JPH0532483A - Vapor-phase growth method and plasma process deivce therefor - Google Patents

Vapor-phase growth method and plasma process deivce therefor

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JPH0532483A
JPH0532483A JP12020691A JP12020691A JPH0532483A JP H0532483 A JPH0532483 A JP H0532483A JP 12020691 A JP12020691 A JP 12020691A JP 12020691 A JP12020691 A JP 12020691A JP H0532483 A JPH0532483 A JP H0532483A
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JP
Japan
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plasma
gas
reaction chamber
silicon substrate
phase growth
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Application number
JP12020691A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirotsugu Mabuchi
博嗣 馬渕
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To form a high-quality epitaxial growth film having very little pollution and very few defects by lighting a plasma of a gas for vapor-phase growth at a low microwave power at which no plasma is essentially lighted. CONSTITUTION:A method for vapor-phase growth wherein a silicon substrate 33 is washed with a hydrofluoric acid gas, then the silicon substrate 33 is placed on a sample stand 31 arranged in a reaction chamber 11 of an ECR plasma process device 43, an inert gas is introduced into the reaction chamber 11, plasma is lighted at an energy lower than displacement energy of silicon and a gas for vapor-phase growth is introduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は気相成長方法及びプラズ
マプロセス装置、より詳細には半導体基板等の製造工程
で行なわれる気相成長方法及び半導体基板等の製造に用
いられるプラズマプロセス装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vapor phase growth method and a plasma process apparatus, and more particularly to a vapor phase growth method performed in a manufacturing process of semiconductor substrates and the like and a plasma process apparatus used for manufacturing semiconductor substrates and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】エピタキシャル成長においては、表面酸
化膜の除去をはじめとする基板の表面洗浄は欠陥の少な
い、信頼性の高い基板を得るために重要である。そこ
で、LSI製作プロセスに投入する基板には、まずはじ
めにSC−1洗浄(NH4OH(30%):H2O2(30%):H2O
=1:2:6(80℃))、フッ酸溶液(HF1%)洗
浄及びSC−2洗浄(HCl(35%):H2O2(30%):H2O
=1:2:6(80℃))で洗浄するRCA洗浄を施し
て基板表面の金属、有機汚染物質、酸化膜を除去する。
このRCA洗浄後、基板表面は約10Åの均一な自然酸
化膜で覆われるので、エピタキシャル成長させる直前に
真空容器の中で熱処理、プラズマ処理等を行なって前記
酸化膜を除去していた。
2. Description of the Related Art In epitaxial growth, surface cleaning of a substrate including removal of a surface oxide film is important for obtaining a highly reliable substrate with few defects. Therefore, the first substrate to be put into the LSI manufacturing process is SC-1 cleaning (NH 4 OH (30%): H 2 O 2 (30%): H 2 O
= 1: 2: 6 (80 ° C)), hydrofluoric acid solution (HF 1%) washing and SC-2 washing (HCl (35%): H 2 O 2 (30%): H 2 O
= 1: 2: 6 (80 ° C.)) is performed to remove metal, organic contaminants, and oxide film on the substrate surface.
After the RCA cleaning, the surface of the substrate is covered with a uniform natural oxide film of about 10 Å. Therefore, the oxide film was removed by performing heat treatment, plasma treatment or the like in a vacuum container immediately before the epitaxial growth.

【0003】しかし近年、従来のRCA洗浄等でシリコ
ンウェハ表面の金属、有機汚染物質、酸化膜を除去した
後、フッ酸溶液で洗浄するだけで、シリコンウェハ表面
のダングリングボンドが水素原子やフッ素原子で終端さ
れて、表面の自然酸化が40分近くも抑制されるという
ことが明らかになってきた(SiO2/Si Interface studie
d by STM M. Niwa and H. Iwasaki, Extended Abstract
sof the 21st Conference on Solid State Device and
Materials, Tokyo 1989 p.213)。
However, in recent years, dangling bonds on the surface of a silicon wafer are converted to hydrogen atoms or fluorine by simply cleaning the surface of the silicon wafer with a hydrofluoric acid solution after removing the metal, organic contaminants and oxide film on the surface of the silicon wafer by conventional RCA cleaning. It has become clear that the surface is terminated by atoms, and the natural oxidation of the surface is suppressed for nearly 40 minutes (SiO 2 / Si Interface studie
d by STM M. Niwa and H. Iwasaki, Extended Abstract
sof the 21st Conference on Solid State Device and
Materials, Tokyo 1989 p.213).

