JP3346939B2 - Ｓｉ基板およびその表面処理方法 - Google Patents
Ｓｉ基板およびその表面処理方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｓｉ基板およびその表
面処理方法に関するもので、基板の表面層の構造に敏感
なプロセス、特に、Ｓｉ基板上への高誘電率薄膜、強誘
電体薄膜、超電導薄膜などの酸化物薄膜のエピタキシャ
ル成長用の基板およびエピタキシャル成長プロセス前の
基板前処理に使用される表面処理方法に関するものであ
る。
面処理方法に関するもので、基板の表面層の構造に敏感
なプロセス、特に、Ｓｉ基板上への高誘電率薄膜、強誘
電体薄膜、超電導薄膜などの酸化物薄膜のエピタキシャ
ル成長用の基板およびエピタキシャル成長プロセス前の
基板前処理に使用される表面処理方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス、たとえば、ＤＲＡＭに
おいて用いられているＳｉＦＥＴにおけるゲートは、酸
化膜として通常多結晶またはアモルファスＳｉＯ2 膜が
使用されＭＯＳ構造を構成している。集積化が進むに伴
い、ＭＯＳキャパシタの寸法は、より小さいものが要求
され、現在の集積度では限界にきている。ＳｉＯ2 の誘
電率は約３であり、ＦＥＴのゲートを働かせるための電
荷をＭＯＳキャパシタで確保するには、さらに大きな誘
電率を有する誘電体をＳｉＯ2 の替わりに用い、かつ良
好なＭＯＳ特性を得なければならない。ＳｉＯ2 はＳｉ
と非常に相性がよいため多結晶またはアモルファスの状
態でＳｉデバイスに用いられてきた。しかしながら、Ｓ
ｉＯ2 代替の他材料では、多結晶またはアモルファスの
状態では、最適なデバイス特性およびその再現性を確保
することは難しい。多結晶体中の粒界による物理量の攪
乱、アモルファス状態での材料物性値の不安定性が主な
原因と考えられており、ＳｉＯ2 代替の他材料は、Ｓｉ
デバイスに、実際に、用いられていないのが現状であ
る。
おいて用いられているＳｉＦＥＴにおけるゲートは、酸
化膜として通常多結晶またはアモルファスＳｉＯ2 膜が
使用されＭＯＳ構造を構成している。集積化が進むに伴
い、ＭＯＳキャパシタの寸法は、より小さいものが要求
され、現在の集積度では限界にきている。ＳｉＯ2 の誘
電率は約３であり、ＦＥＴのゲートを働かせるための電
荷をＭＯＳキャパシタで確保するには、さらに大きな誘
電率を有する誘電体をＳｉＯ2 の替わりに用い、かつ良
好なＭＯＳ特性を得なければならない。ＳｉＯ2 はＳｉ
と非常に相性がよいため多結晶またはアモルファスの状
態でＳｉデバイスに用いられてきた。しかしながら、Ｓ
ｉＯ2 代替の他材料では、多結晶またはアモルファスの
状態では、最適なデバイス特性およびその再現性を確保
することは難しい。多結晶体中の粒界による物理量の攪
乱、アモルファス状態での材料物性値の不安定性が主な
原因と考えられており、ＳｉＯ2 代替の他材料は、Ｓｉ
デバイスに、実際に、用いられていないのが現状であ
る。
【０００３】そのため、ＳｉＯ2 に代わり、単結晶で、
誘電率が大きく、ＭＯＳ（ＭＩＳ）特性の優れた誘電体
薄膜材料が必要とされている。この誘電体薄膜の開発に
より、集積度のさらに高いＬＳＩ、ＳＯＩ技術による誘
電体分離ＩＣなどＳＯＩデバイスの実現が可能となる。
誘電率が大きく、ＭＯＳ（ＭＩＳ）特性の優れた誘電体
薄膜材料が必要とされている。この誘電体薄膜の開発に
より、集積度のさらに高いＬＳＩ、ＳＯＩ技術による誘
電体分離ＩＣなどＳＯＩデバイスの実現が可能となる。
【０００４】また、半導体結晶基板であるＳｉ基板上
に、強誘電体膜、または超電導膜を形成、集積化した電
子デバイスが考案されている。半導体と超電導体または
強誘電体を組み合わせることにより、たとえば、半導体
と超電導体の組み合わせでは、ＳＱＵＩＤ、ジョセフソ
ン素子、超電導トランジスタ、電磁波センサーおよび超
電導配線ＬＳＩなど、半導体と強誘電体では、、不揮発
性メモリー、赤外線センサー、光変調器および光スイッ
チＯＥＩＣ（光・電子集積回路：opto-electronic inte
grated circuits ）などが試作されている。
に、強誘電体膜、または超電導膜を形成、集積化した電
子デバイスが考案されている。半導体と超電導体または
強誘電体を組み合わせることにより、たとえば、半導体
と超電導体の組み合わせでは、ＳＱＵＩＤ、ジョセフソ
ン素子、超電導トランジスタ、電磁波センサーおよび超
電導配線ＬＳＩなど、半導体と強誘電体では、、不揮発
性メモリー、赤外線センサー、光変調器および光スイッ
チＯＥＩＣ（光・電子集積回路：opto-electronic inte
grated circuits ）などが試作されている。
【０００５】これら超電導体材料または強誘電体材料を
用いた半導体デバイスにおいて、最適なデバイス特性お
よびその再現性を確保するためには、超電導体材料およ
び誘電体材料として単結晶を用いることが必要である。
多結晶体では粒界による物理量の攪乱のため、良好なデ
バイス特性を得ることが難しい。このことは薄膜材料に
ついても同様で、できるだけ完全な単結晶に近い超電導
または誘電体エピタキシャル膜が望まれる。
用いた半導体デバイスにおいて、最適なデバイス特性お
よびその再現性を確保するためには、超電導体材料およ
び誘電体材料として単結晶を用いることが必要である。
多結晶体では粒界による物理量の攪乱のため、良好なデ
バイス特性を得ることが難しい。このことは薄膜材料に
ついても同様で、できるだけ完全な単結晶に近い超電導
または誘電体エピタキシャル膜が望まれる。
【０００６】近年、誘電体酸化物材料のＹＳＺ（ＺｒＯ
2 にＹをドープさせ安定化させた材料）がＳｉ単結晶上
にエピタキシャル成長できることが報告された。ＹＳＺ
は、高い化学安定性、広いバンドギャップ（約５eV）、
大きい誘電率（約２０）を具備しているためＭＩＳキャ
パシター、集積度のさらに高いＬＳＩ、ＳＯＩデバイス
に適している。製造については、種々の方法および組成
が検討されてきた。例えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．１６，ｐ．１５０６−０
８（１９８８）には、ＹＳＺ酸化物ターゲットを用い、
イオンビームスパッタ法により、Ｓｉ（１００）基板上
にＹＳＺのエピタキシャル膜が得られることが述べられ
ている。また、上記Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２
７，Ｎｏ．８，Ｌ１４０４−０５（１９８８）には、酸
素を導入した真空槽内でＹＳＺペレットを電子線銃によ
り蒸発させる蒸着法より、Ｓｉ（１００）基板上にＹＳ
Ｚのエピタキシャル膜が得られることが述べられてい
る。更に、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．
５７，Ｎｏ．１１，ｐ．１１３７−３９（１９９０）に
は、ＹＳＺターゲットを用いたレーザーアブレーション
法により、Ｓｉ（１００）基板上にＹＳＺのエピタキシ
ャル膜が得られることが述べられている。更にまた、 T
hin Solid Films,299,17-23(1993) には、金属Ｚｒ上に
Ｙ片をのせたターゲットを用いた反応性マグネトロンス
パッタリング法により、Ｓｉ（１００）基板上にＹＳＺ
のエピタキシャル膜が得られることが述べられている。
2 にＹをドープさせ安定化させた材料）がＳｉ単結晶上
にエピタキシャル成長できることが報告された。ＹＳＺ
