に構造が作り込まれている基板に対し結晶成長を行う
場合には、エッチング処理がその構造を壊すため用いる
ことが出来ない。また加熱処理の場合においても、不純
物拡散の抑制等の観点から、加熱の低温短時間化が強く
要望されている。
[0004] However, these cleaning methods, which have not been a problem when crystal growth is performed on a simple Si substrate, are used when fabricating a more advanced device.
When crystal growth is performed on a substrate on which a structure has already been formed, the etching process cannot be used because the structure is destroyed. Also in the case of heat treatment, there is a strong demand for shortening the heating time to a low temperature from the viewpoint of suppressing impurity diffusion.

【0005】酸化膜除去処理の低温短時間化方法の一つ
が、薬液処理により故意に形成した酸化膜を用いる保護
酸化膜法である。
[0005] One method of reducing the temperature of the oxide film at a low temperature for a short time is a protective oxide film method using an oxide film intentionally formed by a chemical solution treatment.

【0006】Si基板をアンモニア過酸化水素等の薬液
で処理した際に表面に形成されるケミカルオキサイド
は、自然酸化膜よりも結晶成長装置内で低温短時間に除
去することが可能である。また、このケミカル酸化膜
は、自然酸化膜よりもやや厚くSi表面を被覆してお
り、Si結晶と炭素等の他の不純物が直接反応すること
を抑制する。また、酸化膜上に付着した不純物は、酸化
膜ごと容易に除去することができる。したがって、結晶
成長装置内でケミカルオキサイドを除去すれば、容易に
酸化膜の無い清浄表面を得ることができる。
The chemical oxide formed on the surface when a Si substrate is treated with a chemical such as ammonia hydrogen peroxide can be removed at a lower temperature and a shorter time in a crystal growth apparatus than a natural oxide film. Further, the chemical oxide film covers the Si surface slightly thicker than the natural oxide film, and suppresses the direct reaction between the Si crystal and other impurities such as carbon. Further, impurities attached to the oxide film can be easily removed together with the oxide film. Therefore, if the chemical oxide is removed in the crystal growth apparatus, a clean surface without an oxide film can be easily obtained.

【0007】なお、保護酸化膜法の詳細については、I
shizakaおよびShirakiの1986年にJ
ournal of Electrochemical
Society 誌666頁に掲載された論文や、T
atsumiらの1985年のJapanese Jo
urnal of Applied PhysicsV
ol.24, No.4のL227に掲載された論文に
記載されている。
For details of the protective oxide film method, see I.
Shizaka and Shiraki in 1986
own of Electrochemical
A paper published in Society page 666,
atsumi et al., 1985 Japanese Jo
urnal of Applied PhysicsV
ol. 24, no. 4 L227.

【0008】保護酸化膜法はその原理上、結晶成長装置
内において、必ず酸化膜を除去しなければならない。ケ
ミカルオキサイドといえども、除去するためには加熱処
理が必要であり、その除去が不十分な場合、結晶欠陥が
発生することは自然酸化膜と同様である。
In principle, the protective oxide film method must remove the oxide film in the crystal growth apparatus. Even for chemical oxides, heat treatment is required to remove them, and if the removal is insufficient, crystal defects are generated as in the case of a natural oxide film.

【0009】先のIshizakaおよびShirak
iらの論文の場合、真空中710℃40分間の加熱によ
り酸化膜を除去している。
The above-mentioned Ishizaka and Shirak
In the case of i et al., the oxide film is removed by heating at 710 ° C. for 40 minutes in a vacuum.

【0010】自然酸化膜の場合でも、保護酸化膜法で用
いるケミカルオキサイドの場合でも、真空容器内で加熱
処理を行う必要があり、かつ、その処理温度(700℃
〜1200℃)は一般的に結晶成長に用いられる温度
(450℃〜600℃)に比べ高い。デバイス作成上の
観点からは、その加熱時間を出来る限り短時間化するこ
とが要望されている。
In both the case of a natural oxide film and the case of a chemical oxide used in the protective oxide film method, it is necessary to perform a heat treatment in a vacuum vessel and at a treatment temperature (700 ° C.).
To 1200 ° C.) is higher than the temperature generally used for crystal growth (450 ° C. to 600 ° C.). From the viewpoint of device fabrication, it is desired that the heating time be as short as possible.

