JP3360706B2 - Silicon substrate surface treatment method - Google Patents

Silicon substrate surface treatment method

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JP3360706B2
JP3360706B2 JP11310495A JP11310495A JP3360706B2 JP 3360706 B2 JP3360706 B2 JP 3360706B2 JP 11310495 A JP11310495 A JP 11310495A JP 11310495 A JP11310495 A JP 11310495A JP 3360706 B2 JP3360706 B2 JP 3360706B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路を製造または
結晶表面の研究に適用されるシリコン基板の表面処理方
法に係わり、特にシリコン基板面上に存在する原子ステ
ップを人為的に制御し、原子のスケールで平坦な領域と
ステップの集まった領域とを任意のパターンで分離し、
または規則的な原子ステップ配列構造を実現させたり、
シリコン基板表面に部分的に原子ステップの存在しない
または原子ステップの密度が極めて低い平坦な結晶面を
形成するシリコン基板の表面処理方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for treating a surface of a silicon substrate applied to the manufacture of an integrated circuit or the study of a crystal surface, and more particularly to a method of artificially controlling atomic steps existing on the surface of a silicon substrate. Separating the flat area and the area where steps are gathered on the atomic scale with an arbitrary pattern,
Or to realize a regular atomic step arrangement structure,
The present invention relates to a surface treatment method for a silicon substrate which forms a flat crystal plane in which atomic steps are partially absent or extremely low in atomic step density on the surface of the silicon substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から用いられているシリコン基板
は、ウエーハに切り出した後、機械化学研磨したもので
あり、このシリコン基板の表面には、原子ステップが無
秩序に存在していた。原子ステップは、1原子層ないし
数原子層の高さの段階で低指数の結晶面と実際の表面と
の間に僅かな角度がつくために生じるものである。
2. Description of the Related Art A conventionally used silicon substrate is cut into a wafer and then subjected to mechanical chemical polishing, and atomic steps are randomly present on the surface of the silicon substrate. Atomic steps occur because of the slight angle between the low index crystal plane and the actual surface at the height of one or several atomic layers.

【0003】原子ステップは、平坦な表面の欠陥であ
り、表面や界面を活性層とする素子の特性に影響を及ぼ
す。したがって、素子の基板として用いるシリコン基板
表面の原子ステップ分布を人為的に制御し、素子活性層
から原子ステップを排除することが必要である。また、
原子ステップは結晶表面の吸着やエピタキシャル成長の
開始点としても作用する。従来のシリコン基板では、原
子ステップの密度が高いため、吸着や結晶成長には必ず
原子ステップの影響が存在していた。吸着や結晶成長の
基礎過程を解明するには、原子ステップの無い状況での
研究が望まれていた。
[0003] Atomic steps are defects on a flat surface and affect the characteristics of a device having a surface or interface as an active layer. Therefore, it is necessary to artificially control the atomic step distribution on the surface of the silicon substrate used as the substrate of the element, and to eliminate the atomic step from the element active layer. Also,
The atomic step also acts as a starting point for adsorption and epitaxial growth on the crystal surface. In a conventional silicon substrate, since the density of atomic steps is high, the influence of atomic steps always exists on adsorption and crystal growth. In order to elucidate the basic processes of adsorption and crystal growth, research in a situation without atomic steps has been desired.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
シリコン基板は、基板表面に原子ステップが無秩序に存
在していたため、次に説明するような問題があった。ま
ず、従来技術によるMOSトランジスタにおいて、ゲー
ト酸化膜の極薄膜化に伴い、酸化膜界面の原子スケール
での凹凸が絶縁耐圧や耐圧の長期劣化に影響するように
なってきている。つまり、従来技術によれば、表面に無
秩序に存在する原子ステップによる凹凸を避けることが
できなかった。
However, the conventional silicon substrate has the following problems because atomic steps exist randomly on the substrate surface. First, in the MOS transistor according to the prior art, as the gate oxide film becomes extremely thin, the irregularities at the interface of the oxide film on the atomic scale are affecting the withstand voltage and the long-term deterioration of the withstand voltage. That is, according to the prior art, it was not possible to avoid irregularities due to atomic steps randomly present on the surface.

【0005】また、近年、表面の原子ステップを用いた
微細構造の形成が試みられている。例えば分子線エピタ
キシャル成長法や化学気相成長法を用い、原子ステップ
の端から原子ステップに沿った領域にのみ第1の組成を
持つ結晶層を成長させ、次いで第2の組成を持つ結晶層
を残りの領域に成長させ、前記工程を繰り返すことによ
って表面に平行な長周期を付与させた分数層超格子が提
案されている。
[0005] In recent years, attempts have been made to form a fine structure using atomic steps on the surface. For example, using a molecular beam epitaxial growth method or a chemical vapor deposition method, a crystal layer having the first composition is grown only in a region along the atomic step from the end of the atomic step, and the crystal layer having the second composition is left. A fractional layer superlattice in which a long period parallel to the surface is provided by repeating the above process by growing in a region of the above type has been proposed.

【0006】しかしながら、従来技術によりこの分数層
超格子を形成すると、結晶成長の進行する原子ステップ
端がウエーハ全面にわたって規則正しく配列していない
ため、ウエーハ内の一部分しか設計通りの構造が形成さ
れず、分数層超格子が正しく形成される領域を指定でき
ないという問題があった。
However, when this fractional layer superlattice is formed by the conventional technique, the atomic step ends where crystal growth progresses are not regularly arranged over the entire surface of the wafer, so that only a part of the inside of the wafer is formed as designed. There is a problem that a region where a fractional layer superlattice is correctly formed cannot be specified.

【0007】また、従来の機械化学研磨により作製した
シリコン基板では、実際の表面を低指数の結晶面に正確
に一致させことは極めて困難であり、一般的には、実際
の表面と低指数の結晶面との間に0.3度程度の誤差が
あった。これは原子ステップ密度として105 /cm、
すなわち100nm間隔に1本の原子ステップが存在し
ていた。このため、数100nmから数μmの大きさで
ある素子活性層には、数本から数十本の原子ステップが
含まれ、素子特性に対する原子ステップの影響は不可避
であった。
In addition, it is extremely difficult to accurately match the actual surface of a silicon substrate manufactured by conventional mechanical chemical polishing with a low-index crystal plane. There was an error of about 0.3 degrees with the crystal plane. This is an atomic step density of 10 5 / cm,
That is, one atomic step was present at 100 nm intervals. Therefore, an element active layer having a size of several hundred nm to several μm contains several to several tens of atomic steps, and the influence of the atomic steps on the element characteristics is inevitable.

【0008】また、機械化学研磨の精度を上げ、前述し
た誤差を0.03度程度にまで向上させることは可能で
あったが、シリコン基板の価格が10倍以上となり、一
般の素子製造に用いることはできなかった。一方、表面
科学の基礎研究には、さらに原子ステップ密度の低いシ
リコン基板、例えば原子ステップ間隔が10μm以上の
基板が必要であったが、このような高精度のシリコン基
板を得ることは事実上不可能であった。
Although it has been possible to improve the precision of the mechanical chemical polishing and improve the above-mentioned error to about 0.03 degrees, the cost of the silicon substrate is ten times or more, and it is used for general device manufacturing. I couldn't do that. On the other hand, basic research in surface science required a silicon substrate with a lower atomic step density, for example, a substrate with an atomic step interval of 10 μm or more, but it is practically impossible to obtain such a highly accurate silicon substrate. It was possible.

