JPH0513387A - シリコン表面の清浄化方法 - Google Patents
シリコン表面の清浄化方法Info
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- JPH0513387A JPH0513387A JP3184197A JP18419791A JPH0513387A JP H0513387 A JPH0513387 A JP H0513387A JP 3184197 A JP3184197 A JP 3184197A JP 18419791 A JP18419791 A JP 18419791A JP H0513387 A JPH0513387 A JP H0513387A
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- silicon
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- oxide film
- disilane
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン酸化膜パターンまたはシリコン窒化
膜パターンを持つシリコン基板表面をポリシリコンの堆
積なしに低温、短時間で清浄化を行う。 【構成】 ジシランとフッ素を同時に照射することによ
って、シリコン酸化膜パターン２もしくはシリコン窒化
膜パターン上についたシリコン原子４を蒸発させ、シリ
コン酸化膜パターンまたはシリコン窒化膜パターン上で
のポリシリコンアイランドの形成を抑制すると共に、ジ
シランとフッ素との反応で生じたＨＦ等の反応物の効果
によって低温、短時間で表面保護酸化膜１を除去する。
膜パターンを持つシリコン基板表面をポリシリコンの堆
積なしに低温、短時間で清浄化を行う。 【構成】 ジシランとフッ素を同時に照射することによ
って、シリコン酸化膜パターン２もしくはシリコン窒化
膜パターン上についたシリコン原子４を蒸発させ、シリ
コン酸化膜パターンまたはシリコン窒化膜パターン上で
のポリシリコンアイランドの形成を抑制すると共に、ジ
シランとフッ素との反応で生じたＨＦ等の反応物の効果
によって低温、短時間で表面保護酸化膜１を除去する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン表面の清浄化
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコンエピタキシャル成長において良
質の結晶を成長させるには、下地のシリコン表面が成長
前に原子レベルで清浄化されていることが必要である。
また、エピタキシャル膜をデバイスに応用するために
は、エピタキシャル成長する前に基板に作り込まれたド
―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、できるだけ低温で清浄化することが望まし
い。従来の低温清浄化を行う方法は、ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Phy
sics），第６６巻，６２９ページに述べられているよう
に、真空下でジシランのみを照射する方法であった。こ
の方法の場合、シリコンエピタキシャル膜の成長前に、
基板はＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：６：２０の溶液
処理によって、基板表面に炭素などの汚染物のない１ｎ
ｍ程度の表面保護酸化膜を形成する。この状態で基板は
真空装置内に導入され、超高真空下で加熱した基板表面
にジシランを照射される。ジシランの分解によって生成
したシリコン原子と表面保護酸化膜との反応によって、
Ｓｉ＋ＳｉＯ2→ＳｉＯ↑という反応が促進され、加熱
のみの場合よりも低温で清浄化を行うことができる。
質の結晶を成長させるには、下地のシリコン表面が成長
前に原子レベルで清浄化されていることが必要である。
また、エピタキシャル膜をデバイスに応用するために
は、エピタキシャル成長する前に基板に作り込まれたド
―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、できるだけ低温で清浄化することが望まし
い。従来の低温清浄化を行う方法は、ジャーナル・オブ
・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Phy
sics），第６６巻，６２９ページに述べられているよう
に、真空下でジシランのみを照射する方法であった。こ
の方法の場合、シリコンエピタキシャル膜の成長前に、
基板はＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：６：２０の溶液
処理によって、基板表面に炭素などの汚染物のない１ｎ
ｍ程度の表面保護酸化膜を形成する。この状態で基板は
真空装置内に導入され、超高真空下で加熱した基板表面
にジシランを照射される。ジシランの分解によって生成
したシリコン原子と表面保護酸化膜との反応によって、
Ｓｉ＋ＳｉＯ2→ＳｉＯ↑という反応が促進され、加熱
のみの場合よりも低温で清浄化を行うことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ン酸化膜またはシリコン窒化膜などのパターンを表面に
持つ基板を用いた場合、従来の方法ではジシランの照射
によってポリシリコンの核形成が起こってしまう。この