【0011】酸化膜除去のための加熱を必要最小限に留
めるには、酸化膜が除去されたことを検出する装置を用
い、酸化膜除去完了後直ちに基板温度を低下させ、不必
要な長時間加熱加熱を避けることが有効である。図2に
示すように、IshizakaおよびShirakiら
は、オージェ電子分光法(以下AES)をもちいて酸化
膜厚の変化を観察している。しかしながら、AESは評
価サンプルに電子線を照射し、放出される二次電子のエ
ネルギーを測定する方法であるために、基本的に真空中
でしか用いることができない。また、同一の真空容器で
測定を行っているとはいえ、15分ごとの測定結果しか
示しておらず、完全に動的に観察した結果出るとはいえ
ない。
In order to minimize the heating for removing the oxide film, a device for detecting the removal of the oxide film is used. It is effective to avoid heating. As shown in FIG. 2, Ishizaka and Shiraki et al. Observe changes in oxide film thickness using Auger electron spectroscopy (hereinafter AES). However, since AES is a method of irradiating an evaluation sample with an electron beam and measuring the energy of secondary electrons emitted, it can be basically used only in a vacuum. In addition, although the measurement is performed in the same vacuum vessel, only the measurement results every 15 minutes are shown, and it cannot be said that the results are completely dynamic observations.

【0012】(エリプソメトリ)これに対し、サンプル
に偏光した光を照射し、反射光の偏光状態を測定するエ
リプソメトリは、測定に光のみを使用するために、原理
上CVD等のガス雰囲気プロセス下においても使用する
ことができる観察方法である。
(Ellipsometry) On the other hand, ellipsometry, which irradiates a sample with polarized light and measures the polarization state of reflected light, uses a gas atmosphere process such as CVD in principle because only light is used for measurement. This is an observation method that can also be used below.

【0013】エリプソメトリで測定する2種の観測量
(Ψ,Δ)は、サンプルの基板の種類、サンプルの温
度、基板上の薄膜の組成、膜厚、ラフネス等の変化に敏
感に反応し、酸化膜の除去過程を検出可能である。
The two types of observations (Ψ, Δ) measured by ellipsometry are sensitive to changes in the type of the sample substrate, the temperature of the sample, the composition of the thin film on the substrate, the thickness, the roughness, etc. The process of removing the oxide film can be detected.

【0014】このエリプソメトリを用い、Si酸化膜の
除去過程を観察した例は、Pickeringらにより
1995年のJournal of vacuum s
cience and technology 誌A1
3号740頁に報告されている。その論文中に掲載され
ている酸化膜除去前後のエリプソより求めた基板の屈折
率nの変化を示す図を図3に示しておく。彼らは、基板
温度を上昇させながら酸化膜を除去しているために、酸
化膜除去にともなうnの変化のほかに、基板温度変化に
ともなう変化も重なっている。26minから26.5
minにかけての急激な変化が酸化膜除去に対応するも
のと思われる。なお、彼らの場合、酸化膜除去は真空中
で行っている。
An example of observing the removal process of a Si oxide film using this ellipsometry is described in Pickering et al., Journal of Vacuums 1995.
science and technology magazine A1
No. 3, page 740. FIG. 3 is a diagram showing a change in the refractive index n of the substrate obtained by ellipsometry before and after removal of the oxide film described in the article. Since they remove the oxide film while increasing the substrate temperature, the change accompanying the substrate temperature change overlaps with the change in n accompanying the oxide film removal. From 26min to 26.5
It is considered that the rapid change toward min corresponds to the removal of the oxide film. In these cases, the oxide film is removed in a vacuum.

【0015】以上のように、酸化膜の除去過程を動的に
観察した報告例はすべて真空中のものである。これに対
し、Si酸化膜の脱離反応がSi26やSiH4といっ
たSiを含む気体雰囲気下や、Geを含むGeH4等の
気体雰囲気下、もしくは水素雰囲気下で加速されること
が、酸化膜除去処理後、結晶成長装置から取り出して評
価する方法により確認されている。
As described above, all of the reports on the dynamic observation of the process of removing the oxide film are in a vacuum. On the other hand, the desorption reaction of the Si oxide film is accelerated in a gas atmosphere containing Si such as Si 2 H 6 or SiH 4 , a gas atmosphere such as GeH 4 containing Ge, or a hydrogen atmosphere. After the oxide film removal treatment, it is confirmed by a method of taking out the crystal growth apparatus and evaluating the same.

【0016】しかし、結晶成長装置外の装置により評価
する方法では、本当に必要最小限の時間だけ加熱処理を
行うことは不可能である。有限回の試行により求められ
た、基板ごとのばらつきに対応できるだけ余裕をみた時
間加熱しなければならない。
However, it is impossible to perform the heat treatment only for the minimum necessary time by the method of evaluation using an apparatus outside the crystal growth apparatus. The heating must be performed for a time as long as possible to cope with the variation between the substrates obtained by the finite number of trials.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】Si基板上に良好な結
晶を成長させるためには、酸化膜を完全に除去しなけれ
ばならないが、この酸化膜の除去には一般的に結晶成長
温度よりも高温での加熱処理が必要である。デバイスの
特性を確保するためには酸化膜除去のための加熱処理は
できる限り短時間化することが強く要望されている。
In order to grow a good crystal on a Si substrate, the oxide film must be completely removed. Generally, the removal of the oxide film requires a temperature lower than the crystal growth temperature. High temperature heat treatment is required. In order to secure the characteristics of the device, it is strongly desired that the heat treatment for removing the oxide film be as short as possible.