【0009】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、ウ
エーハ全面にわたって原子ステップを指定した位置に配
置することができるシリコン基板の表面処理方法を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method of surface treating a silicon substrate capable of arranging atomic steps at designated positions over the entire surface of a wafer. To provide.

【0010】また、本発明の他の目的は、シリコン基板
表面の指定した位置に原子ステップの無いまたは原子ス
テップ密度の極めて低い平坦な結晶面を形成することが
できるシリコン基板の表面処理方法を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to provide a surface treatment method for a silicon substrate capable of forming a flat crystal plane having no atomic steps or an extremely low atomic step density at a designated position on the surface of the silicon substrate. Is to do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、シリコン基板上に予め原子ステップ
の運動を規制するシリコンから構成される凹部を通常の
集積回路製造工程で用いる微細加工技術によって形成し
ておき、しかる後、超高真空中または超高真空と同等の
作用をもつ不活性ガス中で熱処理し、冷却過程で生じる
原子ステップの再配列を人工的に制御するようにしたも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device in which a concave portion made of silicon for controlling the movement of an atomic step is previously formed on a silicon substrate. It is formed by processing technology, and then heat-treated in an ultra-high vacuum or an inert gas having the same effect as the ultra-high vacuum to artificially control the rearrangement of atomic steps that occur during the cooling process. It was done.

【0012】また、他の発明は、通常の集積回路製造工
程で用いる微細加工技術によってシリコン基板の所定の
位置に、内部に原子ステップを有する凹部を形成してお
き、しかる後、シリコン基板の表面に被膜の無い状態で
真空中,還元雰囲気中または不活性ガス中において11
00℃以上の温度で熱処理し、凹部の内部にある原子ス
テップの方向が互いに逆になる部分から原子ステップの
方向に応じて互いに逆方向に原子ステップを後退させる
ことにより、原子ステップを凹部の底面から排除するよ
うにしたものである。
In another aspect of the present invention, a concave portion having an atomic step therein is formed at a predetermined position on a silicon substrate by a fine processing technique used in a normal integrated circuit manufacturing process. In a vacuum, in a reducing atmosphere or in an inert gas without a coating
Heat treatment at a temperature of 00 ° C or higher
From the part where the directions of the steps are opposite to each other,
The atomic steps are retreated in opposite directions according to the direction, so that the atomic steps are eliminated from the bottom surface of the concave portion.

【0013】[0013]

【作用】シリコン基板の清浄表面上のシリコン原子は、
超高真空中において高温では自由に運動することがで
き、したがってシリコン基板上の原子ステップもやはり
その配列を変えることができる。高温から低温に冷却す
ると、その過程でも、シリコン基板面の理想的な低指数
面からの傾斜方向,傾斜角,冷却速度などに応じて原子
ステップは再配列することが知られている。しかし、例
えば0.5度傾斜した(100)面上には、1cm当た
り6.4×105 個のステップが存在し、そのままでは
シリコン基板全面で揃った配列をとることは不可能であ
る。しかし、原子ステップが再配列するときに原子ステ
ップの動きを制限する核が存在し、それが規則正しく並
んでいれば、ステップはそれらの核に沿って配列し、シ
リコン基板全面での配列制御が可能となる。
The silicon atoms on the clean surface of the silicon substrate are
At high temperatures in ultra-high vacuum, they are free to move, so that the atomic steps on the silicon substrate can also change their arrangement. It is known that when cooling from a high temperature to a low temperature, even in the process, the atomic steps rearrange in accordance with the inclination direction, the inclination angle, the cooling rate, etc. from the ideal low index surface of the silicon substrate surface. However, for example, there are 6.4 × 10 5 steps per cm on the (100) plane inclined by 0.5 °, and it is impossible to form a uniform array over the entire silicon substrate as it is. However, if there are nuclei that restrict the movement of atomic steps when the atomic steps rearrange, and if they are arranged regularly, the steps will be arranged along those nuclei, and the arrangement control over the entire silicon substrate is possible Becomes

【0014】このような原子ステップを配列させる核
は、例えば炭化シリコンの微細な結晶であってもある程
度の作用をもつが、集積回路を製造する過程では有害な
ものであり、使用を避けるべきものである。本発明で
は、原子ステップを配列させた後、その核となったウエ
ーハ表面の凹は完全に平坦化され、原子ステップが配
列している以外には従来技術によるウエーハとの相違が
ない。したがって、その後の集積回路の製造工程に全く
影響を及ぼさず、従来の製造工程にそのまま使用できる
特徴を有している。
The nucleus for arranging such atomic steps has a certain effect even if it is a fine crystal of, for example, silicon carbide, but is harmful in the process of manufacturing an integrated circuit and should be avoided from being used. It is. In the present invention, after arranging atomic steps, recess of the wafer surface that was its core is completely flattened, in addition to atomic step are arranged in no difference between the wafer according to the prior art. Therefore, it has a feature that it has no effect on the subsequent integrated circuit manufacturing process and can be used as it is in the conventional manufacturing process.

【0015】被膜の無い清浄なシリコン基板表面を真空
中,還元雰囲気中または不活性ガス中で熱処理すると、
表面原子の蒸発が生じる。表面原子の蒸発は、原子ステ
ップの位置から選択的に生じるため、蒸発に伴い、原子
ステップの移動が起こる。表面に形成された凹部では、
底面とこれを囲む側壁面との間に原子ステップの向きが
逆になる部分が必ず存在する。この部分では、ステップ
の移動方向が逆になるため、熱蒸発により原子ステップ
の無いテラス領域が拡大される。
When a clean silicon substrate surface without a coating is heat-treated in a vacuum, a reducing atmosphere or an inert gas,
Evaporation of surface atoms occurs. Since the evaporation of the surface atoms occurs selectively from the position of the atomic steps, the atomic steps move with the evaporation. In the recess formed on the surface,
There is always a portion where the direction of the atomic steps is reversed between the bottom surface and the side wall surface surrounding the bottom surface. In this part, since the moving direction of the steps is reversed, the terrace region without the atomic steps is enlarged by thermal evaporation.

【0016】熱処理を継続することにより、原子ステッ
プを側壁に寄せ集め、最終的に凹部の底面全体から原子
ステップを排除することができる。凹部の形状や大きさ
は、任意のものとすることができる。また、集積回路製
造工程で用いる微細加工技術を利用するので、シリコン
基板の所望の位置に必要な数だけ原子ステップの無い平
坦な結晶面を形成することができる。
By continuing the heat treatment, the atomic steps can be gathered to the side wall, and finally the atomic steps can be eliminated from the entire bottom surface of the concave portion. The shape and size of the concave portion can be arbitrary. Further, since the fine processing technique used in the integrated circuit manufacturing process is used, a required number of flat crystal planes without atomic steps can be formed at desired positions on the silicon substrate.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。 (実施例1)図1は、本発明によるシリコン基板の表面
処理方法の一実施例を説明するためのシリコン基板の斜
視図である。図1において、1はシリコン基板、2は原
子ステップの集まり(以下、ステップバンチという)、
3はステップバンチ2が規則的に配列した第1の領域、
4はステップバンチ2が規則的に配列した第2の領域で
あり、第1の領域3と第2の領域4とはステップバンチ
2の相互間の間隔等が異なっている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of a silicon substrate for describing one embodiment of a method for treating a surface of a silicon substrate according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a silicon substrate, 2 is a group of atomic steps (hereinafter referred to as a step bunch),
3 is a first area in which the step bunches 2 are regularly arranged;
Reference numeral 4 denotes a second region in which the step bunches 2 are regularly arranged. The first region 3 and the second region 4 are different from each other in the interval between the step bunches 2 and the like.