【0004】そこで、RCA洗浄の後にフッ酸による洗
浄を行なうことによって、自然酸化膜そのものを抑制し
てエピタキシャル成長のための洗浄前処理を行なうこと
が試みられている(The formation of hydrogen passiv
ated silicon single-crystal surface using ultravio
let cleaning and HF etching, H kuroda et al., J.Ap
pl. Phys. 64(7) 1988 p.3516)。図2はECRプラズ
マプロセス装置50を模式的に示した断面図であり、R
CA洗浄の後にフッ酸溶液によりシリコン基板51を洗
浄した後、ECRプラズマプロセス装置50を用いてシ
リコン基板51にエピタキシャル成長を行なっていた。
この方法ではフッ酸溶液で処理したシリコン基板51
を、直ちにロードロック室52に搬入して真空引きをす
る。真空引き終了後、あらかじめ真空排気した反応室5
3に搬送する。そして、プラズマ生成室54にて発生し
たプラズマを反応室53内のシリコン基板51上に導
き、プラズマ中の反応によって生成した物質をシリコン
基板51上に堆積させて成膜する。この際、結晶性の良
好なエピタキシャル膜を形成する上で、シリコン基板5
1の加熱処理が必要不可欠である。
Therefore, it has been attempted to carry out a cleaning pretreatment for epitaxial growth by suppressing the natural oxide film itself by performing cleaning with hydrofluoric acid after RCA cleaning (The formation of hydrogen passiv.
ated silicon single-crystal surface using ultravio
let cleaning and HF etching, H kuroda et al., J. Ap
pl. Phys. 64 ( 7) 1988 p.3516). FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the ECR plasma processing apparatus 50.
After cleaning the silicon substrate 51 with a hydrofluoric acid solution after the CA cleaning, epitaxial growth was performed on the silicon substrate 51 using the ECR plasma processing apparatus 50.
In this method, a silicon substrate 51 treated with a hydrofluoric acid solution is used.
Are immediately loaded into the load lock chamber 52 and a vacuum is drawn. After the evacuation, the reaction chamber 5 was evacuated in advance.
Transport to 3. Then, the plasma generated in the plasma generation chamber 54 is guided to the silicon substrate 51 in the reaction chamber 53, and the substance generated by the reaction in the plasma is deposited on the silicon substrate 51 to form a film. At this time, in forming the epitaxial film having good crystallinity, the silicon substrate 5
The heat treatment of 1 is indispensable.

【0005】反応室53内には試料台55がプラズマ引
出窓56と対向して配設され、シリコン基板51は試料
台55の上部に載置されたサセプタ57の上面に載置さ
れる。サセプタ57の下方には渦巻状の金属タングステ
ン58a及びヒータ支持体58bにより構成された加熱
ヒータ58が石英製のベルジャ59を介して反応室53
から隔離されて配設されており、加熱ヒータ58からの
放射熱により、シリコン基板51を加熱処理している。
A sample stage 55 is disposed in the reaction chamber 53 so as to face the plasma extraction window 56, and the silicon substrate 51 is placed on the upper surface of a susceptor 57 placed on the sample stage 55. Below the susceptor 57, a heater 58 composed of a spiral metal tungsten 58a and a heater support 58b is provided with a reaction chamber 53 through a bell jar 59 made of quartz.
The heat treatment is applied to the silicon substrate 51 by radiant heat from the heater 58.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記したプラズマプロ
セス装置50においては、シリコン基板51をフッ酸溶
液で洗浄した後、真空とした反応室53の試料台55上
にシリコン基板51を載置するまでに一度大気中を通る
こととなる。この場合、前述のように自然酸化膜の生成
は起こりにくいが、シリコン基板51表面に酸素の吸
着、有機物質や微粒子が付着が起こり、膜質低下を引き
起こすという課題があった。
In the plasma processing apparatus 50 described above, after cleaning the silicon substrate 51 with the hydrofluoric acid solution, the silicon substrate 51 is placed on the sample stage 55 of the reaction chamber 53 which is evacuated. It will pass through the atmosphere once. In this case, as described above, the formation of the natural oxide film is unlikely to occur, but there is a problem in that the adsorption of oxygen on the surface of the silicon substrate 51 and the adhesion of organic substances and fine particles cause the deterioration of the film quality.