は、高い化学安定性、広いバンドギャップ（約５eV）、
大きい誘電率（約２０）を具備しているためＭＩＳキャ
パシター、集積度のさらに高いＬＳＩ、ＳＯＩデバイス
に適している。製造については、種々の方法および組成
が検討されてきた。例えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．１６，ｐ．１５０６−０
８（１９８８）には、ＹＳＺ酸化物ターゲットを用い、
イオンビームスパッタ法により、Ｓｉ（１００）基板上
にＹＳＺのエピタキシャル膜が得られることが述べられ
ている。また、上記Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２
７，Ｎｏ．８，Ｌ１４０４−０５（１９８８）には、酸
素を導入した真空槽内でＹＳＺペレットを電子線銃によ
り蒸発させる蒸着法より、Ｓｉ（１００）基板上にＹＳ
Ｚのエピタキシャル膜が得られることが述べられてい
る。更に、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．
５７，Ｎｏ．１１，ｐ．１１３７−３９（１９９０）に
は、ＹＳＺターゲットを用いたレーザーアブレーション
法により、Ｓｉ（１００）基板上にＹＳＺのエピタキシ
ャル膜が得られることが述べられている。更にまた、 T
hin Solid Films,299,17-23(1993) には、金属Ｚｒ上に
Ｙ片をのせたターゲットを用いた反応性マグネトロンス
パッタリング法により、Ｓｉ（１００）基板上にＹＳＺ
のエピタキシャル膜が得られることが述べられている。
【０００７】また、酸化物超電導体および強誘電体につ
いても、Ｓｉ基板上に結晶成長させる方法が検討されて
いる。応用的に価値のある、おもな酸化物超電導体およ
び強誘電体の結晶構造は、ペロブスカイト構造をとって
いる。ペロブスカイト型酸化物のエピタキシャル成長は
基板の材料と結晶方位に大きく依存し、ペロブスカイト
型酸化物をＳｉ基板上へ直接エピタキシャル成長させる
ことは、現在のところ不可能である。そこで、Ｓｉにエ
ピタキシャル成長したバッファ層を設け、その上にペロ
ブスカイト型酸化物のエピタキシャル成長させること
が、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５４，
Ｎｏ．８，ｐ．７５４−ｐ．７５６（１９８９）、Ｊａ
ｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．９，Ｌ９５５
−５７（１９９０）、特開平２−８２５８５号公報に述
べられている。
いても、Ｓｉ基板上に結晶成長させる方法が検討されて
いる。応用的に価値のある、おもな酸化物超電導体およ
び強誘電体の結晶構造は、ペロブスカイト構造をとって
いる。ペロブスカイト型酸化物のエピタキシャル成長は
基板の材料と結晶方位に大きく依存し、ペロブスカイト
型酸化物をＳｉ基板上へ直接エピタキシャル成長させる
ことは、現在のところ不可能である。そこで、Ｓｉにエ
ピタキシャル成長したバッファ層を設け、その上にペロ
ブスカイト型酸化物のエピタキシャル成長させること
が、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５４，
Ｎｏ．８，ｐ．７５４−ｐ．７５６（１９８９）、Ｊａ
ｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．９，Ｌ９５５
−５７（１９９０）、特開平２−８２５８５号公報に述
べられている。
【０００８】このような、誘電体、超伝導体、および強
誘電体の酸化物エピタキシャル膜は、Ｓｉ基板上に結晶
成長され、電極形成、微細加工、などの半導体プロセス
により加工される。半導体素子と酸化物エピタキシャル
膜を組み合わせることにより、集積度のさらに高いＬＳ
Ｉ、ＳＯＩ技術による誘電体分離ＩＣなどＳＯＩデバイ
ス、ＳＱＵＩＤ、ジョセフソン素子、超電導トランジス
タ、電磁波センサーおよび超電導配線ＬＳＩ、不揮発性
メモリー、赤外線センサー、光変調器および光スイッチ
ＯＥＩＣなどを製造することができる。酸化物のエピタ
キシャル膜は、粒界などの物理量の攪乱がないため、そ
れぞれの応用で良好な機能を発揮する。
誘電体の酸化物エピタキシャル膜は、Ｓｉ基板上に結晶
成長され、電極形成、微細加工、などの半導体プロセス
により加工される。半導体素子と酸化物エピタキシャル
膜を組み合わせることにより、集積度のさらに高いＬＳ
Ｉ、ＳＯＩ技術による誘電体分離ＩＣなどＳＯＩデバイ
ス、ＳＱＵＩＤ、ジョセフソン素子、超電導トランジス
タ、電磁波センサーおよび超電導配線ＬＳＩ、不揮発性
メモリー、赤外線センサー、光変調器および光スイッチ
ＯＥＩＣなどを製造することができる。酸化物のエピタ
キシャル膜は、粒界などの物理量の攪乱がないため、そ
れぞれの応用で良好な機能を発揮する。
【０００９】Ｓｉ単結晶の表面には、空気中で、ＳｉＯ
2 の自然酸化膜が形成されている。この自然酸化膜が存
在すると、Ｓｉ基板の結晶情報が膜に伝わらず、エピタ
キシャル成長が不可能になる。
2 の自然酸化膜が形成されている。この自然酸化膜が存
在すると、Ｓｉ基板の結晶情報が膜に伝わらず、エピタ
キシャル成長が不可能になる。
【００１０】そこで、上述の方法では、まず、はじめ
に、Ｓｉの清浄面を得るための処理が行われている。
に、Ｓｉの清浄面を得るための処理が行われている。
【００１１】方法としては、基板を回転しながらエッチ
ングを行う。窒素雰囲気中で、基板を回転させ、高純度
アルコールでリンスする。その後、すべて高純度のＨ
Ｆ、エタノール、純水（１：１０：１）の溶液を滴下し
エッチングする。この基板を窒素雰囲気のグローブボッ
クスにいれ移送し、すばやく成膜装置に装着する。さら
に、真空槽を１×１０-6Torr以上の高真空に排気し加熱
し、成膜する温度にする。この工程で基板表面の汚染を
防ぐため、真空槽内はできるだけ清浄に保つようにして
いる。上述の例では、このように注意をはらったＳｉ基
板がエピタキシャル成長に用いられその工程は非常に複
雑である。また他の方法としては、膜の成長初期にＳｉ
の結晶情報を引き出すため、界面制御層を挿入する方法
が、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３０，Ｌ１４１５
〜１４１７（１９９１）に示されている。この方法にお
いても、処理条件がに敏感でかつ複雑であり、最適な処
理でのみ、酸化物のエピタキシャル成長が実現されるの
であって、再現性に乏しい。
ングを行う。窒素雰囲気中で、基板を回転させ、高純度
アルコールでリンスする。その後、すべて高純度のＨ
Ｆ、エタノール、純水（１：１０：１）の溶液を滴下し
エッチングする。この基板を窒素雰囲気のグローブボッ
クスにいれ移送し、すばやく成膜装置に装着する。さら
に、真空槽を１×１０-6Torr以上の高真空に排気し加熱
し、成膜する温度にする。この工程で基板表面の汚染を
防ぐため、真空槽内はできるだけ清浄に保つようにして
いる。上述の例では、このように注意をはらったＳｉ基
板がエピタキシャル成長に用いられその工程は非常に複
雑である。また他の方法としては、膜の成長初期にＳｉ
の結晶情報を引き出すため、界面制御層を挿入する方法
が、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３０，Ｌ１４１５
〜１４１７（１９９１）に示されている。この方法にお
いても、処理条件がに敏感でかつ複雑であり、最適な処
理でのみ、酸化物のエピタキシャル成長が実現されるの