堆積したポリシリコンは容易に除去できない。本発明は
このような従来の問題を解決して、主にシリコン酸化膜
または窒化膜等のマスクパターンを持つ基板の表面に、
ポリシリコンを堆積させることなく低温で清浄化を行う
方法を提供することを目的とする。
ン酸化膜またはシリコン窒化膜などのパターンを表面に
持つ基板を用いた場合、従来の方法ではジシランの照射
によってポリシリコンの核形成が起こってしまう。この
堆積したポリシリコンは容易に除去できない。本発明は
このような従来の問題を解決して、主にシリコン酸化膜
または窒化膜等のマスクパターンを持つ基板の表面に、
ポリシリコンを堆積させることなく低温で清浄化を行う
方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面の少なく
とも一部がシリコンである基板の表面清浄化方法におい
て、シリコン水素化物またはシリコン水素化物と水素の
混合物と、フッ素とを同時に基板に照射する工程を含む
ことを特徴とするシリコン表面の清浄化方法である。
とも一部がシリコンである基板の表面清浄化方法におい
て、シリコン水素化物またはシリコン水素化物と水素の
混合物と、フッ素とを同時に基板に照射する工程を含む
ことを特徴とするシリコン表面の清浄化方法である。
【０００５】
【作用】図１は本発明の作用を説明するための清浄化の
各過程における基板断面図であり、図２は従来技術によ
る基板清浄化の各過程における基板断面図である。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。そこで、ＮＨ
4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：６：２０の溶液処理を行う
ことによって、図１（ａ）あるいは図２（ａ）に示した
ように、シリコン表面に不純物のない薄い表面保護酸化
膜１が形成される。清浄なシリコン表面はこの保護酸化
膜１を超高真空中で除去することによって得られる。表
面の保護酸化膜１は加熱のみによって取り去ることもで
きるが、この場合は高い温度での加熱が必要である。こ
れは、酸化膜がＳｉＯの形で除去されるときの反応Ｓｉ
＋ＳｉＯ2→ＳｉＯ↑において必要なシリコン原子が保
護酸化膜下のシリコン結晶からしか供給されず、シリコ
ン結晶からシリコン原子を取り出すためには大きなエネ
ルギーを必要とするためである。保護酸化膜を低温で除
去するためには、ジシランを照射して基板外部からシリ
コン原子を供給するなど、酸化膜と反応して酸化膜成分
を蒸発させるための反応種を供給する必要がある。
各過程における基板断面図であり、図２は従来技術によ
る基板清浄化の各過程における基板断面図である。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。そこで、ＮＨ
4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝１：６：２０の溶液処理を行う
ことによって、図１（ａ）あるいは図２（ａ）に示した
ように、シリコン表面に不純物のない薄い表面保護酸化
膜１が形成される。清浄なシリコン表面はこの保護酸化
膜１を超高真空中で除去することによって得られる。表
面の保護酸化膜１は加熱のみによって取り去ることもで
きるが、この場合は高い温度での加熱が必要である。こ
れは、酸化膜がＳｉＯの形で除去されるときの反応Ｓｉ
＋ＳｉＯ2→ＳｉＯ↑において必要なシリコン原子が保
護酸化膜下のシリコン結晶からしか供給されず、シリコ
ン結晶からシリコン原子を取り出すためには大きなエネ
ルギーを必要とするためである。保護酸化膜を低温で除
去するためには、ジシランを照射して基板外部からシリ
コン原子を供給するなど、酸化膜と反応して酸化膜成分
を蒸発させるための反応種を供給する必要がある。
【０００６】そこで従来は、ジシランを照射することに
より、図２（ｂ）に示したように、ジシランの分解によ
って生成したシリコン原子４と表面保護酸化膜１との反
応によってＳｉ＋ＳｉＯ2→ＳｉＯ↑という反応が促進
され、加熱のみの場合よりも低温で清浄化を行うことが
できる。しかし、表面上にシリコン酸化膜パターンが存
在した場合には、ジシランの供給が多すぎてシリコン酸
化膜パターン上でのシリコン原子４の密度がある程度以
上になると核形成が起きて、図２（ｃ）に示したよう
に、ポリシリコンのアイランド５が成長してしまうこと
がわかった。この現象はシリコン窒化膜パターンを持つ
場合にさらに顕著であり、シリコン酸化膜パターンの十
分の一以下のジシラン照射によってポリシリコン５の核
形成が起きてしまうことが確認された。そこで本発明
は、図１（ｂ）に示したように、ジシランと同時にフッ
素を照射することによって、シリコン酸化膜パターンま
たはシリコン窒化膜パターン上の過剰なシリコン原子４
はＳｉ＋Ｆ2→ＳｉＦ2↑という反応によって除去されて
ポリシリコン核成長を抑えることができ、またジシラン
とフッ素との反応によって生じたＨＦなどの反応生成物
の効果によって表面保護酸化膜の除去が促進されるた
め、さらに低温、短時間での清浄化が可能であることを
見い出した。
より、図２（ｂ）に示したように、ジシランの分解によ
って生成したシリコン原子４と表面保護酸化膜１との反
応によってＳｉ＋ＳｉＯ2→ＳｉＯ↑という反応が促進
され、加熱のみの場合よりも低温で清浄化を行うことが
できる。しかし、表面上にシリコン酸化膜パターンが存
在した場合には、ジシランの供給が多すぎてシリコン酸