【0007】また、シリコン基板51洗浄後、反応室5
3でECRプラズマによりエピタキシャル成長させる
際、低マイクロ波パワーで成長させるのが良質のエピタ
キシャル成長膜を形成するのに有効であるが、シラン系
ガス(SiH4、Si2H6 、Si3H8 )を用いた場合、低マイク
ロ波パワーではプラズマが非常に点灯しにくいという課
題があった。
After cleaning the silicon substrate 51, the reaction chamber 5
When epitaxially growing with ECR plasma in No. 3, it is effective to grow with a low microwave power to form a high-quality epitaxial growth film, but silane-based gas (SiH 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 ) is used. When used, there was a problem that plasma was very difficult to light at low microwave power.

【0008】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、良質のエピタキシャル膜を成長させるこ
とができるような気相成長方法及びプラズマプロセス装
置を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vapor phase growth method and a plasma processing apparatus capable of growing a high-quality epitaxial film.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る気相成長方法は、シリコン基板をフッ酸
ガスで洗浄し、この後ECRプラズマプロセス装置の反
応室内に配設された試料台上に前記シリコン基板を載置
し、不活性ガスを前記反応室内に導入してシリコンの変
位エネルギーより低いエネルギーでプラズマを点灯した
後、気相成長用ガスを導入することを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the vapor phase growth method according to the present invention, a silicon substrate is cleaned with hydrofluoric acid gas, and thereafter, the silicon substrate is placed in a reaction chamber of an ECR plasma process apparatus. The silicon substrate is placed on a sample table, an inert gas is introduced into the reaction chamber, plasma is lit at an energy lower than the displacement energy of silicon, and then a gas for vapor phase growth is introduced. .

【0010】また、上記目的を達成するために本発明に
係るプラズマプロセス装置は、プラズマ生成室及び試料
台が内装された反応室を備えたプラズマプロセス装置に
おいて、前記反応室に真空仕切弁を介して基板クリーニ
ング室が接続されていることを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, a plasma process apparatus according to the present invention is a plasma process apparatus including a reaction chamber having a plasma generation chamber and a sample stage, and a vacuum sluice valve is provided in the reaction chamber. And a substrate cleaning chamber is connected.

【0011】[0011]

【作用】上記した方法によれば、シリコン基板をフッ酸
ガスで洗浄し、この後ECRプラズマプロセス装置の反
応室内に配設された試料台上に前記シリコン基板を載置
し、不活性ガスを前記反応室内に導入してシリコンの変
位エネルギーより低いエネルギーでプラズマを点灯さ
せ、この点灯状態を維持して気相成長用ガスを導入する
ので、本来はプラズマが点灯しないような低マイクロ波
パワーでも気相成長用ガスのプラズマが点灯することと
なり、良質のエピタキシャル成長膜が得られる。
According to the above-mentioned method, the silicon substrate is cleaned with hydrofluoric acid gas, and then the silicon substrate is placed on the sample table provided in the reaction chamber of the ECR plasma process apparatus and the inert gas is removed. It is introduced into the reaction chamber to turn on plasma with energy lower than the displacement energy of silicon, and the gas for vapor phase growth is introduced while maintaining this turned-on state, so even with low microwave power that plasma does not turn on originally. The plasma of the vapor growth gas is turned on, and a good quality epitaxial growth film is obtained.

【0012】また上記した構成によれば、プラズマ生成
室及び試料台が内装された反応室を備えたプラズマプロ
セス装置において、前記反応室に真空仕切弁を介して基
板クリーニング室が接続されているので、フッ酸等によ
る洗浄後の基板をプラズマプロセス装置に搬送する際に
も前記基板表面の汚染が防止されることとなり、汚染物
質による膜質の低下が防止され、汚染及び欠陥の非常に
少ない良質のエピタキシャル成長膜が得られる。
Further, according to the above structure, in the plasma process apparatus having the reaction chamber in which the plasma generation chamber and the sample stage are installed, the substrate cleaning chamber is connected to the reaction chamber via the vacuum gate valve. Also, when the substrate after cleaning with hydrofluoric acid or the like is conveyed to the plasma processing apparatus, the substrate surface is prevented from being contaminated, the deterioration of the film quality due to contaminants is prevented, and the contamination and defects are of high quality. An epitaxial growth film is obtained.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明に係る気相成長方法及びプラズ
マプロセス装置の実施例を図面に基づいて説明する。図
1は実施例に係るプラズマプロセス装置の構成を示す概
略断面図であり、図中10はステンレス鋼を用いて形成
されたプラズマ生成室であって、このプラズマ生成室1
0は工業用周波数2.45GHz のマイクロ波に対してTE113
モードの定在波を形成する円筒形空洞共振器として機能
する。プラズマ生成室10の上部壁中央には円形の石英
ガラス板12等の誘電体で気密に閉鎖されたマイクロ波
導入窓13が形成されている。また、プラズマ生成室1
0の下部壁中央部にはマイクロ波導入窓13と対向する
位置にプラズマ引出窓16が形成されており、さらにプ
ラズマ生成室10の周囲には励磁コイル15がプラズマ
生成室10と同心円状に配設されている。
Embodiments of the vapor phase growth method and plasma processing apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a plasma process apparatus according to an embodiment. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a plasma generation chamber formed of stainless steel.
0 is TE113 for microwave of industrial frequency 2.45GHz
It functions as a cylindrical cavity that forms a standing wave of the mode. A microwave introduction window 13 that is hermetically closed by a dielectric such as a circular quartz glass plate 12 is formed in the center of the upper wall of the plasma generation chamber 10. In addition, the plasma generation chamber 1
A plasma extraction window 16 is formed at a position facing the microwave introduction window 13 in the central part of the lower wall of 0, and an excitation coil 15 is concentrically arranged with the plasma generation chamber 10 around the plasma generation chamber 10. It is set up.