であって、再現性に乏しい。
【００１２】また、一般に、酸化物のエピタキシャル成
長は、７００℃以上の高温が必要である。上記のように
清浄化されたＳｉ表面は、反応性に富み、上記の７００
℃以上の温度で、真空中においても、残留ガス特に炭化
水素と反応を起こし、表面にＳｉＣが形成されることに
より基板表面が汚染され、基板表面の結晶が乱れる。乱
れたＳｉ基板表面では、結晶情報が膜に十分伝わらず、
エピタキシャル成長が不可能になる。
長は、７００℃以上の高温が必要である。上記のように
清浄化されたＳｉ表面は、反応性に富み、上記の７００
℃以上の温度で、真空中においても、残留ガス特に炭化
水素と反応を起こし、表面にＳｉＣが形成されることに
より基板表面が汚染され、基板表面の結晶が乱れる。乱
れたＳｉ基板表面では、結晶情報が膜に十分伝わらず、
エピタキシャル成長が不可能になる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、酸
化物のエピタキシャル成長に際し、成膜温度領域で、Ｓ
ｉ表面の構造が安定で、かつ結晶構造情報を成長させる
酸化物膜へ伝える役割を果たし、再現性があり、量産性
に優れるＳｉ基板およびその表面処理方法を提供するこ
とを目的とするものである。
化物のエピタキシャル成長に際し、成膜温度領域で、Ｓ
ｉ表面の構造が安定で、かつ結晶構造情報を成長させる
酸化物膜へ伝える役割を果たし、再現性があり、量産性
に優れるＳｉ基板およびその表面処理方法を提供するこ
とを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明により達成される。 （１）Ｓｉ単結晶で構成され、その基板表面が、Ｓｒ、
Ｇｄ、ＺｒおよびＨｆの少なくとも１種類の金属と酸素
とにより形成された１×１の表面構造であって、Ｓｉ単
結晶（１００）面に対して入射方向［１１０］及び入射
方向［１−１０］のＲＨＥＥＤ像観察による測定を行っ
たとき、上記入射方向のいずれにおいても全く同じパタ
ーンが確認されることにより規定される１×１の表面構
造を有するＳｉ基板。 （２）Ｓｉ単結晶基板表面にＳｉ酸化物層を形成し、こ
の後、真空中で加熱しつつ、Ｓｒ、Ｇｄ、ＺｒおよびＨ
ｆの少なくとも１種類の金属と酸化性ガスとを表面に供
給し、基板表面を、Ｓｒ、Ｇｄ、ＺｒおよびＨｆの少な
くとも１種類の金属と酸素とにより形成された１×１の
表面構造であって、Ｓｉ単結晶（１００）面に対して入
射方向［１１０］及び入射方向［１−１０］のＲＨＥＥ
Ｄ像観察による測定を行ったとき、上記入射方向のいず
れにおいても全く同じパターンが確認されることにより
規定される１×１の表面構造を有することを特徴とする
Ｓｉ基板の表面処理方法。 （３）前記Ｓｉ酸化物層を形成する際、酸化性ガスを導
入した真空槽内で、Ｓｉ単結晶基板を３００〜７００℃
に加熱し、真空槽内の少なくとも基板近傍の雰囲気の酸
素分圧を１×１０-4Torr以上として、０．２〜１０nmの
Ｓｉ酸化物層を形成する上記（２）のＳｉ基板の表面処
理方法。 （４）前記金属の供給を、目的とする金属の蒸発により
行い、この蒸発の際、Ｓｉ単結晶基板の基板温度を６０
０℃〜１２００℃に設定し、この状態で、酸化性ガスを
導入し、真空槽内の少なくともＳｉ単結晶基板近傍の雰
囲気を１×１０-4〜１×１０-1Torrとする上記（２）ま
たは（３）のＳｉ基板表面処理方法。 （５）前記Ｓｉ単結晶基板を、その（１００）面が基板
表面となるように用いる上記（２）〜（４）のいずれか
のＳｉ基板表面処理方法。
（１）〜（５）の本発明により達成される。 （１）Ｓｉ単結晶で構成され、その基板表面が、Ｓｒ、
Ｇｄ、ＺｒおよびＨｆの少なくとも１種類の金属と酸素
とにより形成された１×１の表面構造であって、Ｓｉ単
結晶（１００）面に対して入射方向［１１０］及び入射
方向［１−１０］のＲＨＥＥＤ像観察による測定を行っ
たとき、上記入射方向のいずれにおいても全く同じパタ
ーンが確認されることにより規定される１×１の表面構
造を有するＳｉ基板。 （２）Ｓｉ単結晶基板表面にＳｉ酸化物層を形成し、こ
の後、真空中で加熱しつつ、Ｓｒ、Ｇｄ、ＺｒおよびＨ
ｆの少なくとも１種類の金属と酸化性ガスとを表面に供
給し、基板表面を、Ｓｒ、Ｇｄ、ＺｒおよびＨｆの少な
くとも１種類の金属と酸素とにより形成された１×１の
表面構造であって、Ｓｉ単結晶（１００）面に対して入
射方向［１１０］及び入射方向［１−１０］のＲＨＥＥ
Ｄ像観察による測定を行ったとき、上記入射方向のいず
れにおいても全く同じパターンが確認されることにより
規定される１×１の表面構造を有することを特徴とする
Ｓｉ基板の表面処理方法。 （３）前記Ｓｉ酸化物層を形成する際、酸化性ガスを導
入した真空槽内で、Ｓｉ単結晶基板を３００〜７００℃
に加熱し、真空槽内の少なくとも基板近傍の雰囲気の酸
素分圧を１×１０-4Torr以上として、０．２〜１０nmの
Ｓｉ酸化物層を形成する上記（２）のＳｉ基板の表面処
理方法。 （４）前記金属の供給を、目的とする金属の蒸発により
行い、この蒸発の際、Ｓｉ単結晶基板の基板温度を６０
０℃〜１２００℃に設定し、この状態で、酸化性ガスを
導入し、真空槽内の少なくともＳｉ単結晶基板近傍の雰
囲気を１×１０-4〜１×１０-1Torrとする上記（２）ま
たは（３）のＳｉ基板表面処理方法。 （５）前記Ｓｉ単結晶基板を、その（１００）面が基板
表面となるように用いる上記（２）〜（４）のいずれか
のＳｉ基板表面処理方法。
【００１５】
【発明の作用・効果】本発明によるＳｉ基板は、Ｓｉ表
面が反応性に富み不安定であることに鑑み、Ｓｉの結晶
表面を露出させずに、基板表面がアルカリ土類、希土類
（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種類の
金属と酸素により形成された１×１の表面構造を有して
いる。この表面は、平坦で周期性が良い結晶表面が現
れ、しかも酸化物のエピタキシャル成長に際し、成膜温
度領域で、構造が安定であるため、成長させる酸化物膜
へ結晶構造情報を良好に伝える。この基板を用いること
により、この基板上に結晶性、表面性の優れた酸化物エ
ピタキシャル膜を再現性よく製造することが可能にな
る。特に、酸化物エピタキシャル膜結晶において、バル
ク結晶構造を切断したときに考えられる基板の表面構造
は１×１構造となるので、この点からも良好なエピタキ
シャル成長を行わさせることが可能となると考えられ
る。
面が反応性に富み不安定であることに鑑み、Ｓｉの結晶
表面を露出させずに、基板表面がアルカリ土類、希土類
（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種類の
金属と酸素により形成された１×１の表面構造を有して
いる。この表面は、平坦で周期性が良い結晶表面が現
れ、しかも酸化物のエピタキシャル成長に際し、成膜温
度領域で、構造が安定であるため、成長させる酸化物膜
へ結晶構造情報を良好に伝える。この基板を用いること
により、この基板上に結晶性、表面性の優れた酸化物エ
ピタキシャル膜を再現性よく製造することが可能にな
る。特に、酸化物エピタキシャル膜結晶において、バル
ク結晶構造を切断したときに考えられる基板の表面構造
は１×１構造となるので、この点からも良好なエピタキ
シャル成長を行わさせることが可能となると考えられ
る。
【００１６】
【具体的構成】本発明のＳｉ基板は、Ｓｉ単結晶で構成
され、その基板表面が、アルカリ土類、希土類（Ｓｃ、
Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種類の金属と酸