【0018】しかしながら、酸化膜の除去過程の動的観
察は従来真空中でしか行われていなかった。
However, the dynamic observation of the process of removing the oxide film has hitherto been performed only in a vacuum.

【0019】従って、酸化膜の除去に有効と考えられて
いる装置内の気相雰囲気制御を行いながら、酸化膜の除
去過程を動的にモニタリングする技術はいまだ報告例が
無く、除去過程の制御は行われていなかった。
Accordingly, there is no report on a technique for dynamically monitoring the process of removing an oxide film while controlling the gas phase atmosphere in an apparatus which is considered to be effective for removing the oxide film. Was not done.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、エリプソメト
リにより保護酸化膜の除去過程をモニタリングし、結晶
成長装置の制御を行うことにより上記問題を解決する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above problem by monitoring the removal process of a protective oxide film by ellipsometry and controlling a crystal growth apparatus.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】(装置構成)図1にエリプソ装置
を装備した結晶装置の構成図を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (Apparatus Configuration) FIG. 1 shows a configuration diagram of a crystal apparatus equipped with an ellipso apparatus.

【0022】結晶成長装置部分は、真空容器100、基
板を加熱する加熱ランプ102、ランプを制御し基板温
度を調整するためのランプコントローラー103、真空
容器にガスを導入するガス導入口104、ガスの流量を
調整する流量調整器105、真空ポンプ106、基板温
度測定用のパイロメーター109からなる。また、この
結晶成長装置にガスを供給するためにガス供給ユニット
を流量調整器105に接続している。
The crystal growth apparatus includes a vacuum vessel 100, a heating lamp 102 for heating the substrate, a lamp controller 103 for controlling the lamp and adjusting the substrate temperature, a gas inlet 104 for introducing gas into the vacuum vessel, and a gas supply port. It comprises a flow controller 105 for adjusting the flow, a vacuum pump 106, and a pyrometer 109 for measuring the substrate temperature. In addition, a gas supply unit is connected to the flow regulator 105 to supply gas to the crystal growth apparatus.

【0023】エリプソ部分は、光源110、入射光の偏
光状態を調整する偏光器111、入射光強度に変調を加
える変調器112、サンプルからの反射光を受け取るア
ナライザ114、分光を行い信号強度を測定するディテ
クタユニット115、ディテクタで測定した信号からエ
リプソの基本的測定量であるΨ,Δを計算し条件判断し
各装置に制御信号を送り出す分析制御装置116からな
る。
The ellipso part includes a light source 110, a polarizer 111 for adjusting the polarization state of the incident light, a modulator 112 for modulating the intensity of the incident light, an analyzer 114 for receiving the reflected light from the sample, and performing a spectrum to measure the signal intensity. And a control unit 116 for calculating Ψ and Δ, which are basic ellipsometric measurands, from the signals measured by the detector, judging the conditions, and sending control signals to the respective devices.

【0024】なお、本装置は真空容器内のサンプルを観
察するために、真空容器内に入射光120を導くための
真空窓107と、真空容器から反射光121を取り出す
ための真空窓108を装備している。真空窓107及び
108は、エリプソ測定用に市販されている低歪み真空
窓を用いることが好ましい。
The apparatus is provided with a vacuum window 107 for guiding incident light 120 into the vacuum vessel and a vacuum window 108 for extracting reflected light 121 from the vacuum vessel for observing a sample in the vacuum vessel. are doing. As the vacuum windows 107 and 108, it is preferable to use low distortion vacuum windows that are commercially available for ellipsometric measurement.

【0025】本実施の形態の場合、複数の波長で測定を
行うことが可能な分光エリプソ装置を用いているため
に、光源110に波長に広がりを持つ物を用い、ディテ
クタユニットにも分光機能を持ったものを使用している
が、本発明は単一の波長のみを使用したエリプソ装置で
も実施可能であり、その場合は光源110およびディテ
クタユニットは単一波長対応のものを使用可能となり装
置を簡略化することができる。
In the case of the present embodiment, since a spectral ellipsometer capable of performing measurement at a plurality of wavelengths is used, a light source 110 having a wide wavelength range is used, and the detector unit also has a spectral function. However, the present invention can be practiced with an ellipso apparatus using only a single wavelength, in which case the light source 110 and the detector unit can use a single wavelength compatible one and the apparatus can be used. It can be simplified.

【0026】(エリプソメトリを用いた保護酸化膜の除
去過程の観測例)図4に、実際に結晶成長装置内のサン
プルの保護酸化膜除去過程をエリプソにより観察した結
果を示す。
(Example of Observation of Process of Removing Protective Oxide Film Using Ellipsometry) FIG. 4 shows the result of actually observing the process of removing a protective oxide film of a sample in a crystal growth apparatus by ellipsometry.