【0018】本実施例は、原子ステップを予め指定した
位置に規則正しく集めたシリコン基板の表面処理方法で
あり、これらのステップバンチ2の中に含まれる原子ス
テップの数やステップバンチ2の相互間の距離をシリコ
ン基板面内の場所で自由に選べるようにしたものであ
る。
The present embodiment is a method for treating the surface of a silicon substrate in which atomic steps are regularly collected at predetermined positions. The number of atomic steps included in these step bunches 2 and the distance between the step bunches 2 are different. The distance can be freely selected at a place in the plane of the silicon substrate.

【0019】図2〜図5は、図1に示すシリコン基板の
表面処理方法を説明するための各工程の要部斜視図であ
る。これらの図において、5は前述したシリコン基板1
の一部、6はシリコン基板1の一部5の主面に形成され
た微細な孔(以下、小孔という)、7はシリコン基板1
の一部5の主面に存在する原子ステップ、8,9はステ
ップバンチである。
FIG. 2 to FIG. 5 are perspective views of a main part of each step for explaining the surface treatment method for the silicon substrate shown in FIG. In these figures, reference numeral 5 denotes the silicon substrate 1 described above.
, 6 are fine holes (hereinafter referred to as small holes) formed in the main surface of the portion 5 of the silicon substrate 1, and 7 is the silicon substrate 1.
Atomic steps existing on the main surface of a part 5 of the above, and steps 8 and 9 are step bunches.

【0020】以下、実施例1のシリコン基板が形成され
る工程と原理とについて説明する。まず、通常の工程で
製造されたシリコンウエーハを用意する。このウエーハ
には、特別な制約はないが、面指数、すなわち(10
0)面,(111)面または別の指数面かによって原子
ステップの配列は異なり、また、理想的な前記指数面か
らの傾斜角によって原子ステップの密度は異なる。した
がってウエーハ面の選択は、本発明によって作製したウ
エーハの用途によって決められるべきものである。
Hereinafter, the process and principle of forming the silicon substrate of the first embodiment will be described. First, a silicon wafer manufactured by a normal process is prepared. This wafer has no particular restrictions, but the surface index, ie, (10
The arrangement of the atomic steps differs depending on whether the plane is the (0) plane, the (111) plane or another index plane, and the density of the atomic steps differs depending on the inclination angle from the ideal index plane. Therefore, the choice of the wafer surface should be determined by the use of the wafer produced according to the present invention.

【0021】本実施例では、[1,1,バー2]方向に
1度傾斜したシリコン(111)面を主面とするウエー
ハを用意し、公知の方法で洗浄した後、ウエーハの主面
上に所望の原子ステップ構造に応じたパターンで微細な
を形成し、図2に示す構造を得る。ここで用いた工
程は、公知のフォトリソグラフィおよび反応性イオンエ
ッチングであり、特殊な技術を要しない。本実施例で
は、半径0.5μm,深さ0.1μmの小孔6を間隔2
μmでウエーハの全面に形成した。
In the present embodiment, a wafer having a silicon (111) plane inclined at one degree in the [1,1, bar 2] direction as a main surface is prepared, washed by a known method, and then placed on the main surface of the wafer. to form fine <br/> recess in a pattern corresponding to the desired atomic step structure, a structure shown in FIG. The processes used here are known photolithography and reactive ion etching, and do not require special techniques. In this embodiment, small holes 6 having a radius of 0.5 μm and a depth of 0.1 μm are formed at intervals of 2 μm.
It was formed on the entire surface of the wafer with a thickness of μm.

【0022】次に前記ウエーハを洗浄した後、高真空装
置内で加熱した。ここでは、真空圧力10-10 Torr,1
200℃で5分間の熱処理を行った。この過程でウエー
ハ表面の凹が平坦になるように表面のシリコン原子の
移動が起こる。この移動は、1100℃を超えると極め
て活発になり、前述した基板表面の凹が消失し、ほぼ
平坦化されることになる。なお、この凹の消失による
平坦化によりその後の素子等の加工が容易となる。
Next, after cleaning the wafer, the wafer was heated in a high vacuum apparatus. Here, the vacuum pressure is 10 −10 Torr, 1
Heat treatment was performed at 200 ° C. for 5 minutes. Recess of the wafer surface in this process occurs the migration of silicon atoms on the surface to be flat. This movement will become very active if it exceeds 1100 ° C., the concave portion of the above-mentioned substrate surface is lost, will be substantially planarized. Note that, by flattening due to loss of the recessed portion is processed such subsequent element becomes easy.

【0023】このとき、表面に存在していた原子ステッ
プも再配列するが、原子ステップの移動は最初に形成し
た小孔6で止まり、それ以上は動かない。このため、小
孔6と隣接する小孔6との間に存在していた原子ステッ
プは、全て小孔6のところに集まり、図3に示すように
ステップバンチ8を形成する。このステップバンチ8
は、小孔6が完全に埋まり、表面が平坦になるまで位置
を変えない。
At this time, the atomic steps existing on the surface are rearranged, but the movement of the atomic steps stops at the small hole 6 formed first and does not move any further. For this reason, all the atomic steps existing between the small hole 6 and the adjacent small hole 6 gather at the small hole 6 to form a step bunch 8 as shown in FIG. This step bunch 8
Does not change position until the small holes 6 are completely filled and the surface becomes flat.

【0024】しかる後、基板温度を下げてゆくと、この
ステップバンチ8はそのまま維持されるので、図4に示
すような最初に小孔6の列が形成されて位置にステップ
バンチ9が配列し、図2に示した小孔6が完全に消滅し
たウエーハが得られる。
Thereafter, when the substrate temperature is lowered, the step bunches 8 are maintained as they are, so that the rows of small holes 6 are first formed as shown in FIG. Thus, a wafer is obtained in which the small holes 6 shown in FIG. 2 have completely disappeared.

【0025】以上、説明した実施例で小孔6の列の間隔
を例えば2倍にしても小孔6の列の間にある原子ステッ
プはやはり小孔6の位置に集まるため、異なる小孔6の
列の間隔を持つパターンに対しても、ステップバンチは
同時に形成される。したがって図5に示すようにウエー
ハ上に異なるパターンで原子ステップを再配列させるこ
とも可能である。
In the above-described embodiment, even if the interval between the rows of the small holes 6 is doubled, for example, the atomic steps between the rows of the small holes 6 are also collected at the position of the small holes 6. Step bunches are also formed simultaneously for a pattern having a row spacing of. Therefore, it is possible to rearrange the atomic steps on the wafer in different patterns as shown in FIG.