【0014】マイクロ波導入窓13にはマイクロ波導波
管14の一端が接続されており、マイクロ波導波管14
の他端部は高周波発振器(図示せず)に接続されてい
る。この高周波発振器より発せられた工業用周波数2.45
GHz のマイクロ波は石英ガラス板12を通じてプラズマ
生成室10内ヘ導入されることとなる。
One end of a microwave waveguide 14 is connected to the microwave introduction window 13, and the microwave waveguide 14 is connected to the microwave introduction window 13.
The other end of is connected to a high frequency oscillator (not shown). Industrial frequency 2.45 emitted from this high-frequency oscillator
The microwave of GHz is introduced into the plasma generation chamber 10 through the quartz glass plate 12.

【0015】励磁コイル15は直流電源(図示せず)に
接続されており、この直流電源からの通流により、マイ
クロ波導入による電子サイクロトロン共鳴条件を成立さ
せる8.75×10-2Tの磁束密度をプラズマ生成室10内へ
与えると共に、反応室11側へ向けて磁束密度が低くな
る発散磁界を形成し、プラズマ生成室10内に生成した
プラズマをプラズマ引出窓16を通じて反応室11側へ
導入するようになっている。
The exciting coil 15 is connected to a direct current power source (not shown), and the flow from this direct current power source produces a magnetic flux density of 8.75 × 10 -2 T which establishes an electron cyclotron resonance condition by introducing microwaves. A divergent magnetic field that reduces the magnetic flux density toward the reaction chamber 11 side is formed while being supplied to the plasma generation chamber 10, and the plasma generated in the plasma generation chamber 10 is introduced into the reaction chamber 11 side through the plasma extraction window 16. It has become.

【0016】反応室11の一側壁にはゲート弁17を介
して排気口18、19が形成されており、排気口18に
はターボ分子ポンプ20が接続され、排気口19には油
回転ポンプ21が接続されている。また他側壁には真空
仕切弁22を介してステンレス鋼を用いて形成された基
板クリーニング室23が接続されており、基板クリーニ
ング室23の内側には石英ガラス板24が装着されてい
る。また、基板クリーニング室23の上部壁及び下部壁
にはそれぞれ対向する位置に排気口25、26が形成さ
れており、これら排気口25、26は真空ポンプ27に
接続されている。また、基板クリーニング室23にはフ
ッ酸等のガスを供給するガス供給管42が接続されてい
る。ガス供給管42には窒素ガス、HF/H2O、ある
いはH2Oガス等を基板クリーニング室23に供給する
ことができるように複数個の管44が接続されており、
管44には所望の気体流量を維持することができるよう
にマスフローコントローラ45が接続されている。ま
た、基板クリーニング室23の内部にはシリコン基板3
3を反応室11に搬送するための搬送アーム28が配設
されている。
Exhaust ports 18, 19 are formed on one side wall of the reaction chamber 11 via a gate valve 17, a turbo molecular pump 20 is connected to the exhaust port 18, and an oil rotary pump 21 is connected to the exhaust port 19. Are connected. A substrate cleaning chamber 23 formed of stainless steel is connected to the other side wall via a vacuum gate valve 22, and a quartz glass plate 24 is mounted inside the substrate cleaning chamber 23. In addition, exhaust ports 25 and 26 are formed on the upper wall and the lower wall of the substrate cleaning chamber 23 at positions facing each other, and these exhaust ports 25 and 26 are connected to a vacuum pump 27. A gas supply pipe 42 for supplying a gas such as hydrofluoric acid is connected to the substrate cleaning chamber 23. A plurality of pipes 44 are connected to the gas supply pipe 42 so that nitrogen gas, HF / H 2 O, H 2 O gas or the like can be supplied to the substrate cleaning chamber 23.
A mass flow controller 45 is connected to the pipe 44 so as to maintain a desired gas flow rate. The silicon substrate 3 is placed inside the substrate cleaning chamber 23.
A transfer arm 28 for transferring 3 to the reaction chamber 11 is provided.