化膜パターン上でのシリコン原子４の密度がある程度以
上になると核形成が起きて、図２（ｃ）に示したよう
に、ポリシリコンのアイランド５が成長してしまうこと
がわかった。この現象はシリコン窒化膜パターンを持つ
場合にさらに顕著であり、シリコン酸化膜パターンの十
分の一以下のジシラン照射によってポリシリコン５の核
形成が起きてしまうことが確認された。そこで本発明
は、図１（ｂ）に示したように、ジシランと同時にフッ
素を照射することによって、シリコン酸化膜パターンま
たはシリコン窒化膜パターン上の過剰なシリコン原子４
はＳｉ＋Ｆ2→ＳｉＦ2↑という反応によって除去されて
ポリシリコン核成長を抑えることができ、またジシラン
とフッ素との反応によって生じたＨＦなどの反応生成物
の効果によって表面保護酸化膜の除去が促進されるた
め、さらに低温、短時間での清浄化が可能であることを
見い出した。
【０００７】
【実施例】次に、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。真空容器の内部上部に設けた加熱手段を
有する基板保持部に、４インチ型の（１００）面を有す
るシリコン基板上にＣＶＤ法により厚さ０．４μｍのシ
リコン酸化膜パターンもしくはシリコン窒化膜パターン
を形成した基板を取り付け、基板斜め下１５０ｍｍに設
けた二つのノズルからそれぞれジシランとフッ素を照射
して清浄化を行った。清浄化の確認は高速反射電子線回
折装置によって行った。清浄化される前の基板表面は、
シリコン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。
これに対して清浄化されたシリコン表面は、特有の２×
１表面超構造を示す回折パターンが観測される。また、
ジシランの照射によってポリシリコンアイランドが形成
されると、それに対応したリング状の電子線回折パター
ンが観察される。
して説明する。真空容器の内部上部に設けた加熱手段を
有する基板保持部に、４インチ型の（１００）面を有す
るシリコン基板上にＣＶＤ法により厚さ０．４μｍのシ
リコン酸化膜パターンもしくはシリコン窒化膜パターン
を形成した基板を取り付け、基板斜め下１５０ｍｍに設
けた二つのノズルからそれぞれジシランとフッ素を照射
して清浄化を行った。清浄化の確認は高速反射電子線回
折装置によって行った。清浄化される前の基板表面は、
シリコン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。
これに対して清浄化されたシリコン表面は、特有の２×
１表面超構造を示す回折パターンが観測される。また、
ジシランの照射によってポリシリコンアイランドが形成
されると、それに対応したリング状の電子線回折パター
ンが観察される。
【０００８】２×１表面超構造パターンが見えるまでの
時間およびリング状のパターンが見えるまでの時間を、
加熱だけの場合、ジシラン５ＳＣＣＭ（Standard Cubic
Centimeter per Minute）を照射した場合、ジシラン５
ＳＣＣＭとフッ素３ＳＣＣＭを同時に照射した場合につ
いて、基板温度を変化させて観測した。図３はシリコン
表面の清浄化に要する時間と基板温度との関係を示した
図である。加熱のみによる方法では温度の低下によって
清浄化に要する時間が大幅に増加してしまう。ジシラン
を照射した場合では、温度を低下させたときの清浄化に
要する時間の増加が小さくなる。さらにフッ素を照射し
た場合には、基板温度が低い場合でも清浄化に要する時
間が少なくなるということが確認された。図４はジシラ
ンのみを照射した場合のポリシリコンアイランドが形成
されるまでの時間と基板温度との関係を示す図である。
加熱だけの場合には当然ポリシリコンの堆積は見られな
いが、ジシランを照射した場合、図４に示すように、高
温ほどポリシリコンアイランドが形成されやすいことが
わかる。特にシリコン窒化膜パターンを用いた場合に
は、清浄化される前にポリシリコンアイランドが形成さ
れてしまう。これに対して、フッ素を同時に照射した場
合は、シリコン酸化膜パターンおよびシリコン窒化膜パ
ターンのどちらかにおいても全くポリシリコンの形成が
見られないことがわかった。以上のように、ジシランと
フッ素を同時に照射することによって、低温、短時間で
ポリシリコンを堆積させないでシリコン表面を清浄化で
きることが確認された。
時間およびリング状のパターンが見えるまでの時間を、
加熱だけの場合、ジシラン５ＳＣＣＭ（Standard Cubic
Centimeter per Minute）を照射した場合、ジシラン５
ＳＣＣＭとフッ素３ＳＣＣＭを同時に照射した場合につ
いて、基板温度を変化させて観測した。図３はシリコン
表面の清浄化に要する時間と基板温度との関係を示した
図である。加熱のみによる方法では温度の低下によって
清浄化に要する時間が大幅に増加してしまう。ジシラン
を照射した場合では、温度を低下させたときの清浄化に
要する時間の増加が小さくなる。さらにフッ素を照射し
た場合には、基板温度が低い場合でも清浄化に要する時
間が少なくなるということが確認された。図４はジシラ
ンのみを照射した場合のポリシリコンアイランドが形成
されるまでの時間と基板温度との関係を示す図である。
加熱だけの場合には当然ポリシリコンの堆積は見られな
いが、ジシランを照射した場合、図４に示すように、高
温ほどポリシリコンアイランドが形成されやすいことが
わかる。特にシリコン窒化膜パターンを用いた場合に
は、清浄化される前にポリシリコンアイランドが形成さ