【0026】このような表面処理方法によれば、表面に
存在する原子ステップをウエーハ上の指定した位置に集
めることができるので、例えばMOS集積回路の形成に
適用すれば、回路パターン中で素子分離領域や配線領域
のような原子ステップの影響を受け難い部分に原子ステ
ップを集めておくことができる。このようなウエーハ上
にMOS集積回路を形成すると、ゲート酸化膜の直下に
は原子ステップが全く存在せず、原子ステップ以下のス
ケールで平坦であるので、表面凹凸に起因する酸化膜の
耐圧の劣化および信頼性の劣化がなくなり、したがっ
て、より一層のゲート酸化膜の膜厚の薄膜化が可能とな
る。
According to such a surface treatment method, atomic steps existing on the surface can be collected at a designated position on the wafer. For example, if the present invention is applied to the formation of a MOS integrated circuit, the element isolation in the circuit pattern can be achieved. Atomic steps can be collected in a portion that is not easily affected by atomic steps, such as a region or a wiring region. When a MOS integrated circuit is formed on such a wafer, there is no atomic step immediately below the gate oxide film, and the wafer is flat on a scale smaller than the atomic step. In addition, the reliability is not deteriorated, so that the gate oxide film can be further reduced in thickness.

【0027】(実施例2)図6〜図8は、本発明による
シリコン基板の表面処理方法の他の実施例を説明するた
めの各工程の要部斜視図である。本実施例では、分数層
超格子などに必要な等間隔に並んだステップ配列を指定
した位置に実現しようとするものである。図6は、前述
した図4と同じ構造であり、作製プロセスに同じである
が、本実施例では、[バー1,バー1,2]方向に1度
傾斜したシリコン(111)面を用いていることが異な
る。
(Embodiment 2) FIGS. 6 to 8 are perspective views of main parts of respective steps for explaining another embodiment of the method for treating the surface of a silicon substrate according to the present invention. In the present embodiment, an attempt is made to realize step arrays arranged at equal intervals required for a fractional layer superlattice or the like at designated positions. FIG. 6 shows the same structure as that of FIG. 4 described above, and is the same as the manufacturing process. However, in this embodiment, a silicon (111) plane tilted once in the [bar 1, bar 1, 2] direction is used. Is different.

【0028】図6において、最初に形成した小孔6が完
全に埋まるまでステップバンチ9は維持される。しか
し、小孔6が埋まった後、温度を下げてゆくと、図7に
示すようにステップバンチ9が再び解けてゆき、十分な
時間をかければ最終的には図8に示すように原子ステッ
プ12が等間隔に再配列した構造となる。ここで、9は
すでに形成されているステップバンチ、10はステップ
バンチ9から分かれてきた原子ステップ、11はステッ
プバンチ10から分かれ十分に離れた原子ステップ、1
2は再配列後の原子ステップをそれぞれ示している。
In FIG. 6, the step bunch 9 is maintained until the small hole 6 formed first is completely filled. However, when the temperature is lowered after the small holes 6 are filled, the step bunch 9 is melted again as shown in FIG. 7, and after a sufficient time, finally, the atomic step is performed as shown in FIG. 12 are rearranged at equal intervals. Here, 9 is a step bunch already formed, 10 is an atomic step separated from the step bunch 9, 11 is an atomic step separated from the step bunch 10 and sufficiently separated, 1
Numeral 2 indicates each atomic step after rearrangement.

【0029】本実施例において、このような原子ステッ
プの再配列が冷却中に生じる理由は、[1,1,バー
2]方向に傾斜したシリコン(111)面では室温でス
テップバンチを形成した方が安定であるのに対して[バ
ー1,バー1,2]方向に傾斜したシリコン(111)
面では、原子ステップが互いに離れていた方が安定であ
るからである。
In this embodiment, the reason why such rearrangement of atomic steps occurs during cooling is that a step bunch is formed at room temperature on the silicon (111) plane inclined in the [1,1, bar 2] direction. Is stable while silicon (111) inclined in the direction of [bar 1, bar 1, 2]
This is because the surface is more stable when the atomic steps are apart from each other.

【0030】本実施例では、1200℃の熱処理により
小孔6を埋めた後、直ちに900℃まで冷却し、その
後、1分当たり10度づつ温度を下げ、ステップバンチ
9を十分に解いて原子ステップを等間隔になるようにし
て図8に示すような構造を得た。
In this embodiment, after the small holes 6 are filled by a heat treatment at 1200 ° C., the temperature is immediately cooled to 900 ° C., and then the temperature is decreased by 10 ° C. per minute, and the step bunch 9 is sufficiently released to remove the atomic steps. Were equally spaced to obtain a structure as shown in FIG.

【0031】本発明を用いなかったときは、無数の原子
ステップが長距離で相関を持たず、ある場所を指定した
とき、必ずしもその位置に規則正しいステップ配列が実
現しているとは限らない。しかし、本実施例では、一度
原子ステップを小孔によって指定した位置に集め、しか
る後、原子ステップを再び解くので、ウエーハ上の決ま
った位置、例えば分数層超格子を形成したい領域に原子
ステップを規則正しく配列することができる。
When the present invention is not used, countless atomic steps have no correlation over long distances, and when a certain place is designated, a regular step arrangement is not always realized at that position. However, in this embodiment, the atomic steps are once collected at the position specified by the small holes, and then the atomic steps are solved again.Therefore, the atomic steps are set at a fixed position on the wafer, for example, in a region where a fractional superlattice is to be formed. They can be arranged regularly.

【0032】また、本実施例よる表面処理方法による分
数層超格子の形成においては、原子ステップをウエーハ
表面に等間隔に配列する必要がある。原子ステップには
互いに反発する力があるため、適当な条件を選べば部分
的には等間隔に配列させることができる。本実施例を用
いると、原子ステップを予め指定した場所に配置させお
くことができる。この状態から適当な熱処理と冷却とを
行えば、原子ステップは互いに離れ、等間隔に並ぶが、
最初の状態が長距離で秩序を持っているため、原子ステ
ップが規則正しく配列した領域と、これらの領域間の境
界領域とが最初の微細加工パターンによって決定されて
いる。
In forming a fractional layer superlattice by the surface treatment method according to the present embodiment, it is necessary to arrange atomic steps on the wafer surface at equal intervals. Since the atomic steps have a repulsive force, they can be partially arranged at equal intervals by selecting appropriate conditions. By using this embodiment, the atomic steps can be arranged at a predetermined position. If appropriate heat treatment and cooling are performed from this state, the atomic steps are separated from each other and are arranged at equal intervals,
Since the initial state has an order over a long distance, a region in which atomic steps are regularly arranged and a boundary region between these regions are determined by the first microfabrication pattern.

【0033】分数層超格子を用いたデバイスを集積化す
るには、設計通りに分数層超格子が形成されているとこ
ろにデバイスのパターンを割り当て、前記境界領域を素
子分離領域や配線領域として利用すれば良い。
In order to integrate a device using the fractional layer superlattice, a device pattern is allocated to a place where the fractional layer superlattice is formed as designed, and the boundary region is used as an element isolation region or a wiring region. Just do it.

【0034】なお、前述した実施例においては、シリコ
ン基板を高真空中で熱処理した場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば還
元性雰囲気中または不活性ガス中で熱処理を行っても前
述と同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the above-described embodiment, the case where the silicon substrate is heat-treated in a high vacuum has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the heat treatment may be performed in a reducing atmosphere or in an inert gas. It goes without saying that the same effect as described above can be obtained even if heat treatment is performed.

