JPH06293971A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents
半導体基板の製造方法Info
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Abstract
積膜を形成するに際し、基体の脱ガスを迅速、かつ確実
に行なう。 【構成】 基体94をロードロック室201内でXeラ
ンプ203で加熱することにより脱ガスを行ない、次い
で堆積容器91に搬入して、ここで堆積膜を形成する。
Description
に関し、更に詳しくは、半導体薄膜形成前の前処理に特
徴を有するものであり、特に電子デバイス、集積回路に
適する半導体基板の製造方法に関する。
の要求に答えるために、微細化を中心として半導体に関
するさまざまな研究開発が行なわれている。その中で特
に近年は、不純物汚染をいっさい排除し、狙った性能を
得るために、クリーンルーム環境から、装置、洗浄、成
膜等のあらゆる面においてクリーン化についての議論が
なされている(T.Ohmi,Proc.1986 S
EMI Technology Symposium,
PP.A1−1′〜A1−21,Dec.,198
6)。
膜の形成前の基板表面処理は、得られる堆積膜の結晶構
造、物性その他に非常に敏感に作用するので、重要視さ
れている技術の1つである。このクリーン化の技術はC
VD法では基板温度を1000℃程度の高温にし、塩素
系のガスを用いて行なうのが一般的である。その他にM
BE法で良く用いられる、保護酸化膜形成後高温処理や
Siビームで酸化膜を除去する方法や、Hプラズマを使
用する方法、100eV以上のエネルギーを持つArイ
オンのスパッタを用いる方法(W.R.Burger
et al,IEEE Electron Devic
e Lett.EDL−8,168(1987))、筆
者らの報告している低エネルギーArイオン照射による
方法(T.Ohmi,T.Ichikawa et a
l,Appl.Phys.Lett.53,45(19
88))等がある。
単結晶Siウエハに限らず、最近発光の分野で研究が盛
んな多孔質層の分野では、特に重要である。多孔質は、
SOI構造を実現する方法(FIPOS(Full I
solation by Porous Oxidiz
ed Silicon))のほかに、近年Si発光素子
としての応用が期待されている。多孔質層表面のクリー
ン化は重要なものであるが、それ以外にも、多孔質層の
孔の内部に残る水分その他の不純物(ガスを含む)をエ
ピタキシャル成長前に除去するために熱処理を行なった
り、熱処理中にSiビームを照射する方法(T.L.L
in et al,Appl.Phys.Lett.4
8,1793(1986))、さらにはNeのイオンス
パッタクリーニング(M.I.J.Beal et a
l,J.Vac.Sci.Technol.B3
(2),pp732(1985))を用いる方法等が報
告されている。
シャル成長を行なう成膜室内で上記高温工程を行なうク
リーン化の方法では多孔質層を含む基体からの脱ガスが
多く、このガスによって成膜室を汚染させてしまい、堆
積膜中に不純物を取り込んでしまうという問題がある。
すなわち多孔質層の表面及び内部の不純物を除去するた
めに基体に高温の熱処理を行なうと、非常に多くのガス
が多孔質内部から放出される。このため、成膜室内でこ
れを行なうと成膜室内のガスによる汚染、及び堆積膜中
への不純物の取り込みは大きくなる。またいったん成膜
室内にガスを放出させてしまうと、MBEやスパッター
等の高真空領域での成膜においては、所望の真空度に達
するにはかなりの時間が必要であり、多孔質層を使用し
ない基板に比べて作業効率は非常に悪くなる。さらに
は、高温工程により多孔質層が変質してしまうこともあ
る。
う方法で最も問題なものは、基板へのイオンダメージで
ある。ほとんどの場合、そのダメージを除去するため、
さらに熱処理を施すことが通常である。また本発明者ら
は、上記に示す報告で低エネルギーイオン照射による基
板へのダメージのない表面クリーン化法を報告し、基板
表面の吸着不純物層はダメージ無く除去することが可能
であるが、成膜室である程度の脱ガスをするまで高真空
中で基板を放置しなけらばならない点や、数μmもの深
さの多孔質内部の吸着不純物を除去することはむずかし
い等の点で問題がある。
える半導体基板の製造方法を提供することを目的とす
る。
に本発明は、多孔質層を有する基体を真空容器内で加熱
して前記基体をクリーン化し、次いで前記基体を加熱し