れてしまう。これに対して、フッ素を同時に照射した場
合は、シリコン酸化膜パターンおよびシリコン窒化膜パ
ターンのどちらかにおいても全くポリシリコンの形成が
見られないことがわかった。以上のように、ジシランと
フッ素を同時に照射することによって、低温、短時間で
ポリシリコンを堆積させないでシリコン表面を清浄化で
きることが確認された。
【０００９】なお本実施例ではジシランを用いた例につ
いて述べたが、シラン、トリシラン、あるいはこれらの
シリコン水素化物の混合物、さらにそれらと水素の混合
物を用いても同様の効果が確認された。また、本実施例
では（１００）表面を持つシリコン基板を対象とした
が、他の面方位のシリコン基板、および表面にのみシリ
コンが存在するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板な
どにも適用できる。また本発明はマスクパターンを形成
していないＳｉ基板にも適用できることは明らかであ
る。
いて述べたが、シラン、トリシラン、あるいはこれらの
シリコン水素化物の混合物、さらにそれらと水素の混合
物を用いても同様の効果が確認された。また、本実施例
では（１００）表面を持つシリコン基板を対象とした
が、他の面方位のシリコン基板、および表面にのみシリ
コンが存在するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板な
どにも適用できる。また本発明はマスクパターンを形成
していないＳｉ基板にも適用できることは明らかであ
る。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低温、かつ短時間で、シリコン表面の清浄化を行うこと
ができる。
低温、かつ短時間で、シリコン表面の清浄化を行うこと
ができる。
【図１】本発明の作用を説明するための清浄化の各過程
における基板断面図である。
における基板断面図である。
【図２】従来例によるシリコン表面の清浄化の各過程に
おける基板断面図である。
おける基板断面図である。
【図３】シリコン表面の清浄化に要する時間と基板温度
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
【図４】ジシランのみを照射した場合のポリシリコンア
イランドが形成されるまでの時間と基板温度との関係を
示す図である。
イランドが形成されるまでの時間と基板温度との関係を
示す図である。
１ 表面保護酸化膜 ２ シリコン酸化膜パターン ３ シリコン基板 ４ シリコン原子 ５ ポリシリコンアイランド
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 表面の少なくとも一部がシリコンである
基板の表面清浄化方法において、シリコン水素化物また
はシリコン水素化物と水素の混合物と、フッ素とを同時
に基板に照射する工程を含むことを特徴とするシリコン
表面の清浄化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3184197A JPH0513387A (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | シリコン表面の清浄化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3184197A JPH0513387A (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | シリコン表面の清浄化方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513387A true JPH0513387A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=16149058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3184197A Pending JPH0513387A (ja) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | シリコン表面の清浄化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0513387A (ja) |
-
1991
- 1991-06-28 JP JP3184197A patent/JPH0513387A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050916 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20051004 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20051129 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060110 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20060308 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070529 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071002 |