素とにより形成された実質的に１×１の表面構造を有す
る。
され、その基板表面が、アルカリ土類、希土類（Ｓｃ、
Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種類の金属と酸
素とにより形成された実質的に１×１の表面構造を有す
る。
【００１７】表面構造は、反射高速電子線回折（Reflec
tion High Energy Electron Diffraction ：以下、ＲＨ
ＥＥＤと称する）による像のパターンで調べることがで
きる。例えば、本発明が目的とする１×１の表面構造の
場合、電子線入射方向が［１１０］で図１の（ａ）に示
したような１倍周期Ｃ１の完全なストリークパターンと
なり、入射方向を［１-1０］にしても全く同じパターン
となる。一方、Ｓｉ単結晶清浄表面は、１×２、２×
１、または、１×２と２×１が混在している表面構造と
なる。このような場合には、ＲＨＥＥＤ像のパターン
は、電子線の入射方向［１１０］または［１-1０］のい
ずれか、または両方で図１の（ｂ）に示したような、１
倍周期Ｃ１と２倍周期Ｃ２を持つパターンになる。本発
明の１×１の表面構造においては、上記ＲＨＥＥＤのパ
ターンでみて、入射方向が［１１０］および［１-1０］
両方で、図１の（ｂ）の２倍周期Ｃ２が見られない。な
お、ＲＨＥＥＤから表面１〜数原子程度の厚さの情報が
得られる。
tion High Energy Electron Diffraction ：以下、ＲＨ
ＥＥＤと称する）による像のパターンで調べることがで
きる。例えば、本発明が目的とする１×１の表面構造の
場合、電子線入射方向が［１１０］で図１の（ａ）に示
したような１倍周期Ｃ１の完全なストリークパターンと
なり、入射方向を［１-1０］にしても全く同じパターン
となる。一方、Ｓｉ単結晶清浄表面は、１×２、２×
１、または、１×２と２×１が混在している表面構造と
なる。このような場合には、ＲＨＥＥＤ像のパターン
は、電子線の入射方向［１１０］または［１-1０］のい
ずれか、または両方で図１の（ｂ）に示したような、１
倍周期Ｃ１と２倍周期Ｃ２を持つパターンになる。本発
明の１×１の表面構造においては、上記ＲＨＥＥＤのパ
ターンでみて、入射方向が［１１０］および［１-1０］
両方で、図１の（ｂ）の２倍周期Ｃ２が見られない。な
お、ＲＨＥＥＤから表面１〜数原子程度の厚さの情報が
得られる。
【００１８】またＳｉ清浄表面は、１×１構造を示す場
合がある。われわれの実験でも何度か観察されたが、１
×１を示す条件は、不明確で安定に再現性よく１×１を
Ｓｉ清浄面で得ることは、現状では不可能である。
合がある。われわれの実験でも何度か観察されたが、１
×１を示す条件は、不明確で安定に再現性よく１×１を
Ｓｉ清浄面で得ることは、現状では不可能である。
【００１９】１×２、２×１、１×１いずれの構造のＳ
ｉ清浄面は、真空中、高温で汚染されやすく、特に残留
ガス中に含まれる炭化水素と反応し表面にＳｉＣを形成
し、基板表面の結晶が乱れる。したがって、Ｓｉ基板上
に酸化膜を結晶成長させる際に適した１×１構造を安定
に形成することがこれまで不可能であった。
ｉ清浄面は、真空中、高温で汚染されやすく、特に残留
ガス中に含まれる炭化水素と反応し表面にＳｉＣを形成
し、基板表面の結晶が乱れる。したがって、Ｓｉ基板上
に酸化膜を結晶成長させる際に適した１×１構造を安定
に形成することがこれまで不可能であった。
【００２０】本発明の１×１の表面構造を示す表面は、
上記アルカリ土類、希土類（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、
Ｈｆの少なくとも１種類の金属をＭ、酸素およびＳｉの
相互作用により形成されている。この表面は高温、真空
中で汚染されることなく、安定で、酸化物を結晶成長さ
せる基板として最適である。
上記アルカリ土類、希土類（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、
Ｈｆの少なくとも１種類の金属をＭ、酸素およびＳｉの
相互作用により形成されている。この表面は高温、真空
中で汚染されることなく、安定で、酸化物を結晶成長さ
せる基板として最適である。
【００２１】金属Ｍとして、上記の中から２種以上用い
るときの量比は任意である。
るときの量比は任意である。
【００２２】なお、上記アルカリ土類金属とは、カルシ
ウムＣａ、ストロンチウムＳｒ、バリウムＢａ、ラジウ
ムＲａ、ベリリウムＢｅ、マグネシウムＭｇを示す。ま
た、希土類金属とは、イットリウムＹ、ランタンＬａ、
セリウムＣｅ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮｄ、プロ
メチウムＰｍ、サマリウムＳｍ、ユーロピウムＥｕ、ガ
ドリニウムＧｄ、テルビウムＴｂ、ジスプロシウムＤ
ｙ、ホルミウムＨｏ、エルビウムＥｒ、ツリウムＴｍ、
イッテルビウムＹｂ、ルテチウムＬｕおよびスカンジウ
ムＳｃを示す。
ウムＣａ、ストロンチウムＳｒ、バリウムＢａ、ラジウ
ムＲａ、ベリリウムＢｅ、マグネシウムＭｇを示す。ま
た、希土類金属とは、イットリウムＹ、ランタンＬａ、
セリウムＣｅ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮｄ、プロ
メチウムＰｍ、サマリウムＳｍ、ユーロピウムＥｕ、ガ
ドリニウムＧｄ、テルビウムＴｂ、ジスプロシウムＤ
ｙ、ホルミウムＨｏ、エルビウムＥｒ、ツリウムＴｍ、
イッテルビウムＹｂ、ルテチウムＬｕおよびスカンジウ
ムＳｃを示す。
【００２３】本発明のＳｉ基板は、その基板表面に、組
成Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δ（ここで、ＲはＹを含む希土類金
属であり、ｘ＝０〜０．７５好ましくは０．２〜０．５
０である。また、δは通常０〜０．５である。）および
ペロブスカイト等のエピタキシャル膜を良好に生長させ
ることができる。
成Ｚｒ1-x Ｒx Ｏ2-δ（ここで、ＲはＹを含む希土類金
属であり、ｘ＝０〜０．７５好ましくは０．２〜０．５
０である。また、δは通常０〜０．５である。）および
ペロブスカイト等のエピタキシャル膜を良好に生長させ
ることができる。
【００２４】上記ペロブスカイト構造を有するエピタキ
シャル膜とは、具体的には、Ｂｉ系酸化物超電導膜、Ｙ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-8 （ＹＢＣＯ）超電導膜等の高温超電
導膜、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＰＺＴ、ＰＬＺ
Ｔ、その他のＰｂ系ペロブスカイト、その他Ｂｉ系ペロ
ブスカイト、Ｂｉ層状化合物等の強誘電体膜、さらに
は、Ｌａ1-x Ｓｒx ＣｏＯ3 、Ｌａ1-x Ｓｒx Ｃａx Ｒ
ｕＯ3 等の酸化物導電膜が挙げられる。また、Ｉｎ2 Ｏ
3 （Ｓｎドープ）、その他酸化物導電膜、Ｐｔ、Ｓｉ、
Ｇｅ、ＧａＡｓ等の半導体やメタルの膜成長用基板とし
ても適する。
シャル膜とは、具体的には、Ｂｉ系酸化物超電導膜、Ｙ
Ｂａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-8 （ＹＢＣＯ）超電導膜等の高温超電
導膜、ＢａＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＰＺＴ、ＰＬＺ
Ｔ、その他のＰｂ系ペロブスカイト、その他Ｂｉ系ペロ
ブスカイト、Ｂｉ層状化合物等の強誘電体膜、さらに
