JP5513763B2 - シリコン基板上にSi3N4へテロエピタキシャルバッファ層を有する窒化シリコン基板の作製方法および装置 - Google Patents
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Description
高真空状態下でシリコン基板の表面を清浄化処理し、
次いで、前記清浄化処理したシリコン基板に、誘導結合プラズマ方式のRF(高周波)高輝度(HB)放電により生成した解離窒素原子フラックスおよび励起窒素分子フラックスを間接照射して、表面界面反応によりSi3N4単結晶膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする。
また本発明の窒化シリコン基板の作製方法は、化学酸化により犠牲酸化膜SiO2で被覆されたシリコン基板Si(111)を、1×10-4〜1×10-8Paの高真空状態下で該シリコン基板Si(111)の低温相“7X7”表面再構成構造から高温相“1X1”表面構造へ転移する温度(TC)以上の予め定めた温度に加熱して前記犠牲酸化膜SiO2を蒸発させて基板表面を清浄化処理し、
次いで、前記シリコン基板の温度を、Si(111)の再構成転移温度(T C )以下に保持し、“7X7”表面構造のシリコン基板上に解離窒素原子フラックスおよび励起窒素分子フラックスを間接照射して、表面界面反応によりβ−Si3N4単結晶膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする。
誘導結合プラズマ方式のRF(高周波)高輝度(HB)放電により解離窒素原子フラックスを放出可能とした窒素励起セルと、
前記基板固定部材に清浄化処理済のシリコン基板を固定して、該シリコン基板表面に、前記窒素励起セルから解離窒素原子フラックスと励起窒素分子フラックスとを間接照射して、予め定めた膜厚の単結晶Si3N4 膜を形成するように逐次制御する成膜動作制御装置と、により構成したことを特徴とする。
また、窒素励起セルの放出口部から放出された解離窒素原子フラックスと励起窒素分子フラックスとを成膜室内の壁部で少なくとも1回以上反射させて基板固定部材に固定されたシリコン基板表面全体に均一のフラックス量にて照射するように構成したことを特徴とする。
直径3インチ、Si(111)のシリコン基板5上にβ−Si3N4へテロエピタキシャルバッファ層を形成する成膜工程を実行する前に、(フルウチ化学株式会社製)洗浄液“セミコクリーン23”を用いて洗浄した後、熱アンモニア水(NH4OH:H2O2:H2O2=1:1:3 (Vol)を用いてシリコン基板5をアルカリ洗浄(化学酸化)し、シリコン基板5の表面を被覆する犠牲酸化膜SiO2を形成する。この犠牲酸化膜SiO2は、詳細に後述する製膜装置1の製膜室2を、たとえば、1×10-4〜1×10-8Paの高真空状態下で該シリコン基板5のSi(111)の低温相“7X7”表面再構成構造から高温相“1X1”表面構造へ転移する温度(TC=830℃)以上の予め定めた温度に加熱して前記犠牲酸化膜SiO2を蒸発させ、次いで1X10-6Paの高真空状態下でシリコン基板5の基板温度がSi(111)の再構成転移温度(TC)となったときに撮影された反射高速電子回折(RHEED)図形が図5に示される。図5のRHEED図形は、シリコン基板5のSi(111)の再構成構造“7X7”のものであり、シリコン基板5が適正に清浄化処理されたことが分る。
窒化シリコン基板の作製装置は、たとえば、V.G.Semicon(英国)社製VG80HMBE装置を用いた、MBE(分子線エピタキシー)成膜装置1に、高周波誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma)発生器(以下、RF−ICPと略称する)20を組み合わせて構成される。
なお、図4において、図3の成膜装置の構成部分と等価の部分には同一の数字符号を付して詳細な説明を省略する。
2 成膜室
3 基板ホルダー
5 シリコン基板
8 真空機構部(ターボ分子ポンプ)
11 固体金属分子線セル(Kセル)
12 第1シャッター(金属分子線セル用シャッター)
14 PBN坩堝
15 溶融ヒータ
21 窒素励起セル
22 励起室
24 励起コイル
25 オリフィス
26 窒素ガスボンベ
27 質量流量制御器
28 圧力計
29 窒素ガス供給管
30 分光スペクトル測定器
32 第2シャッター(窒素励起セル用シャッター)
33 第2シャッター駆動回路
34 荷電粒子排除器
35 セラミック絶縁体
36 半割円筒状電極体
41 RHEED電子銃
42 RHEEDスクリーン
43 四重極質量分析器
44 窒素ビームフラックス検出器
45 成膜制御装置(回路)
46 シャッター駆動回路
47 コントロールパネル
48 スタートボタン
49 データ入力設定ボタン(データ入力設定器)
51 給電制御回路
52 整合用可変リアクタンス回路
53 RF(高周波)電源
Claims (6)
- シリコン基板上にSi3N4へテロエピタキシャルバッファ層を有する窒化シリコン基板の作製方法において、
高真空状態下でシリコン基板の表面を清浄化処理し、
次いで、前記清浄化処理したシリコン基板に、誘導結合プラズマ方式のRF(高周波)高輝度(HB)放電により生成した解離窒素原子フラックスおよび励起窒素分子フラックスを間接照射して、表面界面反応によりSi3N4単結晶膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする窒化シリコン基板の作製方法。 - 化学酸化により犠牲酸化膜SiO2で被覆されたシリコン基板Si(111)を、1×10-4〜1×10-8Paの高真空状態下で該シリコン基板Si(111)の低温相“7X7”表面再構成構造から高温相“1X1”表面構造へ転移する温度(TC)以上の予め定めた温度に加熱して前記犠牲酸化膜SiO2を蒸発させて基板表面を清浄化処理し、
次いで、前記シリコン基板の温度を、Si(111)の再構成転移温度(T C )以下に保持し、“7X7”表面構造のシリコン基板上に解離窒素原子フラックスおよび励起窒素分子フラックスを間接照射して、表面界面反応によりβ−Si3N4単結晶膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする窒化シリコン基板の作製方法。 - 清浄化処理した前記シリコン基板上に照射する解離窒素原子フラックスおよび励起窒素分子フラックス量が該シリコン基板上で均一分布となるように制御することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の窒化シリコン基板の作製方法。
- 清浄化処理した前記シリコン基板Si(111)の表面にβ−Si3N4窒化膜をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の窒化シリコン基板の作製方法。
- 高真空状態を可能とした成膜室に配置された基板固定部材と、
誘導結合プラズマ方式のRF(高周波)高輝度(HB)放電により解離窒素原子フラックスを放出可能とした窒素励起セルと、
前記基板固定部材に清浄化処理済のシリコン基板を固定して、該シリコン基板表面に、前記窒素励起セルから解離窒素原子フラックスと励起窒素分子フラックスとを間接照射して、予め定めた膜厚の単結晶Si3N4 膜を形成するように逐次制御する成膜動作制御装置と、
により構成したことを特徴とする窒化シリコン基板の作製装置。 - 窒素励起セルの放出口部から放出された解離窒素原子フラックスと励起窒素分子フラックスとを成膜室内の壁部で少なくとも1回以上反射させて基板固定部材に固定されたシリコン基板表面全体に均一のフラックス量にて照射するように構成したことを特徴とする請求項5に記載の窒化シリコン基板の作製装置。
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