【0027】サンプルには、70℃のアンモニアと過酸
化水素と純水の1:6:20の混合溶液に1分間浸すこ
とにより形成した保護酸化膜付きのSi基板を用い、真
空容器内で急激に800℃まで加熱し30分間保持した
後に室温まで冷却し、その間の変化を2.5eVのエネ
ルギーを持つ光を用いエリプソにより観察した。この実
験は保護酸化膜の除去過程の観察がエリプソにより可能
であることを示すためにおこなったものである。従っ
て、800℃、30分間の加熱後結晶成長を行わずに冷
却をしている。
As a sample, a Si substrate with a protective oxide film formed by immersing in a 1: 6: 20 mixed solution of ammonia, hydrogen peroxide, and pure water at 70 ° C. for 1 minute was used, and abruptly placed in a vacuum vessel. After heating to 800 ° C. and holding for 30 minutes, the mixture was cooled to room temperature, and the change during the observation was observed by ellipsometry using light having an energy of 2.5 eV. This experiment was performed to show that the observation of the removal process of the protective oxide film was possible by ellipso. Therefore, cooling is performed without performing crystal growth after heating at 800 ° C. for 30 minutes.

【0028】加熱は室温状態から、約150secに開
始し、約150秒程度で800℃に到達した。150〜
300secにみられるΨ,Δの急激な変化は、主とし
て基板温度の変化によるものである。800℃に基板温
度を一定に保った300〜2100秒の30分間のう
ち、最初の400秒程度の間だけ、酸化膜厚の減少に伴
いΨおよびΔが変化しており、酸化膜の除去が完了した
時点でΨおよびΔの変化が無くなっている。特に酸化膜
除去完了前後でのΔの時間変動率の変化が顕著である。
The heating started from room temperature in about 150 seconds, and reached 800 ° C. in about 150 seconds. 150 ~
The rapid change in Ψ and Δ observed in 300 sec is mainly due to the change in the substrate temperature. Of the 30 minutes of 300 to 2100 seconds in which the substrate temperature was kept constant at 800 ° C., Ψ and Δ changed with the decrease of the oxide film thickness during only the first 400 seconds, and removal of the oxide film At the time of completion, there is no change in Ψ and Δ. In particular, the change in the time variation rate of Δ before and after the completion of the oxide film removal is remarkable.

【0029】この図より明らかなように、エリプソによ
り、結晶成長装置内の保護酸化膜の除去完了を検出する
ことができる。
As can be seen from this figure, the completion of removal of the protective oxide film in the crystal growth apparatus can be detected by ellipso.

【0030】(Si26雰囲気下での酸化膜除去例)次
に同様の基板を、真空容器中で酸化膜を除去する際に、
800℃に保持した期間のうち税所の2分間のみ真空容
器に1sccmの微量のSi26を導入した際のエリプ
ソの信号変化を図5に示す。図に示す結果ははやはりエ
ネルギー2.5eVのものである。加熱プロファイルは
図4に示した真空中での加熱実験と同様であるので、0
〜300secおよび、2100sec以上での信号変
化はやはり基板温度変化に伴うものである。
(Example of Removing Oxide Film in Si 2 H 6 Atmosphere) Next, when removing the oxide film from a similar substrate in a vacuum vessel,
FIG. 5 shows a change in ellipso signal when a very small amount of 1 sccm of Si 2 H 6 is introduced into the vacuum vessel for only 2 minutes at the tax office during the period of holding at 800 ° C. The results shown are again for an energy of 2.5 eV. Since the heating profile is similar to the heating experiment in vacuum shown in FIG.
The signal changes in 300 seconds or more and 2100 seconds or more are also associated with the substrate temperature change.

【0031】ここでもやはり、800℃での加熱初期に
酸化膜除去に伴うΨ,Δの変化が観測されているが、そ
の変化時間、つまり酸化膜の除去に要している時間が真
空中で加熱した際の400secに対し、200sec
以下に短縮されているのがわかる。これはSi26によ
り酸化膜除去過程が加速されたためである。
Also in this case, the changes in Ψ and Δ due to the removal of the oxide film were observed in the early stage of heating at 800 ° C., but the change time, that is, the time required for removing the oxide film, was measured in vacuum. 200 sec compared to 400 sec when heated
It can be seen that it is shortened below. This is because the oxide film removal process was accelerated by Si 2 H 6 .

【0032】このように、Si26雰囲気下において酸
化膜除去過程が真空中よりも早く進行することが今回初
めて、動的に観察された。つまり、我々が用いたような
エリプソ装置を用いれば、従来の電子線を用いたモニタ
リング機構では不可能であった、気相中でも、酸化膜除
去工程を動的に観察することができることが示された。
As described above, for the first time, it was dynamically observed that the process of removing the oxide film progressed faster in a Si 2 H 6 atmosphere than in a vacuum. In other words, it is shown that the use of an ellipsometer like the one we used makes it possible to dynamically observe the oxide film removal process even in the gas phase, which was impossible with the conventional monitoring mechanism using electron beams. Was.