【0035】(実施例3)図9(a),(b)は、本発
明によるシリコン基板の表面処理方法の他の実施例を説
明するための図であり、図9(a)はシリコン基板に形
成した凹部の平面図,図9(b)は表面付近のA−A′
線の断面図である。図9において、21はシリコン基
板、22は原子ステップ、23は低指数の結晶面、24
は凹部の底面、25は凹部の側壁である。
(Embodiment 3) FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining another embodiment of the method for treating the surface of a silicon substrate according to the present invention. FIG. 9B is a plan view of the recess formed in FIG.
It is sectional drawing of a line. In FIG. 9, 21 is a silicon substrate, 22 is an atomic step, 23 is a low-index crystal plane, 24
Is a bottom surface of the concave portion, and 25 is a side wall of the concave portion.

【0036】なお、図9では説明の都合上、原子ステッ
プ22の段差や間隔を強調して示してある。凹部の断面
形状として表面に形成したクレータ,周囲を凸部で囲ま
れた平面および凸部の一部が開放されている3種類の構
造を例示したが、側壁25部の形状はこれら3種類に限
らず、いかなる形状,傾斜角でも良い。これらの凹部は
シリコン基板21の所望の位置に任意の数だけ形成する
ことができる。
In FIG. 9, steps and intervals of the atomic steps 22 are emphasized for convenience of explanation. Although the crater formed on the surface as the cross-sectional shape of the concave portion, the plane surrounded by the convex portion, and the three types of structures in which a part of the convex portion is opened are illustrated, the shape of the side wall 25 portion is different from these three types. The shape and the inclination angle are not limited and may be any shape. Any number of these concave portions can be formed at desired positions on the silicon substrate 21.

【0037】なお、凸部の一部が開放されている場合、
開放部分は原子ステップの階段の高い側にとる。以下に
説明するように原子ステップの階段の低い側の凸部の側
壁が原子ステップの動きに対して重要な作用を及ぼす。
また、図9では、原子ステップ22の方向と凹部境界パ
ターンの方向とが完全に一致していない一般的な場合を
示した。本実施例の効果は、原子ステップ22に対する
パターン方向いかんに係わらず、得ることができる。
When a part of the convex portion is open,
The open part is taken on the high side of the atomic step stairs. As explained below, the side wall of the convex portion on the lower side of the step of the atomic step has an important effect on the movement of the atomic step.
FIG. 9 shows a general case where the direction of the atomic step 22 does not completely match the direction of the concave boundary pattern. The effect of this embodiment can be obtained regardless of the pattern direction for the atomic step 22.

【0038】図10(a)〜(d)は、図9に示した凹
部のうち、クレータを例にとって熱処理により原子ステ
ップの無い領域が形成されていく過程を説明する断面図
である。他の形状の凹部についても同様な効果が得られ
る。以下、図にしたがって原子ステップの無い領域が形
成されていく過程を説明する。
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views for explaining the process of forming a region having no atomic steps by heat treatment using the crater as an example in the concave portion shown in FIG. Similar effects can be obtained for recesses having other shapes. Hereinafter, a process of forming a region without an atomic step will be described with reference to the drawings.

【0039】まず、通常の工程により製造されたシリコ
ンウエーハを用意する。このウエーハは特別な制約はな
いが、面指数、すなわち(100)面,(111)面ま
たは他の指数面に依存して原子ステップの分布や高さは
異なり、また、前述した指数面からの傾斜角によって原
子ステップの密度は異なる。したがって、ウエーハ面の
選択は、本発明によって作製したウエーハの用途によっ
て決められるべきものである。
First, a silicon wafer manufactured by a normal process is prepared. Although there is no particular restriction on this wafer, the distribution and height of atomic steps differ depending on the plane index, that is, the (100) plane, the (111) plane, or other index planes. The atomic step density differs depending on the tilt angle. Therefore, the choice of the wafer surface should be determined by the use of the wafer produced according to the present invention.

【0040】本実施例では、[1,1,バー2]方向に
1.5度傾斜したシリコン(111)面を主面とするウ
エーハを用意し、公知の方法で洗浄した後、ウエーハの
主面上に所望のパターンで凹部を形成し、図10(a)
に示す構造を得る。ここで用いた工程は、公知のフォト
リソグラフィ法および反応性イオンエッチング法であ
り、特殊な技術を要しない。本実施例では、深さ1μ
m,面積20μm×100μmの矩形状の凹部を間隔2
0μmでウエーハ全面に形成した。
In this embodiment, a wafer whose main surface is a silicon (111) plane inclined by 1.5 degrees in the [1,1, bar 2] direction is prepared, and is cleaned by a known method. A concave portion is formed in a desired pattern on the surface, and FIG.
The structure shown in FIG. The process used here is a known photolithography method and a reactive ion etching method, and does not require a special technique. In this embodiment, the depth is 1 μm.
m, a rectangular recess having an area of 20 μm × 100 μm and an interval of 2
It was formed on the entire surface of the wafer at 0 μm.

【0041】次にこのウエーハを希弗酸溶液中で洗浄し
て表面の酸化膜を除去した後、酸化性の溶液、ここでは
硫酸,過酸化水素および水の混合液を用いて膜厚の薄い
酸化被膜を形成した。次にこのウエーハを高真空装置内
で加熱した。ここでは、圧力10-10 Torrの高真空中で
電子線照射により加熱温度1200℃で熱処理を行っ
た。温度はシリコン(111)面表面の(7×7)−
(1×1)相転移温度を830℃として較正した。
Next, the wafer is washed in a dilute hydrofluoric acid solution to remove an oxide film on the surface, and then thinned using an oxidizing solution, here, a mixed solution of sulfuric acid, hydrogen peroxide and water. An oxide film was formed. Next, the wafer was heated in a high vacuum apparatus. Here, the heat treatment was performed at a heating temperature of 1200 ° C. by electron beam irradiation in a high vacuum at a pressure of 10 −10 Torr. The temperature is (7 × 7) on the silicon (111) surface.
The (1 × 1) phase transition temperature was calibrated at 830 ° C.

【0042】真空中での昇温過程において、800℃か
ら900℃の間で前述したウエーハ表面の薄い酸化膜は
蒸発し、清浄な表面が得られる。清浄な表面を高温で加
熱することにより、ウエーハ表面の原子の移動と蒸発と
が起こる。これらは1100℃を超えると、極めて活発
となり、以下に説明するステップの移動を促進するとと
もに反応性イオンエッチングによって表面に生じた微細
な凹凸が平坦化する。したがって、加熱温度は1100
℃以上であることが好ましい。
In the process of raising the temperature in a vacuum, the thin oxide film on the wafer surface is evaporated between 800 ° C. and 900 ° C. to obtain a clean surface. Heating a clean surface at a high temperature causes movement and evaporation of atoms on the wafer surface. When these temperatures exceed 1100 ° C., they become extremely active, and promote the movement of the steps described below, and flatten fine irregularities generated on the surface by reactive ion etching. Therefore, the heating temperature is 1100
It is preferable that the temperature is not lower than ° C.

