JPH02291127A - シリコン表面の清浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は酸化膜パターンを持ったシリコン表面の清浄化
に関する。

（従来の技術） シリコンエピタギシャル成長法において良質のエビタキ
シャル膜を得るノ：めには成長を行なう基仮表面を成長
前に原子レベルで清浄化することが必要である。またエ
ビタギシへ・ル膜をデハイスに応用する場合にはエビタ
ギシャル成長ずる以前に基板中に作りこまれたドーピン
グプロファイルが熱拡散によって崩れることを防ぐため
に消岸化は出来るだけ低温で行なわれることが望ましい
。従来技術でこうした低温清浄化の条件を最も（薗足す
るのは固体ソースを用いたシリコン分子線成長技術であ
った。シリコン分子線成長ではシリコン基板は成長前に
ＮＨ３０Ｈ：Ｈ２０２：Ｈ２０　＝　１：６：２０の溶
液処理によって基板表面に炭素等の汚染物のないＩＯＡ
程度の表面保護酸化膜を形成する。この状態で基板は分
子線成長装置に挿入され超高真空下でＩＯＡ程度のポリ
シリコンが表面上に蒸着される。この後基板を８００°
Ｃで加熱すると原子レベルで清浄な表面が得られる。

（本発明が解決しようとする問題点） 従来技術で述べたようなポリシリコン蒸着後基板加熱す
る方法では、酸化膜パターンを持つ様なシリコン基板の
場合には清（争化後に酸化膜上にはポリシリコンが堆積
したまま残される。本発明が解決しようとしている問題
点は酸化膜パターンを持つシリコン基板で、酸化膜上に
ポリシリコンを堆積させることなく低温で表面を清浄化
することなく低温で表面を清浄化することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は酸化膜パターンを持つシリコン表面を清浄化す
る際に解離させた水素希釈ジシランガスを照射する方法
を提供するものである。

また電子サイクロトロン共鳴セルを用いて水素希釈ジシ
ランガスを解離し、照射することにより、分子線成長方
法に適するシリコンの清浄化方法を提供できる。

（作用） 原子レベルで清浄なシリコン表面を得るためには表面上
の炭素などの不純物を取り除く必要がある。このために
は予めＮＨ３０Ｈ：Ｈ２０２：Ｈ２０　：１：６：２０
の溶液処理によって基板上に不純物のない薄い表面保護
酸化膜を形成することが必要である。清浄表面はこの保
護酸化膜を超高真空内で除去することで得られる。表面
の保護酸化膜は単に基板を加熱することによっても取り
去ることができる。しかしこのためには高い基板温度が
必要になる。酸化膜を低温で除去するためにはジシラン
ガス分子の解離によって発生する水素原子あるいはＳｉ
Ｈ２ラジカルを供給することが重要である。このうち水
素は Ｈ　＋　Ｓｉ０２→Ｓｉ＋Ｈ２０ の反応によって酸化膜の除去を促進する。一方ＳｉＨ２
はＳｉの供給源として働き Ｓｉ＋Ｓｉ０２→Ｓｉ○ の反応によって酸化膜の除去を促進する。ただしこの場
合生成されるＳｉＯは蒸気圧が高いために水素原子によ
る清浄化に比べてＳｉＨ２による清浄化のほうがより低
い温度で実現される。従ってより低温で表面を清浄化す
るためにはＳｉＨ２ラジカルを供給することが重要であ
る。

清浄化温度を低下するために必要な水素原子あるいはＳ
ｉＨ２はジシランガスの分解によって生成することがで
きる。特にジシランガスの電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマを発生させた場合には高い効率でＨ，ＳｉＨ２を発
生させることが出来る。さらに酸化膜パターンを持つは
シリコン基板のシリコン表面を、酸化膜上にポリシリコ
ンを堆積させずに清浄化する場合にはジ・シランガスの
クランキングによってできたＳｉＨ２ラジカル等が酸化
膜の上に堆積しないような条件が必要である。このため
には基板に飛来するＳｉＨ２ラジカルは全て基板から熱
脱離することが要求される。酸化膜には化学的に活性な
Ｓｉ表面原子のダングリングボンドが存在しないために
飛来したＳｉＨ２は容易に脱離する。ただし酸化膜上で
も飛来するＳｉＨ２の数が多い場合には酸化膜上をまだ
脱離する前に表面拡散しているＳｉＨ２ラジカル同士の
合体によってポリシリコンの成長がおこる。この状況を
避けるためには基板に供給するＳｉＨ２ラジカル数を少
なくすＺこと、即ちその分圧を低くすることが重要であ
る。電子サイクロトロン共鳴を用いた場合には低い真空
度でプラズマを発生させることが可能であり、この目的
には適１，ている。