【0033】今回、気相雰囲気においても酸化膜除去過
程を動的にモニタリングすることが可能であることが示
されたため、酸化膜の除去の完了を検地し、必要以上の
基板高温加熱を停止し、保護酸化膜除去のために結晶成
長装置に導入していたガスの供給を停止することが可能
となった。
This time, it was shown that it is possible to dynamically monitor the oxide film removal process even in a gaseous atmosphere. Therefore, the completion of the removal of the oxide film was detected, and unnecessary high-temperature heating of the substrate was stopped. In addition, the supply of gas introduced into the crystal growth apparatus for removing the protective oxide film can be stopped.

【0034】(測定に用いる波長)図5に示した実験の
際、複数のエネルギーで同時にΨ,Δを測定した。その
中で代表的なエネルギーのΔの変化を図6に示す。ここ
に示したすべてのエネルギーにおいて、酸化膜除去にと
もなう信号の変化が見られているが、3.5eV以上の
エネルギーの場合変化が緩やかである。従って、3eV
以下のエネルギーを用いたほうが酸化膜除去完了を検知
しやすいことがわかる。
(Wavelength Used for Measurement) In the experiment shown in FIG. 5, Ψ and Δ were measured simultaneously at a plurality of energies. FIG. 6 shows a typical change in energy Δ. At all the energies shown here, a change in the signal accompanying the removal of the oxide film is observed, but the change is gradual at an energy of 3.5 eV or more. Therefore, 3 eV
It can be seen that the use of the following energy makes it easier to detect the completion of oxide film removal.

【0035】(プロセス実施形態)次に、本発明を使用
した結晶成長プロセス全体の流れについて説明する。
(Process Embodiment) Next, the flow of the whole crystal growth process using the present invention will be described.

【0036】まず、基板を硫酸過酸化水素混合液により
洗浄を行い、金属および有機物不純物を除去する。次に
水洗により十分に薬液を除去した後、アンモニア過酸化
水素系薬液により表面不純物を除去し、水洗をおこな
う。
First, the substrate is washed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide to remove metal and organic impurities. Next, after the chemical solution is sufficiently removed by washing with water, surface impurities are removed with an ammonia-hydrogen peroxide-based chemical solution, and washing with water is performed.

【0037】これらの洗浄処理は、清浄なSi表面を得
るためにおこなうので、IshizakaおよびShi
rakiらの論文にあるような有機系や硝酸系といった
別の薬液を使用する工程に置き換えても本発明の実施に
は影響を与えない。
Since these cleaning processes are performed in order to obtain a clean Si surface, Ishizaka and Shi
Replacing with a process using another chemical solution such as an organic or nitric acid solution as described in the article by raki et al. does not affect the practice of the present invention.

【0038】洗浄が終了した段階では、表面に酸化膜が
形成されている場合があるので、均質な保護酸化膜を形
成するために、一旦基板を3%程度の希フッ酸に30秒
程度浸し、表面の酸化膜をすべて除去する。フッ酸処理
後のウェハーを軽く純水でリンスし、表面が撥水性を示
すことを確認する。十分な撥水性が選られていない場
合、酸化膜が残存している可能性があるために、フッ酸
処理、水洗を繰り返す。
At the stage where the cleaning is completed, an oxide film may be formed on the surface. In order to form a uniform protective oxide film, the substrate is immersed in about 3% diluted hydrofluoric acid for about 30 seconds. Then, all oxide films on the surface are removed. The wafer after the hydrofluoric acid treatment is lightly rinsed with pure water to confirm that the surface shows water repellency. If sufficient water repellency is not selected, the hydrofluoric acid treatment and washing with water are repeated because the oxide film may remain.

【0039】純水リンスが終了し、撥水性を示している
ウェハーを薬液処理することにより保護酸化膜を形成す
る。
After the pure water rinsing is completed, the wafer exhibiting water repellency is treated with a chemical solution to form a protective oxide film.

【0040】保護酸化膜の形成に使用できる薬剤として
は、主にアンモニア過酸化水素水溶液系の薬剤と、塩酸
過酸化水素系の薬液が存在するが、後者は処理後成長し
た結晶層に欠陥が発生しやすい傾向があるために、アン
モニア過酸化水素水溶液系を使用する方が良好な結晶を
成長させやすい。
As chemicals that can be used for forming the protective oxide film, there are mainly an aqueous hydrogen peroxide-based chemical and a hydrochloric acid-hydrogen peroxide-based chemical. The latter has defects in the crystal layer grown after the treatment. Because of the tendency to occur, it is easier to grow good crystals by using an aqueous solution of ammonia hydrogen peroxide.