【0043】加熱により、表面の原子は原子ステップ2
2の位置から選択的に蒸発する。これにより、図10
(b)に示すように凹部の側壁25は高密度の原子ステ
ップが集まったステップバンチに変化する。一方、原子
ステップの階段の低い側に位置する底面の点Aでは、側
壁25側では原子ステップが図の左方向に後退するのに
対し、底面24では原子ステップ22が右方向に移動す
るため、(111)結晶面23が拡がる。さらに加熱を
続けることにより、図10(c),(d)に示すように
(111)結晶面23が拡がり続け、最終的には凹部の
底面24全体が原子ステップ22の無い(111)結晶
面23に変化する。
By heating, the atoms on the surface become atomic steps 2
Evaporate selectively from position 2. As a result, FIG.
As shown in (b), the side wall 25 of the concave portion changes into a step bunch in which high-density atomic steps are gathered. On the other hand, at the point A on the bottom surface located on the lower side of the stairs of the atomic step, the atomic step retreats leftward on the side wall 25 side, whereas the atomic step 22 moves rightward on the bottom surface 24, The (111) crystal plane 23 expands. By continuing the heating, the (111) crystal plane 23 continues to expand as shown in FIGS. 10C and 10D, and finally the entire bottom surface 24 of the concave portion has no (111) crystal plane without the atomic step 22. 23.

【0044】図11は、1220℃における加熱時間と
(111)結晶面の幅との関係を示す図である。図中に
○印でプロットしたように約20分の加熱で20μmの
幅の領域を原子ステップの無い(111)結晶面に変化
させることができた。なお、高温加熱による表面原子の
蒸発は、前述したように主に原子ステップ端から生じる
が、加熱温度が1200℃以上と高い場合、(111)
結晶面の幅が15μmを超えると、テラスの中央かも蒸
発が生じる。この場合、約10μm間隔に1個の割合で
テラス中央に周囲を原子ステップで囲まれた1原子層の
深さの穴が生じる。しかし、これによるステップ密度は
10μmに1ないし2個であり、事実上無視できる。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the heating time at 1220 ° C. and the width of the (111) crystal plane. As plotted with a circle in the figure, a region having a width of 20 μm could be changed to a (111) crystal plane without atomic steps by heating for about 20 minutes. As described above, the evaporation of surface atoms due to high-temperature heating mainly occurs from the end of atomic steps, but when the heating temperature is as high as 1200 ° C. or higher, (111)
If the width of the crystal plane exceeds 15 μm, evaporation occurs in the center of the terrace. In this case, one hole with a depth of one atomic layer is formed at the center of the terrace at an interval of about 10 μm and surrounded by atomic steps. However, the resulting step density is one or two per 10 μm, which is virtually negligible.

【0045】前述したように図9において、矩形状の凹
部の辺と原子ステップの方向とが一致していなくても、
目的とする平坦面を得ることができる。しかし、幾何学
的な考察から容易に判るように矩形状の凹部の1辺が原
子ステップの方向と一致している場合に最短の加熱時間
で平坦面が得られる。このとき、原子ステップと直交す
る凹部側壁は、原子ステップの後退には寄与しないもの
の、凹部底面の原子ステップを凹部の外側の原子ステッ
プから隔離する作用を有する。この側壁が存在しない場
合、外側の原子ステップの影響を受けるため、原子ステ
ップの後退は途中で停止する。
As described above, in FIG. 9, even if the sides of the rectangular recess do not match the directions of the atomic steps,
An intended flat surface can be obtained. However, as can be easily understood from geometrical considerations, a flat surface can be obtained in the shortest heating time when one side of the rectangular concave portion matches the direction of the atomic step. At this time, the side wall of the concave portion orthogonal to the atomic step does not contribute to the retreat of the atomic step, but has an action of isolating the atomic step on the bottom surface of the concave portion from the atomic step outside the concave portion. If this side wall does not exist, the retreat of the atomic step stops halfway because it is affected by the outer atomic step.

【0046】なお、前述した実施例では、真空中での電
子ビーム加熱を用いたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば加熱手段に他の公知の方法を用いる
ことができる。また、還元性雰囲気中または不活性ガス
雰囲気中で加熱を行っても同様の効果が得られる。
In the above-described embodiment, the electron beam heating in a vacuum is used. However, the present invention is not limited to this. For example, other known methods can be used for the heating means. Similar effects can be obtained by heating in a reducing atmosphere or an inert gas atmosphere.

【0047】(実施例4)図12は、本発明によるシリ
コン基板の表面処理方法の他の実施例を説明するための
シリコン基板に形成した凹部の表面付近の断面図であ
る。図12において、26は直流電源である。本実施例
では、シリコン基板21に直流電源26から直流を直接
通電して加熱を行い、原子ステップ22の無い広い平坦
面を形成しようとするものである。図12は前述した図
9と同じ構造であり、作製プロセス,洗浄および昇温工
程も同じであるが、本実施例では、シリコン基板21の
原子ステップ22にほぼ直交する方向に電流を流して通
電加熱を行うことが異なっている。
(Embodiment 4) FIG. 12 is a cross-sectional view showing the vicinity of the surface of a concave portion formed in a silicon substrate for explaining another embodiment of the surface treatment method for a silicon substrate according to the present invention. In FIG. 12, reference numeral 26 denotes a DC power supply. In this embodiment, a direct current is directly supplied from a DC power supply 26 to the silicon substrate 21 to heat the silicon substrate 21 to form a wide flat surface without the atomic steps 22. FIG. 12 has the same structure as that of FIG. 9 described above, and has the same manufacturing process, cleaning, and temperature raising step. In this embodiment, however, a current is supplied in a direction substantially orthogonal to the atomic steps 22 of the silicon substrate 21 to supply current. Performing heating is different.

【0048】本実施例では、[1,1,バー2]方向に
1.5度傾斜したシリコン(111)面を主面とする抵
抗率約10Ωcmのウエーハを用い、原子ステップを下
る方向である[1,1,バー2]方向に直流電流を流
し、圧力10-10 Torrの高真空中で1220℃に加熱し
た。この原子ステップを下る通電方向と加熱温度との組
み合わせは、(111)面に対して傾斜した表面にステ
ップバンチングを誘起する条件である。ステップバンチ
ングを誘起する温度範囲や原子ステップに対する通電方
向(言い換えれば電場の方向)は、公知文献(例えばY.
Homma,R.J.McClell and H.Hibino:Jpn.J.Appl.Phys.29
(1990)L2254)に示されている。
In the present embodiment, a wafer having a resistivity of about 10 Ωcm and having a silicon (111) plane inclined at 1.5 degrees in the [1,1, bar 2] direction as a principal surface is used, and the direction of the atomic step is lowered. A direct current was passed in the [1,1, bar 2] direction, and the substrate was heated to 1220 ° C. in a high vacuum at a pressure of 10 −10 Torr. The combination of the heating direction and the energizing direction down the atomic step is a condition for inducing step bunching on a surface inclined with respect to the (111) plane. The temperature range in which step bunching is induced and the direction of energization to the atomic steps (in other words, the direction of the electric field) are described in known literature (for example, Y.
Homma, RJ McClell and H. Hibino: Jpn.J. Appl. Phys. 29
(1990) L2254).

【0049】この文献によると、830℃〜950℃お
よび1200℃〜1300℃の温度範囲では、原子ステ
ップを下る方向に電場を印加した場合にステップバンチ
ングが生じる。また、1050℃〜1150℃および1
300℃より高温の温度範囲では、逆に原子ステップを
昇る方向に電場を印加した場合にステップバンチングが
生じる。したがって、本実施例では、ステップバンチン
グを誘起する方向に電場を印加すると、表面原子の移動
が促進され、平坦面の形成が加速される。
According to this document, in a temperature range of 830 ° C. to 950 ° C. and 1200 ° C. to 1300 ° C., step bunching occurs when an electric field is applied in a direction down an atomic step. In addition, 1050 ° C to 1150 ° C and 1
In a temperature range higher than 300 ° C., a step bunching occurs when an electric field is applied in the direction in which the atomic steps rise. Therefore, in this embodiment, when an electric field is applied in a direction that induces step bunching, movement of surface atoms is promoted, and formation of a flat surface is accelerated.