は、Ｌａ1-x Ｓｒx ＣｏＯ3 、Ｌａ1-x Ｓｒx Ｃａx Ｒ
ｕＯ3 等の酸化物導電膜が挙げられる。また、Ｉｎ2 Ｏ
3 （Ｓｎドープ）、その他酸化物導電膜、Ｐｔ、Ｓｉ、
Ｇｅ、ＧａＡｓ等の半導体やメタルの膜成長用基板とし
ても適する。
【００２５】次に、本発明のＳｉ基板表面処理方法につ
いて説明する。
いて説明する。
【００２６】まず、Ｓｉ単結晶基板上にＳｉ酸化物層を
形成する。このＳｉ酸化物層の形成は、基板表面が清浄
化されたＳｉ単結晶基板を真空槽中に配置し、酸化性ガ
スを導入しつつ加熱して行ういわゆる熱酸化法により行
うことが好ましい。清浄化されたＳｉ単結晶基板の基板
表面は、上記したように極めて反応性に富むため、これ
を保護膜として用い、Ｓｉ単結晶基板表面を再配列、汚
染などから保護する。Ｓｉ単結晶基板の基板表面として
は、（１００）面を用いることが好ましい。上記Ｓｉ酸
化物層の層厚は、０．２〜１０nm程度、特に０．５〜１
０nmとすることが好ましい。０．２nm未満ではＳｉ表面
の保護が不完全であるからである。上限を１０nmとした
理由は、後述する。
形成する。このＳｉ酸化物層の形成は、基板表面が清浄
化されたＳｉ単結晶基板を真空槽中に配置し、酸化性ガ
スを導入しつつ加熱して行ういわゆる熱酸化法により行
うことが好ましい。清浄化されたＳｉ単結晶基板の基板
表面は、上記したように極めて反応性に富むため、これ
を保護膜として用い、Ｓｉ単結晶基板表面を再配列、汚
染などから保護する。Ｓｉ単結晶基板の基板表面として
は、（１００）面を用いることが好ましい。上記Ｓｉ酸
化物層の層厚は、０．２〜１０nm程度、特に０．５〜１
０nmとすることが好ましい。０．２nm未満ではＳｉ表面
の保護が不完全であるからである。上限を１０nmとした
理由は、後述する。
【００２７】この工程によるＳｉ酸化物層の形成におい
て、後の工程でＳｉ酸化膜を除去するためＳｉ酸化物膜
は薄く、かつＳｉ基板結晶を保護する必要があるため連
続したＳｉ酸化膜でなくてはならない。
て、後の工程でＳｉ酸化膜を除去するためＳｉ酸化物膜
は薄く、かつＳｉ基板結晶を保護する必要があるため連
続したＳｉ酸化膜でなくてはならない。
【００２８】そのため、上記方法が望ましい。他の方
法、たとえば自然酸化膜による方法、スパッタリングに
よるＳｉ酸化物の形成では、膜厚が薄い時アイランド状
に膜が形成されるため、Ｓｉ基板結晶の保護が不完全に
なる場合がある。
法、たとえば自然酸化膜による方法、スパッタリングに
よるＳｉ酸化物の形成では、膜厚が薄い時アイランド状
に膜が形成されるため、Ｓｉ基板結晶の保護が不完全に
なる場合がある。
【００２９】上記酸化性ガスとしては、酸素、オゾン、
原子状酸素、ＮＯ2 等を用いることができる。例えば、
酸化性ガスとして酸素を用いる場合、この酸素の導入
は、真空槽内を当初１×１０-7〜１×１０-4Torr程度の
真空にし、酸素の導入により、少なくともＳｉ単結晶基
板の近傍の雰囲気が１×１０-4Torr以上となるようにし
て行うことが好ましい。この雰囲気の酸素分圧の上限は
特になく、純酸素や空気であってもよいが、好ましくは
１×１０-1Torr程度以下がよい。
原子状酸素、ＮＯ2 等を用いることができる。例えば、
酸化性ガスとして酸素を用いる場合、この酸素の導入
は、真空槽内を当初１×１０-7〜１×１０-4Torr程度の
真空にし、酸素の導入により、少なくともＳｉ単結晶基
板の近傍の雰囲気が１×１０-4Torr以上となるようにし
て行うことが好ましい。この雰囲気の酸素分圧の上限は
特になく、純酸素や空気であってもよいが、好ましくは
１×１０-1Torr程度以下がよい。
【００３０】上記の加熱は、３００〜７００℃、特に５
００〜７００℃の温度に、０〜１０分程度保持して行う
ことが好ましい。このとき、昇温速度は、３０〜７０℃
／分程度とすることが好ましい。温度が高すぎたり、昇
温速度が早すぎると、Ｓｉ酸化膜の形成が不十分にな
り、逆に温度が低すぎたり、保持時間が長すぎると、Ｓ
ｉ酸化膜が厚すぎてしまう。
００〜７００℃の温度に、０〜１０分程度保持して行う
ことが好ましい。このとき、昇温速度は、３０〜７０℃
／分程度とすることが好ましい。温度が高すぎたり、昇
温速度が早すぎると、Ｓｉ酸化膜の形成が不十分にな
り、逆に温度が低すぎたり、保持時間が長すぎると、Ｓ
ｉ酸化膜が厚すぎてしまう。
【００３１】Ｓｉ酸化物層の形成は、上記熱酸化法の
他、ＳｉＯ2 をターゲットと用いてのスパッタ法や、蒸
着法等によって行うことができるが、前述したように薄
く、連続した保護膜が好ましい。
他、ＳｉＯ2 をターゲットと用いてのスパッタ法や、蒸
着法等によって行うことができるが、前述したように薄
く、連続した保護膜が好ましい。
【００３２】上記工程後、さらに真空中で所定の温度に
加熱する。Ｓｉ表面結晶は、保護膜により、保護されて
いるので、残留ガスである炭化水素と反応してＳｉＣ膜
が形成される等の汚染がない。
加熱する。Ｓｉ表面結晶は、保護膜により、保護されて
いるので、残留ガスである炭化水素と反応してＳｉＣ膜
が形成される等の汚染がない。
【００３３】加熱温度は、６００℃から１２００℃、好
ましくは７００℃から１１００℃とすることが望まし
い。６００℃未満であると、後述する１×１構造が得ら
れなくなることがある。１２００℃以上であると、保護
膜およびＳｉの蒸発により、Ｓｉ結晶は乱れてしまうこ
とがある。
ましくは７００℃から１１００℃とすることが望まし
い。６００℃未満であると、後述する１×１構造が得ら
れなくなることがある。１２００℃以上であると、保護
膜およびＳｉの蒸発により、Ｓｉ結晶は乱れてしまうこ
とがある。
【００３４】ついで、アルカリ土類金属、希土類（Ｓ
ｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種類の金属
と酸化性ガスとを表面に供給する。この過程で金属は、
前工程で形成したＳｉ酸化物による保護膜を還元し、除
去する。同時に露出したＳｉ表面結晶表面にアルカリ土
類金属、希土類（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの少な
くとも１種類の金属と酸素により、１×１の表面構造が
形成される。酸化性ガスとしては、上記のものを用いる
ことができる。
ｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの少なくとも１種類の金属
と酸化性ガスとを表面に供給する。この過程で金属は、
前工程で形成したＳｉ酸化物による保護膜を還元し、除
去する。同時に露出したＳｉ表面結晶表面にアルカリ土
類金属、希土類（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの少な
くとも１種類の金属と酸素により、１×１の表面構造が
形成される。酸化性ガスとしては、上記のものを用いる
ことができる。
【００３５】金属の供給量は、アルカリ土類金属、希土
類（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの酸化物換算で、単
位面積あたり０．３〜１０nm、特に３〜７nm程度が好ま
しい。０．３nm未満では、Ｓｉ酸化物の還元の効果が十
分に発揮できず、１０nmを超えると表面に原子レベルの
凹凸が発生し易くなり、表面の結晶の配列は、凹凸によ
り、１×１構造でなくなるためである。なお、上記Ｓｉ
酸化物層の層厚の上限の好ましい値を１０nmとした理由
は、１０nmを超えると、上記のように金属を供給しても
Ｓｉ酸化物層を十分に還元できなくなる可能性がでてく