【0017】一方、反応室11の内部上部壁にはシラン
系ガス及び不活性ガスを導入するためのガス供給管2
9、30が接続され、さらに反応室11の内部にはプラ
ズマ引出窓16と対向させて、側面に開口部を持つ円筒
形の試料台31が配設されている。試料台31上には透
明石英製のサセプタ32が着脱可能に載置されており、
このサセプタ32の中央部にはプラズマ引出窓16に対
向してシリコン基板33が載置されている。
On the other hand, a gas supply pipe 2 for introducing a silane-based gas and an inert gas is provided on the upper inner wall of the reaction chamber 11.
9 and 30 are connected to each other, and a cylindrical sample stage 31 having an opening on a side surface is disposed inside the reaction chamber 11 so as to face the plasma extraction window 16. A transparent quartz susceptor 32 is detachably mounted on the sample table 31,
A silicon substrate 33 is placed at the center of the susceptor 32 so as to face the plasma extraction window 16.

【0018】試料台31はモータ34a、真空側への回
転導入機構34b、ピニオンギア34c、34d、ベア
リング34eによって構成される基板回転機構34によ
り、シリコン基板33の中心を中心とする水平面内でシ
リコン基板33を載置した状態で回転駆動されるように
なっている。
The sample stage 31 is made of a silicon in a horizontal plane centered on the center of the silicon substrate 33 by a substrate rotating mechanism 34 composed of a motor 34a, a rotation introducing mechanism 34b to the vacuum side, pinion gears 34c and 34d, and a bearing 34e. It is adapted to be rotationally driven with the substrate 33 placed thereon.

【0019】また、サセプタ32の中央部にはシリコン
基板33の外径よりもやや小さい径の孔32aが形成さ
れており、サセプタ32の下方には、シリコン基板33
の下面よりシリコン基板33を加熱するための加熱ヒー
タ35が配設されている。加熱ヒータ35はシリコン基
板33と平行に配設されたTa線35aと透明アルミナ
磁気製のヒータ支持体35bとを備えており、加熱ヒー
タ35で直接シリコン基板33を加熱することができ、
加熱効率を上げることができるようになっている。この
Ta線35aに石英管を通し、ヒータ線をランプ化する
ことにより、後述する石英ベルジャ36に加熱ヒータ3
5からの蒸発物が付着するのを軽減することができる。
また、ヒータ支持体35bの下方にはステンレス製の水
冷ジャケット38が配設され、ヒータ支持体35bを冷
却している。
A hole 32a having a diameter slightly smaller than the outer diameter of the silicon substrate 33 is formed in the central portion of the susceptor 32, and the silicon substrate 33 is provided below the susceptor 32.
A heater 35 for heating the silicon substrate 33 is provided from the lower surface of the. The heater 35 includes a Ta wire 35a arranged in parallel with the silicon substrate 33 and a heater support 35b made of transparent alumina magnetic, and the heater 35 can directly heat the silicon substrate 33.
The heating efficiency can be increased. A quartz tube is passed through the Ta wire 35a, and the heater wire is made into a lamp, so that the quartz bell jar 36, which will be described later, is heated by the heater 3.
It is possible to reduce the adhesion of the evaporate from 5.
A water cooling jacket 38 made of stainless steel is provided below the heater support 35b to cool the heater support 35b.