【0041】薬液は、アンモニア1、過酸化水素6、純
水20の体積比で混合した物を使用することができる。
薬液温度は70℃程度が良い。この薬液に1分基板を浸
すことにより、基板表面に15〜20オングストローム
程度の厚みの酸化膜が形成される。
As the chemical, a mixture of ammonia 1, hydrogen peroxide 6, and pure water 20 in a volume ratio can be used.
The temperature of the chemical is preferably about 70 ° C. By immersing the substrate in this chemical solution for one minute, an oxide film having a thickness of about 15 to 20 angstroms is formed on the substrate surface.

【0042】保護酸化膜を形成したウェハーの表面に薬
液が残存しないように純水でリンスを行い、窒素等によ
り乾燥を行った後、結晶成長装置に搬送し装填する。
After rinsing with pure water and drying with nitrogen or the like so that no chemical solution remains on the surface of the wafer on which the protective oxide film is formed, the wafer is transported and loaded into a crystal growth apparatus.

【0043】結晶成長室の超高真空状態を保持するため
に、基板は一旦ロードロック室に挿入する。真空度が大
気圧から3×10-7Torr程度まで向上したのち、ロ
ードロックから結晶成長室に搬送する。
In order to maintain the ultrahigh vacuum state in the crystal growth chamber, the substrate is once inserted into the load lock chamber. After the degree of vacuum is improved from atmospheric pressure to about 3 × 10 −7 Torr, the wafer is transferred from the load lock to the crystal growth chamber.

【0044】成長室の真空度が10-10Torr程度ま
で向上した時点で、加熱処理を開始する。成長室内での
基板温度とガス流量の変化を図7に示しておく。
When the degree of vacuum in the growth chamber is improved to about 10 −10 Torr, the heat treatment is started. FIG. 7 shows changes in the substrate temperature and the gas flow rate in the growth chamber.

【0045】我々の装置では300℃以上の温度域で使
用可能なパイロメーターを用いて基板温度を測定してい
るために、300℃まで2分程度に急速に加熱する。
In our apparatus, since the substrate temperature is measured using a pyrometer usable in a temperature range of 300 ° C. or more, it is rapidly heated to 300 ° C. for about 2 minutes.

【0046】次に基板を800℃程度まで加熱する。図
4等に示した実験の場合、酸化膜除去過程の物理現象を
明らかとするために、800℃まで急激に加熱したが、
実際のデバイスの作成の際には、この段階であまり急激
に温度を上昇させすぎると、基板に熱歪みが加わりスリ
ップラインが発生したり恐れがあるために、20〜50
℃/min程度に温度上昇率を抑えることが好ましい。
Next, the substrate is heated to about 800 ° C. In the case of the experiment shown in FIG. 4 and the like, in order to clarify the physical phenomenon in the process of removing the oxide film, the heating was rapidly performed to 800 ° C.
In actual device fabrication, if the temperature is raised too rapidly at this stage, thermal distortion is applied to the substrate and a slip line may be generated.
It is preferable to suppress the rate of temperature rise to about ° C / min.

【0047】次に、保護酸化膜の除去過程に移る。保護
酸化膜はおよそ710℃以上であれば除去可能である
が、低温になればなるほど除去に時間を要し、高温であ
れば不純物プロファイルの変化等により素子特性が劣化
する恐れがある。そこで、本実施の形態の場合800℃
で除去を行う。本実施の形態では短時間で酸化膜を除去
するために800℃に達した時点から1sccmのSi
26を結晶成長装置内に導入し始める。
Next, the process proceeds to the process of removing the protective oxide film. The protective oxide film can be removed at a temperature of about 710 ° C. or higher. However, the lower the temperature, the longer the time required to remove the protective oxide film. Therefore, in the case of this embodiment, 800 ° C.
To remove. In this embodiment mode, 1 sccm of Si is used from the time when the temperature reaches 800 ° C. in order to remove the oxide film in a short time.
Start introducing 2 H 6 into the crystal growth apparatus.

【0048】エリプソの信号は、酸化膜の除去以外に
も、基板温度変化によっても変化するために、完了前後
で基板温度は一定に保っておいたほうが酸化膜除去完了
に伴う信号変化を検出することが容易になる。したがっ
て、本実施の形態では酸化膜の除去が完了するまで80
0℃に基板温度を保つ。この間、酸化膜除去に伴いΨ,
Δが変化し、酸化膜除去完了に伴い、特にΔの変化が急
激に緩やかになるので、この変化をもとに酸化膜除去完
了をエリプソで検出する。
Since the signal of the ellipso changes depending on the substrate temperature change in addition to the removal of the oxide film, it is better to keep the substrate temperature constant before and after the completion to detect the signal change accompanying the completion of the oxide film removal. It becomes easier. Therefore, in the present embodiment, it takes 80 to complete the removal of the oxide film.
Keep the substrate temperature at 0 ° C. During this time, with removal of the oxide film,
Δ changes, and the change of Δ in particular becomes sharply gradual with the completion of oxide film removal. Based on this change, the completion of oxide film removal is detected by ellipso.