るからである。なお、表面には前記の金属の供給量に応
じた金属と酸素を含む層が形成されていると考えられ
る。
類（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、Ｈｆの酸化物換算で、単
位面積あたり０．３〜１０nm、特に３〜７nm程度が好ま
しい。０．３nm未満では、Ｓｉ酸化物の還元の効果が十
分に発揮できず、１０nmを超えると表面に原子レベルの
凹凸が発生し易くなり、表面の結晶の配列は、凹凸によ
り、１×１構造でなくなるためである。なお、上記Ｓｉ
酸化物層の層厚の上限の好ましい値を１０nmとした理由
は、１０nmを超えると、上記のように金属を供給しても
Ｓｉ酸化物層を十分に還元できなくなる可能性がでてく
るからである。なお、表面には前記の金属の供給量に応
じた金属と酸素を含む層が形成されていると考えられ
る。
【００３６】酸化性ガスの導入は、酸素を用いるとき、
少なくとも基板近傍の雰囲気の酸素分圧が１×１０-4〜
１×１０-1Torr程度となるようにすることが好ましい。
最適酸素供給量は、真空槽の大きさ、ポンプの排気速度
その他の要因で決まり、あらかじめ最適な流量を求めて
おくことがよく、２〜５０cc／分程度供給することが好
ましい。
少なくとも基板近傍の雰囲気の酸素分圧が１×１０-4〜
１×１０-1Torr程度となるようにすることが好ましい。
最適酸素供給量は、真空槽の大きさ、ポンプの排気速度
その他の要因で決まり、あらかじめ最適な流量を求めて
おくことがよく、２〜５０cc／分程度供給することが好
ましい。
【００３７】以上のようにして得られたＳｉ表面処理基
板は、この基板上に結晶性、表面性の優れた上述した酸
化物エピタキシャル膜等が再現よく製造することが可能
になる。
板は、この基板上に結晶性、表面性の優れた上述した酸
化物エピタキシャル膜等が再現よく製造することが可能
になる。
【００３８】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。
をさらに詳細に説明する。
【００３９】Ｓｉ単結晶基板として、その表面が（１０
０）面となるように切断、鏡面研磨したＳｉ単結晶を用
いた。鏡面表面は購入後４０％フッ化アンモニウム水溶
液により、エッチング洗浄を行った。なお、上記単結晶
基板は、直径２インチの円形基板を用いた。
０）面となるように切断、鏡面研磨したＳｉ単結晶を用
いた。鏡面表面は購入後４０％フッ化アンモニウム水溶
液により、エッチング洗浄を行った。なお、上記単結晶
基板は、直径２インチの円形基板を用いた。
【００４０】真空槽内に設置された回転および加熱機構
を備えた基板ホルダーに上記単結晶基板を固定し、真空
蒸着槽を１０-6Torrまで油拡散ポンプにより排気した
後、基板近傍の雰囲気の酸素分圧を１０-2Torr程度にす
るため、酸素を１０cc／分の流量で導入し、この状態を
工程終了まで維持した。基板を回転させ、６００℃に加
熱した。回転数は、２０rpm とした。ここで、５分間保
持し、Ｓｉ表面にＳｉ酸化物による保護膜を形成した。
その膜厚は０．８nmであった。その後、その状態で基板
温度を９００℃に加熱した。ついで、実施例１としてＳ
ｒ（アルカリ土類金属）を、実施例２としてＧｄ（希土
類金属）を、実施例３として金属Ｚｒを、実施例４とし
て金属Ｈｆを、実施例５としてＳｒとＺｒを量比（重量
比）１：１でそれぞれ蒸発源からこれらそれぞれの金属
酸化物の膜厚に換算して５nm供給し、１×１の表面構造
を備える実施例１ないし５のＳｉ表面処理基板をそれぞ
れ得た。
を備えた基板ホルダーに上記単結晶基板を固定し、真空
蒸着槽を１０-6Torrまで油拡散ポンプにより排気した
後、基板近傍の雰囲気の酸素分圧を１０-2Torr程度にす
るため、酸素を１０cc／分の流量で導入し、この状態を
工程終了まで維持した。基板を回転させ、６００℃に加
熱した。回転数は、２０rpm とした。ここで、５分間保
持し、Ｓｉ表面にＳｉ酸化物による保護膜を形成した。
その膜厚は０．８nmであった。その後、その状態で基板
温度を９００℃に加熱した。ついで、実施例１としてＳ
ｒ（アルカリ土類金属）を、実施例２としてＧｄ（希土
類金属）を、実施例３として金属Ｚｒを、実施例４とし
て金属Ｈｆを、実施例５としてＳｒとＺｒを量比（重量
比）１：１でそれぞれ蒸発源からこれらそれぞれの金属
酸化物の膜厚に換算して５nm供給し、１×１の表面構造
を備える実施例１ないし５のＳｉ表面処理基板をそれぞ
れ得た。
【００４１】これら実施例１ないし５のＳｉ表面処理基
板について表面を測定したＲＨＥＥＤ像を図２ないし６
に示す。これらは電子線の入射方向［１１０］で測定し
たものであるが、入射方向［１-1０］で測定しても全く
同じパターンであった。図７は比較のための、本発明の
処理を施さない２×１構造のＳｉ表面、図８は上記加熱
温度を２００℃としたときのＲＨＥＥＤパターンであ
り、表面が乱れたＳｉ表面のＲＨＥＥＤ像を示す。図７
では２×１の大きな単位メッシュをもつ複雑な超構造の
パターンが現れている。図８では、ＳｉＣによる反射パ
ターンが観察され、Ｓｉ表面が汚染されＳｉ結晶表面が
乱れていることがわかる。本発明による図２から６のＲ
ＨＥＥＤパターンには超構造、ＳｉＣによる汚染などは
みられず１×１のストリークパターンのみが観察され、
安定な１×１の表面構造をしたＳｉ表面処理基板が得ら
れていることが確認される。
板について表面を測定したＲＨＥＥＤ像を図２ないし６
に示す。これらは電子線の入射方向［１１０］で測定し
たものであるが、入射方向［１-1０］で測定しても全く
同じパターンであった。図７は比較のための、本発明の
処理を施さない２×１構造のＳｉ表面、図８は上記加熱
温度を２００℃としたときのＲＨＥＥＤパターンであ
り、表面が乱れたＳｉ表面のＲＨＥＥＤ像を示す。図７
では２×１の大きな単位メッシュをもつ複雑な超構造の
パターンが現れている。図８では、ＳｉＣによる反射パ
ターンが観察され、Ｓｉ表面が汚染されＳｉ結晶表面が
乱れていることがわかる。本発明による図２から６のＲ
ＨＥＥＤパターンには超構造、ＳｉＣによる汚染などは
みられず１×１のストリークパターンのみが観察され、
安定な１×１の表面構造をしたＳｉ表面処理基板が得ら
れていることが確認される。
【００４２】本発明によるＳｉ表面処理基板上、例とし
て図４で示したＺｒを用いたＳｉ処理基板に、誘電体材
料であるＹＳＺを蒸着法によりエピタキシャル成長させ
た膜表面のＲＨＥＥＤパターンを図９に示す。回折パタ
ーンはシャープでストリーク状になっていることから、
ＹＳＺ誘電体膜は単結晶で、その表面は平坦であること
がわかる。前述した、比較例による、Ｓｉ上のＹＳＺエ
ピタキシャル膜のＲＨＥＥＤパターンと比較して、極端
にストリーク性が強い。従来のＹＳＺのエピタキシャル
膜の結晶性および表面性が本発明の効果により、大きく
改善されている。なお、Ｓｒ以外のアルカリ土類金属お
よびＧｄ以外の希土類金属についても同様の実験を行っ
たところ、Ｓｉ単結晶基板上にそれらの金属と酸素によ
り形成された１×１の表面構造が得られた。また、これ
らの１×１の表面構造を有するＳｉ基板および実施例
１、２、４、５のＳｉ基板を用いて、その基板表面上に
ＹＳＺを成長させたところ、上記と同様に良好なエピタ
キシャル膜が得られた。
て図４で示したＺｒを用いたＳｉ処理基板に、誘電体材
料であるＹＳＺを蒸着法によりエピタキシャル成長させ
た膜表面のＲＨＥＥＤパターンを図９に示す。回折パタ
ーンはシャープでストリーク状になっていることから、
ＹＳＺ誘電体膜は単結晶で、その表面は平坦であること