【0020】反応室11と加熱ヒータ35側とはステン
レス鋼製のベルジャ支持体37の上に配設された石英ベ
ルジャ36により隔離されている。反応室11側および
加熱ヒータ35側を真空排気する際には、両側の圧力差
による石英ベルジャ36の破損を防ぐために、反応室1
1と加熱ヒータ35側との間の仕切弁39を開いて両側
に接続された油回転ポンプ21、油拡散ポンプ40を介
して配設されている油回転ポンプ47で真空排気し、両
側の圧力が排気口19、41に対して分子流を形成する
まで低くなってから、仕切弁39を閉じ、反応室11側
はターボ分子ポンプ20で、加熱ヒータ35側は更に油
拡散40でそれぞれ排気を行なうようにする。
The reaction chamber 11 and the heater 35 side are separated by a quartz bell jar 36 provided on a stainless steel bell jar support 37. When the reaction chamber 11 side and the heater 35 side are evacuated to vacuum, the reaction chamber 1 is prevented from being damaged due to the pressure difference between the two sides.
1 is opened and the sluice valve 39 between the heating heater 35 side is opened, and the oil rotary pump 21 connected to both sides and the oil rotary pump 47 arranged via the oil diffusion pump 40 are evacuated to a pressure on both sides. Is lowered until a molecular flow is formed with respect to the exhaust ports 19 and 41, the sluice valve 39 is closed, the reaction chamber 11 side is the turbo molecular pump 20, and the heating heater 35 side is further oil diffused 40 to exhaust gas. Try to do it.

【0021】次に、このプラズマプロセス装置を用い
て、シリコン基板33上に気相成長させる方法について
説明する。RCA洗浄等で金属や有機汚染を除去したシ
リコン基板33を基板クリーニング室23に搬入し、1
00Pa以下に真空排気した後、窒素ガス5SLMを基
板クリーニング室23に流入させて、基板クリーニング
室23の圧力を約150Torrとし、引き続いてフッ
酸ガスを流入させてシリコン基板33をフッ酸ガスによ
り1分程度洗浄する。フッ酸は常温で液体であるため、
ガスボンベ、ガス供給管42、洗浄液タンク46を50
〜55℃に加熱しておく必要がある。洗浄後、基板クリ
ーニング室23の上下部に接続された排気口25、26
から真空ポンプ27によって基板クリーニング室23を
0.1Pa程度に高真空排気し、この真空状態を保持し
ながらリンス及び乾燥の工程を行なった後、シリコン基
板33を搬送アーム28によって装置本体の反応室11
内に搬送する。これにより洗浄後大気による有機汚染等
を防ぐことができる。
Next, a method for vapor phase growth on the silicon substrate 33 using this plasma processing apparatus will be described. The silicon substrate 33 from which metal and organic contaminants have been removed by RCA cleaning or the like is carried into the substrate cleaning chamber 23, and 1
After evacuating to less than 00 Pa, nitrogen gas 5SLM is flown into the substrate cleaning chamber 23 to bring the pressure in the substrate cleaning chamber 23 to about 150 Torr, and then hydrofluoric acid gas is flown into the silicon substrate 33 by hydrofluoric acid gas. Wash for about a minute. Since hydrofluoric acid is a liquid at room temperature,
The gas cylinder, the gas supply pipe 42, and the cleaning liquid tank 46 are 50
It must be heated to ~ 55 ° C. After cleaning, exhaust ports 25, 26 connected to the upper and lower parts of the substrate cleaning chamber 23
The substrate cleaning chamber 23 is evacuated to a high vacuum of about 0.1 Pa by the vacuum pump 27, and a rinsing and drying process is performed while maintaining this vacuum state, and then the silicon substrate 33 is transferred by the transfer arm 28 to the reaction chamber of the apparatus main body. 11
Carry it inside. This makes it possible to prevent organic pollution and the like due to the atmosphere after cleaning.

【0022】シリコン基板33を反応室11に搬送した
後、アルゴンガスを流し、ガス圧が0.5Pa、マイク
ロ波パワーが25W、コイル電流が19.5Aの条件下
でプラズマを点灯して吸着酸素を除去した後、直ちにSi
H4ガスへの切り替えを行なう。この際アルゴンガスの流
量をしぼりつつ、SiH4ガスの流量を増加させてゆき、Si
H4ガスが所定の流量に達すると略同時にアルゴンガスの
流量が0となるようにする。これにより、プラズマを消
灯することなしに、SiH4ガスによる低マイクロ波パワー
プラズマへと移行することができる。また、低マイクロ
波パワーのArプラズマで基板照射することにより成膜初
期の表面マイグレーションを促進できるという効果もあ
る。気相成長はSiH4ガスの圧力が0.4Pa、マイクロ
波パワーが25W、コイル電流が19.5Aの条件下で
行った。
After the silicon substrate 33 is transferred to the reaction chamber 11, an argon gas is flown, plasma is turned on under the conditions of a gas pressure of 0.5 Pa, a microwave power of 25 W, and a coil current of 19.5 A to adsorb oxygen. Immediately after removing
Switch to H 4 gas. At this time, the flow rate of the SiH 4 gas is increased while the flow rate of the argon gas is reduced.
When the H 4 gas reaches a predetermined flow rate, the flow rate of the argon gas is set to 0 at about the same time. As a result, it is possible to shift to low microwave power plasma using SiH 4 gas without turning off the plasma. Further, there is also an effect that the surface migration at the initial stage of film formation can be promoted by irradiating the substrate with Ar plasma of low microwave power. The vapor phase growth was performed under the conditions that the pressure of SiH 4 gas was 0.4 Pa, the microwave power was 25 W, and the coil current was 19.5 A.