【0049】なお、基板温度変化を考慮に入れ、信号変
化を解析すれば温度変化中でも酸化膜除去点の検出は可
能である。
It should be noted that if the signal change is analyzed in consideration of the substrate temperature change, the oxide film removal point can be detected even during the temperature change.

【0050】エリプソで酸化膜の除去を感知した時点
で、制御信号がランプコントローラー103及び流量調
整器105に送られ、基板の結晶成長に適した温度まで
の冷却を開始し、かつ酸化膜除去のため真空容器100
へ導入していたSi26の供給を停止させる。この制御
は機械的に自動で処理を行わせることができる。ただ
し、自動制御でなくとも、エリプソの信号をもとに、人
間が判断を行いランプコントローラおよび流量調整器の
設定を変更しても良い。
At the time when the removal of the oxide film is detected by the ellipso, a control signal is sent to the lamp controller 103 and the flow rate controller 105 to start cooling to a temperature suitable for the crystal growth of the substrate and to remove the oxide film. Vacuum container 100
The supply of Si 2 H 6 introduced into the furnace is stopped. This control can be performed automatically and mechanically. However, instead of the automatic control, a person may make a determination based on the signal of the ellipso and change the settings of the lamp controller and the flow rate regulator.

【0051】結晶成長に適した温度(450℃〜600
℃程度)に達した時点で真空容器100に結晶成長のた
めのソースガス(Siを成長させる場合はSiH4もし
くはSi26等、SiGeを成長させる場合はSiのソ
ースに加えGeH4)を供給する。
Temperature suitable for crystal growth (450 ° C. to 600
When the temperature reaches about (° C.), a source gas for crystal growth (such as SiH 4 or Si 2 H 6 when growing Si, or GeH 4 in addition to the Si source when growing SiGe) is supplied to the vacuum chamber 100. Supply.

【0052】エリプソは、酸化膜の除去過程の検出のみ
ならず、基板上に成長させた薄膜の組成および膜厚の評
価にも用いることができる。したがって、エリプソ装置
は酸化膜の除去過程から結晶成長過程の制御にまで使用
可能である。この点でも、ガスソースを用いる結晶成長
中では使用できなかったAES等の従来の酸化膜除去過
程検出技術に比べ優れている。
Ellipso can be used not only for detecting the removal process of an oxide film, but also for evaluating the composition and thickness of a thin film grown on a substrate. Therefore, the ellipsometer can be used from the process of removing the oxide film to the control of the crystal growth process. This point is also superior to conventional oxide film removal process detection techniques such as AES which could not be used during crystal growth using a gas source.

【0053】なお、本実施の形態の場合Si26雰囲気
下において酸化膜を除去したが、これはSiH4やH2
の他の気体やそれらの混合気体を用いても良く、また真
空中で処理しても良い。真空で除去を行った場合、ラン
プコントローラの制御のみを行えばよい。
In this embodiment, the oxide film is removed in an atmosphere of Si 2 H 6 , but another gas such as SiH 4 or H 2 or a mixed gas thereof may be used. It may be processed inside. When the removal is performed in a vacuum, only the lamp controller needs to be controlled.

【0054】[0054]

【発明の効果】エリプソ装置をもちいることにより、S
26等のガス雰囲気下においても、酸化膜の除去完了
を検出することが可能となり、酸化膜除去過程から次の
結晶成長過程に移る際の基板温度制御、ガス流量の制御
を適切に行うことが可能となる。
By using the ellipsometer, the S
Even in a gas atmosphere such as i 2 H 6, it is possible to detect the completion of the removal of the oxide film, and to appropriately control the substrate temperature and the gas flow rate during the transition from the oxide film removal process to the next crystal growth process. It is possible to do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態における結晶成長装置の構
成を示す概略図
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a crystal growth apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】AESを用いて測定した酸化膜厚の時間変化を
示す図
FIG. 2 is a diagram showing a time change of an oxide film thickness measured using AES.

【図3】Pickeringらの論文に掲載された酸化
膜除去前後のエリプソにより測定された屈折率の変化を
示す図
FIG. 3 is a diagram showing a change in refractive index measured by ellipso before and after removal of an oxide film described in the article of Pickering et al.

【図4】真空中での保護酸化膜の除去過程中のエリプソ
の測定データの時間変化を示す図
FIG. 4 is a diagram showing a time change of ellipsometric measurement data during a process of removing a protective oxide film in a vacuum.

【図5】Si26雰囲気下での保護酸化膜の除去過程中
のエリプソの測定データの時間変化結晶成長における基
板温度、ガス流量制御例を示す図
FIG. 5 is a diagram showing an example of controlling a substrate temperature and a gas flow rate in time-dependent crystal growth of ellipso measurement data during a process of removing a protective oxide film in a Si 2 H 6 atmosphere.