がわかる。前述した、比較例による、Ｓｉ上のＹＳＺエ
ピタキシャル膜のＲＨＥＥＤパターンと比較して、極端
にストリーク性が強い。従来のＹＳＺのエピタキシャル
膜の結晶性および表面性が本発明の効果により、大きく
改善されている。なお、Ｓｒ以外のアルカリ土類金属お
よびＧｄ以外の希土類金属についても同様の実験を行っ
たところ、Ｓｉ単結晶基板上にそれらの金属と酸素によ
り形成された１×１の表面構造が得られた。また、これ
らの１×１の表面構造を有するＳｉ基板および実施例
１、２、４、５のＳｉ基板を用いて、その基板表面上に
ＹＳＺを成長させたところ、上記と同様に良好なエピタ
キシャル膜が得られた。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるＳｉ
表面処理基板は、本発明のＳｉ表面処理基板は、Ｓｉ表
面がアルカリ土類、希土類（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、
Ｈｆの少なくとも１種類の金属と酸素により形成された
１×１の表面構造を有している。この表面ではＳｉ表面
の構造が安定で、かつ結晶構造情報を成長させる酸化物
膜へ伝える役割を果たす。この基板をもちいると、この
基板上に結晶性、表面性の優れた酸化物エピタキシャル
膜が再現よく製造することが可能になり、工業的に極め
て利用価値の高いものである。
表面処理基板は、本発明のＳｉ表面処理基板は、Ｓｉ表
面がアルカリ土類、希土類（Ｓｃ、Ｙを含む）、Ｚｒ、
Ｈｆの少なくとも１種類の金属と酸素により形成された
１×１の表面構造を有している。この表面ではＳｉ表面
の構造が安定で、かつ結晶構造情報を成長させる酸化物
膜へ伝える役割を果たす。この基板をもちいると、この
基板上に結晶性、表面性の優れた酸化物エピタキシャル
膜が再現よく製造することが可能になり、工業的に極め
て利用価値の高いものである。
【図１】（ａ）は、１×１の表面構造のＲＨＥＥＤパタ
ーンを示す模式図であり、（ｂ）は、２×１、１×２、
あるいはこれらが混合している場合の表面構造のＲＨＥ
ＥＤパターンを示す模式図である。
ーンを示す模式図であり、（ｂ）は、２×１、１×２、
あるいはこれらが混合している場合の表面構造のＲＨＥ
ＥＤパターンを示す模式図である。
【図２】Ｓｒ金属と酸素により形成された１×１の表面
構造を有する本発明の実施例１のＳｉ基板の表面結晶構
造を示す図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターンを
示すものであり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から
電子線を入射した場合の回折パターンである。
構造を有する本発明の実施例１のＳｉ基板の表面結晶構
造を示す図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターンを
示すものであり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から
電子線を入射した場合の回折パターンである。
【図３】Ｇｄ金属と酸素により形成された１×１の表面
構造を有する実施例２のＳｉ基板の表面結晶構造を示す
図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターンを示すもの
であり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から電子線を
入射した場合の回折パターンである。
構造を有する実施例２のＳｉ基板の表面結晶構造を示す
図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターンを示すもの
であり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から電子線を
入射した場合の回折パターンである。
【図４】Ｚｒ金属と酸素により形成された１×１の表面
構造を有する実施例３のＳｉ基板の表面結晶構造を示す
図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターンを示すもの
であり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から電子線を
入射した場合の回折パターンである。
構造を有する実施例３のＳｉ基板の表面結晶構造を示す
図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターンを示すもの
であり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から電子線を
入射した場合の回折パターンである。
【図５】Ｈｆ金属と酸素により形成された１×１の表面
構造を有する実施例４のＳｉ基板の表面結晶構造を示す
図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターンを示すもの
であり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から電子線を
入射した場合の回折パターンである。
構造を有する実施例４のＳｉ基板の表面結晶構造を示す
図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターンを示すもの
であり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から電子線を
入射した場合の回折パターンである。
【図６】Ｓｒ金属とＺｒ金属と酸素により形成された１
×１の表面構造を有する実施例５のＳｉ基板の表面結晶
構造を示す図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターン
を示すものであり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向か
ら電子線を入射した場合の回折パターンである。
×１の表面構造を有する実施例５のＳｉ基板の表面結晶
構造を示す図面代用写真であって、ＲＨＥＥＤパターン
を示すものであり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向か
ら電子線を入射した場合の回折パターンである。
【図７】本発明の処理を施さない比較例の２×１構造の
Ｓｉ基板表面の表面結晶構造を示す図面代用写真であっ
て、ＲＨＥＥＤパターンを示すものであり、Ｓｉ単結晶
基板の［１１０］方向から電子線を入射した場合の回折
パターンである。
Ｓｉ基板表面の表面結晶構造を示す図面代用写真であっ
て、ＲＨＥＥＤパターンを示すものであり、Ｓｉ単結晶
基板の［１１０］方向から電子線を入射した場合の回折
パターンである。
【図８】Ｓｉの形成を２００℃で行った場合の他の比較
例によるＳｉ基板表面の表面結晶構造を示す図面代用写
真であって、表面が乱れたＳｉ表面のＲＨＥＥＤ像を示
すＳｉ単結晶基板の［１１０］方向から電子線を入射し
た場合の回折パターンである。
例によるＳｉ基板表面の表面結晶構造を示す図面代用写
真であって、表面が乱れたＳｉ表面のＲＨＥＥＤ像を示
すＳｉ単結晶基板の［１１０］方向から電子線を入射し
た場合の回折パターンである。
【図９】本発明のＳｉ基板を用いて、誘電体薄膜である
ＹＳＺをエピタキシャル成長させた膜表面のＲＨＥＥＤ
パターンであり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から