電子サイクロトロン共鳴を利用した場合でも極端に低い
真空度ではプラズマを発生させることは不可能である。

具体的にプラズマを発生させることの出来る真空度は〜
１０−５Ｔｏｒｒ以上である。この程度の真空度で１０
０％のジシランガスを用いては電子サイクロトロン共鳴
セルからプラズマ解離させたＳｉＨ２を酸化膜パターン
を持つシリコン基板に供給した場合には基板に供給され
るＳｉＨ２ラジカル分圧が高すぎて酸化膜上にポリシリ
コンが形成去れてしまう。一方これより低い真空度では
プラズマを発生させることができず清浄化に有効なＳｉ
Ｈ２ラジカルを基板に供給することができない。この点
を解決するために水素希釈ジシランガスを用いる。水素
希釈ジシランを用いれば電子サイクロトロンプラズマが
発生する程度の真空度におけるＳｉＨ２分圧を水素で希
釈してある分だけ実質的に落とすことができる。また希
釈している水素ガスが電子サイクロトロン共鳴プラズマ
によって解離されて出来る物質は清浄化に寄与する水素
原子であり、清浄化の妨げとはならない。従って水素希
釈ジシランを電子サイクロトロン共鳴セルによってタラ
ノキングし、これを酸化膜パターンを持つシノコン基板
に向かって照射すれば酸化膜上にポリシリコンを堆積さ
せることなしにシリコン表面を清冷化できる。なお、こ
こでは電子サイクロトロン共鳴プラズマにより水素希釈
ジシランガスを解離した場合について説明したが、光な
どを照射して解離させても良い。

（実施例） 以下図面を用いて本発明について詳細に説明する。第１
図は、本発明の実施例を説明するためガスソースシリコ
ン分子線成長装置の概要図である。

基板は４インチｐ型Ｓｉ（１００）ウェハー上に熱酸化
膜パターンを持つもの１を用いた。この基板はガスソー
スシリコン分子線成長装置２にロードされる。この基板
に対して電子サイクロトロン共鳴セル３からプラズマ解
離された水素希釈５％ジシランガスが供給される。水素
希釈ジシランガスはガスボンベ４からマスフローコント
ローラ５を通して電子サイクロトロン共鳴セルに供給さ
れる。清浄化中のガス流量は３ｓｅｃｍであり、この時
基板は基板ヒーター６によって６８０°Ｃに保たれる。

清浄化電子サイクロトロン共鳴セルにプラズマを発生さ
せるために導波管７を通して供給されるマイクロ波のパ
ワーは１５０Ｗであった。清浄化時間は１０分間とした
。この時基板が清浄化されているのは高速反射電子線回
折装置８を用いて確認した。すなわち清浄化される前の
基板は酸化膜パターンおよびシリコン部分を覆う薄い保
護酸化膜からのハローな電子線回折パターンを示す。こ
れに対し清浄化後では酸化膜からのハローなパターンに
重なって清浄化されたシリコン部分からの２×１表面超
構造パターンが観測された。２×１表面超構造パターン
は原子レベルで清浄なＳｉ（１００）表面に特有な回折
はパターンであり、これが観測されたことは清浄化が成
功していることを意味する。一方もしも酸化膜上にポリ
シリコンが堆積した場合にはポリシリコンに対応したリ
ング状の回折パターンが観測されるはずだが、これは実
際には観測されなかった。以上のことから本発明では酸
化膜上にポリシリコンを堆積することな＜６８０°Ｃと
いう低温で酸化膜パターンを持つシリコン基板のシリコ
ン表面を原子レベルで清浄化できることが明らかとなっ
た。なお、成長装置内の真空度は１０−５〜１０　’Ｔ
ｏｒｒの範囲で、基板温度は６００°Ｃ以上７００°Ｃ
以下で、発明の効果が認められた。またＳｉ基板は（１
００）面に限らず、（１１０）、（１１１）など他の面
方位であっても良い。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように本発明を用いれば酸化膜パタ
ーンを持つシリコン基板に対して低温で酸化膜上にポリ
シリコンを堆積させることなく表面清浄化を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図の本発明の実施例を説明するためのガスソース方
式のシリコン分子線エビタキシャル成長装置の装置概略
図である。図において１は熱酸化膜パターンを持つｐ型
Ｓｉ（１００）４インチ基板、２はガスソースシリコン
分子線成長装置、３は電子サイクロトロン共鳴セル、４
は水素希釈５％ジシランガスボンベ、５はマスフローコ
ントローラ、６は基イ反ヒーター、７はマイクロ波導波
管、８は高速反躬電子線回折装置である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化膜パターンを持つシリコン表面を清浄化する
   方法において、真空中に設置された前記シリコン表面に
   解離させた水素希釈ジシランガスを照射する工程を備え
   てなることを特徴とするシリコン表面の清浄化方法。
2. （２）水素希釈ジシランガスを電子サイクロトロン共鳴
   セルによって解離させることを特徴とする請求項１記載
   のシリコン表面の清浄化方法。