【0050】図11中には、本実施例による加熱時間と
(111)結晶面の幅との関係を●印でプロットしてあ
る。実施例3の場合に比較すると、(111)結晶面の
幅が2倍の速度で増加した。したがって、本実施例によ
れば、より平坦面を短時間で形成することが可能にな
る。
In FIG. 11, the relationship between the heating time and the width of the (111) crystal plane according to the present embodiment is plotted with a black circle. Compared to Example 3, the width of the (111) crystal plane increased at twice the speed. Therefore, according to the present embodiment, a flat surface can be formed in a shorter time.

【0051】なお、図11には、(111)結晶面の幅
が約40μmまでの例を示したが、さらに長時間の加熱
により100μmオーダーの原子ステップの無い平坦面
も容易に形成することができる。また、(111)結晶
面からの傾斜角の小さいウエーハを用いれば、より短時
間で広い平坦面を得ることができる。
Although FIG. 11 shows an example in which the width of the (111) crystal plane is up to about 40 μm, a flat surface without atomic steps of the order of 100 μm can be easily formed by heating for a long time. it can. If a wafer having a small inclination angle from the (111) crystal plane is used, a wide flat surface can be obtained in a shorter time.

【0052】なお、本実施例では、真空中での通電加熱
を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
例えば還元性雰囲気中または不活性ガス雰囲気中で通電
加熱を行っても、同様の効果が得られる。また、直接通
電加熱の代わりにシリコン基板を電場中に配置して他の
公知の方法で加熱しても同様の効果が得られる。
In this embodiment, electric heating in vacuum is used, but the present invention is not limited to this.
For example, the same effect can be obtained by conducting electric heating in a reducing atmosphere or an inert gas atmosphere. Further, the same effect can be obtained by disposing the silicon substrate in an electric field and heating by another known method instead of the direct current heating.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
表面に存在する原子ステップをシリコン基板上の指定し
た位置に配置することができるので、表面に無秩序に存
在する原子ステップによる凹凸に起因する絶縁耐圧や耐
圧の長期劣化がなくなり、信頼性および歩留まりを低下
させることなく、性能向上が達成できる。
As described above, according to the present invention,
Since atomic steps existing on the surface can be arranged at specified positions on the silicon substrate, dielectric breakdown voltage and long-term deterioration of breakdown voltage due to irregularities caused by atomic steps existing randomly on the surface are eliminated, and reliability and yield are improved. Performance can be improved without lowering.

【0054】また、本発明によれば、表面に存在する原
子ステップをシリコン基板上の指定した位置に配置し、
しかる後、原子ステップを再び解くので、シリコン基板
上の決まった位置(例えば分数層超格子を形成したい領
域)に原子ステップを規則正しく配列することができ、
分数層超格子を用いたデバイスの高密度集積化および高
歩留まり化が達成できる。
According to the present invention, an atomic step existing on a surface is arranged at a designated position on a silicon substrate.
Then, the atomic steps are solved again, so that the atomic steps can be regularly arranged at a predetermined position on the silicon substrate (for example, a region where a fractional superlattice is to be formed),
High-density integration and high yield of devices using fractional layer superlattices can be achieved.

【0055】また、他の発明によれば、ウエーハ上で指
定した位置に原子ステップの無い平坦面を形成できるの
で、例えばMOS集積回路の形成に適用すれば、回路パ
ターンの中で素子活性層であるチャネル領域からステッ
プを排除し、素子分離領域や配線領域のような原子ステ
ップの影響を受け易い部分に原子ステップを集めておく
ことができる。このようなウエーハ上にMOS集積回路
を形成すると、ゲート酸化膜の直下には原子ステップが
全く存在せず、原子ステップ以下のスケールで平坦であ
るので、表面凹凸に起因する酸化膜の耐圧の劣化および
信頼性の劣化がなくなり、したがって、より一層のゲー
ト酸化膜の膜厚の薄膜化が可能となるという極めて優れ
た効果が得られる。
According to another aspect of the present invention, a flat surface without atomic steps can be formed at a position specified on a wafer. Steps can be excluded from a certain channel region, and atomic steps can be collected in a portion susceptible to the atomic steps, such as an element isolation region and a wiring region. When a MOS integrated circuit is formed on such a wafer, there is no atomic step immediately below the gate oxide film, and the wafer is flat on a scale smaller than the atomic step. In addition, there is no deterioration in reliability, and therefore, an extremely excellent effect that the thickness of the gate oxide film can be further reduced can be obtained.

【0056】また、本発明によれば、数十〜数百μmさ
らにはmmオーダーに及ぶ広い領域をステップの無い低
指数の結晶面とさせることができる。このように広い原
子ステップの無い平坦面は従来の研磨による方法で実現
することは事実上不可能である。したがって、本発明で
作製したシリコン基板を用いることにより、原子ステッ
プの影響を受けない状態での表面吸着やエピタキシャル
成長の研究を行うことができ、基礎科学の研究にも多大
な進歩をもたらすことができるという極めて優れた効果
が得られる。
Further, according to the present invention, a wide area of several tens to several hundreds μm or even on the order of mm can be formed as a crystal plane having a low index without any step. A flat surface without such a wide atomic step is practically impossible to realize by a conventional polishing method. Therefore, by using the silicon substrate manufactured according to the present invention, it is possible to conduct research on surface adsorption and epitaxial growth without being affected by atomic steps, and to make great progress in basic science research. This is an extremely excellent effect.

【0057】また、本発明によるシリコン基板の表面処
理方法は、シリコン集積回路の全ての分野に適用可能で
あり、さらに研究開発用または実験用基板としても利用
できるという極めて優れた効果が得られる。
Further, the method for treating the surface of a silicon substrate according to the present invention can be applied to all fields of silicon integrated circuits, and has an extremely excellent effect that it can be used as a substrate for research and development or for experiments.

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

【図1】 本発明によるシリコン基板の表面処理方法の
一実施例を説明するシリコン基板の斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a silicon substrate for explaining one embodiment of a surface treatment method for a silicon substrate according to the present invention.

【図2】 本発明によるシリコン基板の表面処理方法を
説明する工程の要部斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a main part of a step for explaining a surface treatment method for a silicon substrate according to the present invention.

【図3】 図2の工程に引き続く工程の要部斜視図であ
る。
FIG. 3 is a perspective view of a main part of a step that follows the step of FIG. 2;

【図4】 図3の工程に引き続く工程の要部斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of a main part of a step that follows the step of FIG. 3;

【図5】 図4の工程に引き続く工程の要部斜視図であ
る。
FIG. 5 is an essential part perspective view of a step that follows the step of FIG. 4;

【図6】 本発明によるシリコン基板の表面処理方法の
他の実施例を説明するシリコン基板の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of a silicon substrate for explaining another embodiment of the surface treatment method for the silicon substrate according to the present invention.

【図7】 図6の工程に引き続く工程の要部斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view of relevant parts in a step that follows the step of FIG. 6;

【図8】 図7の工程に引き続く工程の要部斜視図であ
る。
8 is an essential part perspective view of a step that follows the step of FIG. 7;

【図9】 本発明によるシリコン基板の表面処理方法の
他の実施例を説明するシリコン基板の平面図およびA−
A′線の断面図である。
FIG. 9 is a plan view of a silicon substrate for explaining another embodiment of the surface treatment method for a silicon substrate according to the present invention, and FIG.
It is sectional drawing of the A 'line.