【0023】SiH4ガスをプラズマで分解した後、吸着種
の表面マイグレーションを促進するためにはシリコン基
板33を加熱する必要がある一方、LSIパターンが微
細になるにつれドーパントの熱拡散が問題となるために
プロセス温度の低温化が要求されており、上記ECRプ
ラズマを用いることによって700℃の低温(熱エピタ
キシャルでは通常約1100℃)でも良質のエピタキシ
ャル膜が得られた。
After the SiH 4 gas is decomposed by plasma, it is necessary to heat the silicon substrate 33 in order to promote the surface migration of the adsorbed species, while the thermal diffusion of the dopant becomes a problem as the LSI pattern becomes finer. Therefore, it is required to lower the process temperature, and by using the ECR plasma, a good-quality epitaxial film can be obtained even at a low temperature of 700 ° C. (usually about 1100 ° C. in thermal epitaxial growth).

【0024】ここで、成長時SiH4プラズマのマイクロ波
パワーとEPD(エッチピット密度:転位に準ずる)と
の関係について表1に示す。この際の成長条件はSiH4
スの圧力が0.4Pa、コイル電流19.5Aである。
なお、EPD評価は成長させた約1μmのシリコンエピ
タキシャル膜を0.2μm程度エッチバックした際の結
晶欠陥を示す穴を顕微鏡によって観察する方法により行
った。また、エッチバックの条件は以下に示す通りであ
る。まず、第1液として K2Cr2O7:H2O=44g:100
0cc(0.15N)を調整し、この後第1液:HF
(50%)=1:2(容量比)で調整して第2液とす
る。そしてエッチング直前に第2液を1:1(容量比)
でH2O と混合して、この溶液中でシリコンエピタキシャ
ル膜を成長させた基板を60秒間、超音波攪拌洗浄した
後顕微鏡で観察した。
Table 1 shows the relationship between the microwave power of SiH 4 plasma during growth and EPD (etch pit density: according to dislocation). The growth conditions at this time are that the pressure of SiH 4 gas is 0.4 Pa and the coil current is 19.5 A.
The EPD evaluation was carried out by a method of observing a hole showing a crystal defect when a grown silicon epitaxial film of about 1 μm was etched back by about 0.2 μm with a microscope. The conditions for etch back are as follows. First, as the first liquid, K 2 Cr 2 O 7 : H 2 O = 44 g: 100
0 cc (0.15 N) was adjusted, and then 1st liquid: HF
(50%) = 1: 2 (volume ratio) is adjusted to obtain the second liquid. Immediately before etching, the second liquid is 1: 1 (volume ratio).
The substrate on which the silicon epitaxial film was grown in this solution after being mixed with H 2 O at 60 ° C. was ultrasonically stirred and washed for 60 seconds, and then observed with a microscope.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】このように、反応室11でECRプラズマ
によりエピタキシャル成長させる際、低マイクロ波パワ
ーで成長させるのが良質のエピタキシャル成長膜を形成
するのに有効であるがわかる。
As described above, it is understood that when epitaxially growing by ECR plasma in the reaction chamber 11, it is effective to grow with low microwave power to form a high quality epitaxial growth film.