電子線を入射した場合の回折パターンである。
ＹＳＺをエピタキシャル成長させた膜表面のＲＨＥＥＤ
パターンであり、Ｓｉ単結晶基板の［１１０］方向から
電子線を入射した場合の回折パターンである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/02 ＺＡＡＢ 39/24 ＺＡＡ 39/24 ＺＡＡＢ (56)参考文献 Ｔ．Ｉ．Ｍ．Ｂｏｏｔｓｍａ ａｎｄ Ｔ．Ｈｉｍｂａ，Ａ ｓｔｒａｉｎ− ｒｅｌｉｅｖｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗ ｔｈ ｏｆ ｍｅｔａｌｓ，Ｓｕｒｆａ ｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＨＯ，Ｅｌｓｅ ｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉ ｓｈｅｒｓ，1993年 １月 １日，287 ／288，ｐ．ｐ．921−924 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/314 H01L 21/02 H01L 21/20 H01L 21/203 H01L 21/316 H01L 39/02 ZAA H01L 39/24 ZAA
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｓｉ単結晶で構成され、その基板表面
が、Ｓｒ、Ｇｄ、ＺｒおよびＨｆの少なくとも１種類の
金属と酸素とにより形成された１×１の表面構造であっ
て、Ｓｉ単結晶（１００）面に対して入射方向［１１
０］及び入射方向［１−１０］のＲＨＥＥＤ像観察によ
る測定を行ったとき、上記入射方向のいずれにおいても
全く同じパターンが確認されることにより規定される１
×１の表面構造を有するＳｉ基板。 - 【請求項２】 Ｓｉ単結晶基板表面にＳｉ酸化物層を形
成し、この後、真空中で加熱しつつ、Ｓｒ、Ｇｄ、Ｚｒ
およびＨｆの少なくとも１種類の金属と酸化性ガスとを
表面に供給し、基板表面を、Ｓｒ、Ｇｄ、ＺｒおよびＨ
ｆの少なくとも１種類の金属と酸素とにより形成された
１×１の表面構造であって、Ｓｉ単結晶（１００）面に
対して入射方向［１１０］及び入射方向［１−１０］の
ＲＨＥＥＤ像観察による測定を行ったとき、上記入射方
向のいずれにおいても全く同じパターンが確認されるこ
とにより規定される１×１の表面構造を有することを特
徴とするＳｉ基板の表面処理方法。 - 【請求項３】 前記Ｓｉ酸化物層を形成する際、酸化性
ガスを導入した真空槽内で、Ｓｉ単結晶基板を３００〜
７００℃に加熱し、真空槽内の少なくとも基板近傍の雰
囲気の酸素分圧を１×１０-4Torr以上として、０．２〜
１０nmのＳｉ酸化物層を形成する請求項２のＳｉ基板の
表面処理方法。 - 【請求項４】 前記金属の供給を、目的とする金属の蒸
発により行い、この蒸発の際、Ｓｉ単結晶基板の基板温
度を６００℃〜１２００℃に設定し、この状態で、酸化
性ガスを導入し、真空槽内の少なくともＳｉ単結晶基板
近傍の雰囲気を１×１０-4〜１×１０-1Torrとする請求
項２または３のＳｉ基板表面処理方法。 - 【請求項５】 前記Ｓｉ単結晶基板を、その（１００）
面が基板表面となるように用いる請求項２〜４のいずれ
かのＳｉ基板表面処理方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08318495A JP3346939B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | Ｓｉ基板およびその表面処理方法 |
| US08/516,356 US5828080A (en) | 1994-08-17 | 1995-08-17 | Oxide thin film, electronic device substrate and electronic device |
| US08/644,829 US5810923A (en) | 1994-08-17 | 1996-05-10 | Method for forming oxide thin film and the treatment of silicon substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08318495A JP3346939B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | Ｓｉ基板およびその表面処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08255790A JPH08255790A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3346939B2 true JP3346939B2 (ja) | 2002-11-18 |
Family
ID=13795238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08318495A Expired - Lifetime JP3346939B2 (ja) | 1994-08-17 | 1995-03-15 | Ｓｉ基板およびその表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3346939B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4457587B2 (ja) | 2002-09-05 | 2010-04-28 | セイコーエプソン株式会社 | 電子デバイス用基体の製造方法及び電子デバイスの製造方法 |
| CN101641806B (zh) * | 2007-03-30 | 2011-11-30 | 佳能株式会社 | 外延膜、压电元件、铁电元件、它们的制造方法以及液体排出头 |
| EP2978882B1 (en) * | 2013-03-27 | 2020-06-24 | Beijing Tongmei Xtal Technology Co., Ltd. | Controllable oxygen concentration in semiconductor substrate |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP08318495A patent/JP3346939B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｔ．Ｉ．Ｍ．Ｂｏｏｔｓｍａ ａｎｄ Ｔ．Ｈｉｍｂａ，Ａ ｓｔｒａｉｎ−ｒｅｌｉｅｖｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｅｔａｌｓ，Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，ＨＯ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，１９９３年 １月 １日，２８７／２８８，ｐ．ｐ．９２１−９２４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08255790A (ja) | 1996-10-01 |
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