【図6】測定波長(エネルギー)の違いによるΔの違い
を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a difference in Δ due to a difference in measurement wavelength (energy).

【図7】結晶成長における基板温度、ガス流量制御例を
示す図
FIG. 7 is a diagram showing an example of controlling a substrate temperature and a gas flow rate in crystal growth.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 基板 102 加熱ランプ 103 ランプコントローラー 104 ガス導入口 105 流量調整器 106 真空ポンプ 107,108 真空窓 109 パイロメーター 110 光源 111 偏光器 112 変調器 114 アナライザ 115 分光器/ディテクタユニット 116 分析制御装置 120 入射光 121 反射光 122 加熱用赤外線 123 輻射赤外線 130 ガス供給ユニット 701 基板温度 702 ジシラン流量 703 ゲルマン流量 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Substrate 102 Heating lamp 103 Lamp controller 104 Gas inlet 105 Flow rate controller 106 Vacuum pump 107,108 Vacuum window 109 Pyrometer 110 Light source 111 Polarizer 112 Modulator 114 Analyzer 115 Spectroscope / detector unit 116 Analysis control device 120 Incident light 121 reflected light 122 heating infrared light 123 radiated infrared light 130 gas supply unit 701 substrate temperature 702 disilane flow rate 703 germane flow rate

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−77301(JP,A) 特開 平3−82017(JP,A) 特開 平5−190499(JP,A) 特開 平9−64016(JP,A) 特開 平9−7909(JP,A) 特開 昭64−4026(JP,A) 特開 平7−183348(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C30B 25/12 C30B 25/14 H01L 21/203 Continuation of the front page (56) References JP-A-6-77301 (JP, A) JP-A-3-82017 (JP, A) JP-A-5-190499 (JP, A) JP-A-9-64016 (JP) , A) JP-A-9-7909 (JP, A) JP-A-64-4026 (JP, A) JP-A-7-183348 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H01L 21/205 C30B 25/12 C30B 25/14 H01L 21/203

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板表面にケミカルオキサイドが存在す
る状態で基板を結晶成長装置に導入し、結晶成長開始前
に前記酸化膜を除去する工程を有する半導体素子の製造
方法であって、偏光解析装置から得られる△の時間変動
率が急激に緩やかになったときに、基板温度を低下させ
るか、結晶成長装置に導入する気体の流量または圧力を
変化させることを特徴とする半導体素子の製造方法。
1. A substrate was transferred into a crystal growth apparatus in a state in which a chemical oxide on the substrate surface is present, a method of manufacturing a semiconductor device having a step of removing the oxide film before the crystal growth start, ellipsometer変 動 time variation obtained from
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: reducing a substrate temperature or changing a flow rate or a pressure of a gas introduced into a crystal growth apparatus when a rate suddenly decreases.
【請求項2】 酸化膜除去過程において、酸化膜除去反
応を促進させる気体を結晶成長装置内に導入することを
特徴とする請求項に記載の半導体素子の製造方法。
2. A oxide film removal process, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, characterized in that introducing a gas to promote the oxidation film removal reaction in the crystal growth apparatus.
【請求項3】 酸化膜除去反応を促進させる気体が、S
iを含む気体であることを特徴とする請求項に記載の
半導体素子の製造方法。
3. The gas for accelerating an oxide film removing reaction is S
3. The method according to claim 2 , wherein the gas contains i.
【請求項4】 酸化膜除去反応を促進させる気体が、G
eを含む気体であることを特徴とする請求項に記載の
半導体素子の製造方法。
4. The gas for accelerating the oxide film removal reaction is G
3. The method according to claim 2 , wherein the gas contains e.
【請求項5】 酸化膜除去反応を促進させる気体が、水
素であることを特徴とする請求項に記載の半導体素子
の製造方法。
5. The method according to claim 2 , wherein the gas that promotes the oxide film removing reaction is hydrogen.
【請求項6】 酸化膜除去反応を促進させる気体とし
て、複数種類の混合気体を用いることを特徴とする請求
に記載の半導体素子の製造方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 , wherein a plurality of types of mixed gases are used as the gas for promoting the oxide film removing reaction.
【請求項7】 酸化膜除去工程の少なくとも終盤におい
て、酸化膜除去完了までの基板温度を一定に保つことを
特徴とする請求項に記載の半導体素子の製造方法。
7. The method according to claim 1 , wherein a substrate temperature until completion of the oxide film removal is kept constant at least at the end of the oxide film removal step.
【請求項8】 偏光解析装置の測定に、3.5eV以下
のエネルギーの光を用いることを特徴とする請求項
記載の半導体素子の製造方法。
8. The method according to claim 1 , wherein light having an energy of 3.5 eV or less is used for measurement by the ellipsometer.
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