【図10】 本発明によるシリコン基板の表面処理方法
を説明する各工程における要部斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view of a main part in each step for explaining a surface treatment method for a silicon substrate according to the present invention.

【図11】 本発明によるシリコン基板の表面処理方法
の実施例による効果を説明する加熱時間と平坦な(11
1)結晶面の幅との関係を示す図である。
FIG. 11 is a graph showing a heating time and a flat (11) for explaining the effect of the embodiment of the surface treatment method for a silicon substrate according to the present invention.
1) It is a diagram showing a relationship with the width of a crystal plane.

【図12】 本発明によるシリコン基板の表面処理方法
の他の実施例を説明するシリコン基板の要部断面図であ
る。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a principal part of a silicon substrate, for explaining another embodiment of the method for treating the surface of a silicon substrate according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…原子ステップの集まり(ステッ
プバンチ)、3…第1の領域、4…第2の領域、5…シ
リコン基板の一部、6…微細な穴(小孔)、7…原子ス
テップ、8…ステップバンチ、9…ステップバンチ、1
0…原子ステップ、11…原子ステップ、12…原子ス
テップ、21…シリコン基板、22…原子ステップ、2
3…低指数の結晶面、24…凹部の底面、25…凹部の
側壁、26…直流電源。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Group of atomic steps (step bunch), 3 ... 1st area, 4 ... 2nd area, 5 ... Part of silicon substrate, 6 ... Fine hole (small hole), 7 ... Atomic step, 8 ... step bunch, 9 ... step bunch, 1
0: atomic step, 11: atomic step, 12: atomic step, 21: silicon substrate, 22: atomic step, 2
3: low index crystal plane, 24: bottom surface of concave portion, 25: side wall of concave portion, 26: DC power supply.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/02 H01L 21/20 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/02 H01L 21/20

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリコン基板の所定の位置にシリコンか
ら構成される凹部を施し、前記シリコン基板を高真空
中,還元性雰囲気中または不活性ガス中で熱処理し、前
記シリコン基板の表面の原子ステップを前記凹によっ
て指定された位置に配列させ、原子ステップ構造に規
則性を付与することを特徴とするシリコン基板の表面処
理方法。
1. A method according to claim 1, wherein the silicon is located at a predetermined position on the silicon substrate .
Applying et configured recess, wherein in the silicon substrate high vacuum, heat treated at or in an inert gas in a reducing atmosphere, the specified atomic steps on the surface of the silicon substrate Te <br/> by the recess A surface treatment method for a silicon substrate, wherein the silicon substrate is arranged at different positions to give regularity to the structure of the atomic steps.
【請求項2】 請求項1において、前記シリコン基板と
して、表面が理想的指数面に対して傾斜したシリコン基
板を用い、前記シリコン基板上に施された前記凹部が前
記シリコン基板の表面の原子ステップにほぼ平行な列の
みから形成されていることを特徴とするシリコン基板の
表面処理方法。
2. The silicon substrate according to claim 1, wherein
The silicon substrate whose surface is inclined with respect to the ideal index plane
The concave portion formed on the silicon substrate is
Of a row substantially parallel to the atomic steps on the surface of the silicon substrate
A method for treating a surface of a silicon substrate, characterized in that the surface treatment is performed only on the silicon substrate.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、前記
熱処理の温度を1100℃以上とすることを特徴とする
シリコン基板の表面処理方法。
3. The method according to claim 1, wherein
A surface treatment method for a silicon substrate, wherein the temperature of the heat treatment is 1100 ° C. or higher .
【請求項4】 請求項1,請求項2または請求項3にお
いて、前記シリコン基板が[1,1,バー2]方向に傾
いたシリコン(111)面であることを特徴とするシリ
コン基板の表面処理方法。
4. The method according to claim 1, wherein the silicon substrate is tilted in a [1,1, bar 2] direction.
A surface treatment method for a silicon substrate, wherein the surface is a silicon (111) surface .
【請求項5】 請求項1,請求項2または請求項3に
いて、前記シリコン基板が[バー1,バー1,2]方向
に傾いたシリコン(111)面であることを特徴とする
シリコン基板の表面処理方法。
5. The method of claim 1, that it had contact <br/> to claim 2 or claim 3, wherein the silicon substrate [bar 1, the bar 2 is an inclined silicon (111) plane in the direction Characteristic surface treatment method for a silicon substrate.
【請求項6】 シリコン基板の所定の位置に、内部に原
子ステップを有する凹部を形成し、前記シリコン基板を
表面に被膜の無い状態で真空中,還元雰囲気中または不
活性ガス中において1100℃以上の温度で熱処理し、
前記凹部の内部にある前記原子ステップの方向が互いに
逆になる部分から前記原子ステップの方向に応じて互い
に逆方向に前記原子ステップを後退させることにより、
前記シリコン基板の凹部の内部に前記原子ステップの無
いまたは原子ステップ密度の極めて低い領域を形成する
ことを特徴とするシリコン基板の表面処理方法。
6. A silicon substrate at a predetermined position inside the silicon substrate.
Forming a recess having a child step,
Vacuum, reducing atmosphere or non-
Heat treatment at a temperature of 1100 ° C. or more in an active gas,
The directions of the atomic steps inside the recess are mutually
From the opposite part each other according to the direction of the atomic step
By retracting the atomic step in the opposite direction to
The absence of the atomic step inside the recess of the silicon substrate
Forming a region having a very low atomic step density .
【請求項7】 請求項6において、前記凹部が前記シリ
コン基板の表面に形成した底部が平坦なクレータまたは
周囲が凸部で囲まれた平面から形成されていることを特
徴とするシリコン基板の表面処理方法。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the recess is formed in the silicon.
Crater with a flat bottom formed on the surface of the control board or
A method for treating a surface of a silicon substrate, wherein the surface is formed from a plane surrounded by convex portions .
【請求項8】 請求項6または請求項7において、前記
凹部の形状が矩形で あることを特徴とするシリコン基板
の表面処理方法。
8. The method of claim 6 or claim 7, the surface treatment method of a silicon substrate, wherein the shape of said recess is rectangular.
【請求項9】 請求項6,請求項7または請求項8にお
いて、前記凹部の側壁を形成する凸部の一部が開放され
ていることを特徴とするシリコン基板の表面処理方法。
9. A part according to claim 6, 7 or 8, wherein a part of the convex part forming the side wall of the concave part is opened.
A method for treating a surface of a silicon substrate.
【請求項10】 請求項6,請求項7,請求項8または
請求項9において、前記熱処理をステップバンチングを
誘起する方向に電場を印加して行うことを特徴とするシ
リコン基板の表面処理方法。
10. The method according to claim 6 , wherein the heat treatment is performed by step bunching.
A surface treatment method for a silicon substrate, wherein the method is performed by applying an electric field in an induced direction .
【請求項11】 求項10において、前記熱処理を
記シリコン基板へ直流を直接通電して行うことを特徴と
するシリコン基板の表面処理方法
11. The Motomeko 10, before the heat treatment
A surface treatment method for a silicon substrate, wherein a direct current is directly applied to the silicon substrate .
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