【0027】上記した本実施例に係る気相成長方法及び
プラズマプロセス装置を用いてシリコン基板33上にエ
ピタキシャル成長膜を形成する場合、フッ酸洗浄により
シリコン基板33表面を洗浄した後、従来のように一旦
大気にさらすことなく反応室11内にシリコン基板33
を搬送することができるので、シリコン基板33への汚
染物質の混入を防止することができる。また、不活性ガ
スを低マイクロ波パワーでプラズマ点灯し、プラズマを
消灯することなしにSiH4ガスによる低マイクロ波パワー
プラズマへと移行することができるので、汚染及び欠陥
の非常に少ない、良質のエピタキシャル成長膜を形成す
ることができる。
When the epitaxial growth film is formed on the silicon substrate 33 by using the vapor phase growth method and the plasma processing apparatus according to this embodiment, the surface of the silicon substrate 33 is washed by hydrofluoric acid and then the conventional method is performed. The silicon substrate 33 is placed in the reaction chamber 11 without being exposed to the atmosphere.
Therefore, contaminants can be prevented from entering the silicon substrate 33. Further, since the inert gas can be turned on with a low microwave power and the plasma can be transferred to a low microwave power plasma with SiH 4 gas without turning off the plasma, there is very little contamination and defects, and high quality. An epitaxial growth film can be formed.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る気相成
長方法にあっては、シリコン基板をフッ酸ガスで洗浄
し、この後ECRプラズマプロセス装置の反応室内に配
設された試料台上に前記シリコン基板を載置し、不活性
ガスを前記反応室内に導入してシリコンの変位エネルギ
ーより低いエネルギーでプラズマを点灯した後、気相成
長用ガスを導入するので、本来はプラズマが点灯しない
ような低マイクロ波パワーでも気相成長用ガスが点灯す
ることとなり、良質のエピタキシャル成長膜を形成する
ことができる。
As described above in detail, in the vapor phase growth method according to the present invention, the silicon substrate is cleaned with hydrofluoric acid gas, and then the sample stage is provided in the reaction chamber of the ECR plasma processing apparatus. Since the silicon substrate is placed on the above, inert gas is introduced into the reaction chamber, plasma is lit at an energy lower than the displacement energy of silicon, and then gas for vapor phase growth is introduced, so plasma is originally lit. Even with such a low microwave power, the vapor phase growth gas is turned on and a high quality epitaxial growth film can be formed.

【0029】また本発明に係るプラズマプロセス装置に
あっては、プラズマ生成室及び試料台が内装された反応
室を備えたプラズマプロセス装置において、前記反応室
に真空仕切弁を介して基板クリーニング室が接続されて
いるので、洗浄後の基板をプラズマプロセス装置に搬送
する際の基板表面の汚染を防止することができ、汚染物
質による膜質の低下を防止することができる。
Further, in the plasma process apparatus according to the present invention, in the plasma process apparatus having the plasma generation chamber and the reaction chamber in which the sample stage is installed, the substrate cleaning chamber is provided in the reaction chamber via the vacuum gate valve. Since the substrates are connected, the substrate surface can be prevented from being contaminated when the cleaned substrate is transported to the plasma process apparatus, and the deterioration of the film quality due to contaminants can be prevented.

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

【図1】本発明に係るECRプラズマプロセス装置の実
施例を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of an ECR plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】従来のECRプラズマプロセス装置を示す概略
断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a conventional ECR plasma processing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 プラズマ生成室 11 反応室 22 真空仕切弁 23 基板クリーニング室 31 試料台 33 シリコン基板 43 プラズマプロセス装置 10 Plasma generation chamber 11 Reaction chamber 22 Vacuum gate valve 23 Substrate cleaning room 31 sample table 33 Silicon substrate 43 Plasma Process Equipment

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板をフッ酸ガスで洗浄し、こ
の後電子サイクロトロン共鳴励起(ECR)プラズマプ
ロセス装置の反応室内に配設された試料台上に前記シリ
コン基板を載置し、不活性ガスを前記反応室内に導入し
てシリコンの変位エネルギーより低いエネルギーでプラ
ズマを点灯した後、気相成長用ガスを導入することを特
徴とする気相成長方法。
1. A silicon substrate is cleaned with a hydrofluoric acid gas, and then the silicon substrate is placed on a sample table provided in a reaction chamber of an electron cyclotron resonance excitation (ECR) plasma process apparatus, and an inert gas is used. Is introduced into the reaction chamber to turn on plasma with energy lower than the displacement energy of silicon, and then a gas for vapor phase growth is introduced.
【請求項2】 プラズマ生成室及び試料台が内装された
反応室を備えたプラズマプロセス装置において、前記反
応室に真空仕切弁を介して基板クリーニング室が接続さ
れていることを特徴とするプラズマプロセス装置。
2. A plasma process apparatus having a reaction chamber in which a plasma generation chamber and a sample stage are internally provided, wherein a substrate cleaning chamber is connected to the reaction chamber via a vacuum sluice valve. apparatus.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536610A (en) * 1991-07-26 1993-02-12 Shimadzu Corp Vacuum film forming equipment
WO1995018460A1 (en) * 1993-12-27 1995-07-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Thin film formation method

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