た容器と異なる容器内で該基体上にエピタキシャル成長
による堆積膜の形成を行なうように半導体基板の製造方
法を構成するもので、真空容器からエピタキシャル成長
による堆積膜の形成を行なう堆積容器への基体の搬送が
真空中で行なわれること、基体の加熱方法がランプ加熱
方法であること、基体の主成分がSiであること、ラン
プがXeランプであること、容器内でのエピタキシャル
成長が、ソースガス以外の分子の分圧が10-8Torr
以下の超高真空で行なわれることを含むものである。
への不純物の取り込み、多孔質層の変質、高真空領域へ
の復帰に際して生じる問題及び、イオン照射における基
板へのダメージ等の問題を生ずること無くSiウエハ等
の基体や多孔質層を含む基体を脱ガスすることが可能と
なる。さらにクリーニング効果も付加でき、その後所望
の膜を形成することが容易となる。
晶基体を部分的に多孔質化したものから全面的に多孔質
化したもの等、特に限定されるものでない。
s,Ge,SiC,SiGe等、及びこれらの混在物も
含めて、限定されるものでない。
が真空中で行われることは、搬送中に新たに汚染物質が
吸着しないという観点から、より好ましい。
しく多孔質層の変質を抑えるために急峻に温度を昇降温
でき、短時間で脱ガスできるものが好ましい。特に多孔
質Siが表面に形成されている場合、ランプのメイン波
長としては1μm以下のものが有効である。
ーン化効果も強く、また図4に示すように多孔質Siの
吸収係数が小さいので、多孔質内部まで透過して脱ガス
ができる波長を選ぶと効果的である。
持っており、吸収波長との関係で基体表面はもちろんの
こと、基体内部の多孔質孔表面をより選択的に加熱する
ことができ、波長的には効率的な脱ガスが実現できるラ
ンプといえる。ランプ法以外の方法で加熱する場合、た
とえば抵抗加熱法を用いることも可能であるが、基体以
外も加熱してしまい、効果的な脱ガスが妨げられたり、
加熱を止めた後の冷却に時間がとられる場合がある。
該堆積を行なう容器内での堆積が、堆積物以外の分子の
分圧が10-8Torr以下の超高真空装置内で行なわれ
る時には、この堆積容器は汚染からの復帰が容易でない
真空領域のため、この方法が特に効果的である。
する。
の1例を示すものであるが、特にこの装置に限定される
ものではない。装置はRF−DC結合バイアススパッタ
装置であり、2室構成となっている。
ャル成長による堆積膜の形成を行なうための堆積容器
(チャンバー)で、内部は真空にできるようになってい
る。
は基体、95は基板支持具、96は高周波電源、97は
マッチング回路、98はターゲットの直流電位を決定す
るための直流電源、99は基体の直流電位を決定するた
めの直流電源、100,101はそれぞれターゲット、
及び基体のローパスフィルターをそれぞれ示す。
面は表面処理として電解研磨、電解複合研磨を施した、
表面の平滑度としてRmax(表面荒さ)<0.1μm
の鏡面加工された表面に高純度酸素による不動態酸化膜
が形成されている。ガス排気系はマスフローコントロー
ラーやフィルタも含めてすべてSUS316製のものに
電解研磨、及び不動態酸化処理を施すなどして容器内へ
ガス導入時に搬入される不純物量を極力低下させるよう
にする。排気系は以下のように構成されている。メイン
ポンプは磁気浮上型のランダム型ターボ分子ポンプであ
る。補助ポンプとしてドライポンプを使用している。こ
の排気系はオイルフリーシステムであり、該システムは
不純物汚染が少ないように構成されている。なお2段目
のターボ分子ポンプは大流量型のポンプであって、プラ
ズマ発生中のmTorrオーダーの真空度に対しても排
気速度は維持される。これらの結果堆積容器91に導入
されるAr中の不純物量はもっとも多い水分でさえ数p
pb以下であり、基体温度を上昇させないときのバック
グラウンド真空度としては2×10-11 Torrが達成
できる。またターゲット92には数百MHzまで周波数
を変えられる可変型高周波電源96が接続されているこ
とから、高密度のプラズマの発生が可能であるほか、タ
ーゲット92、及びクリーン化された基体94aにはロ
ーパスフィルタ100,101を介して直流電位印加の
為の直流電源が接続されていて、これらによりターゲッ
ト92、及び基体94aの電位を制御できる。
は、該容器に接してもうけられた異なる容器であるロー
ドロック室201を介して行なわれる。これによって、
容器91へ不純物が混入するこを防止している。なおロ
ードロック室201にはXeランプ203が設けてあ
り、これにより基体94の加熱を行ない、基体のクリー
ン化を行なう。
導体基板を製造する場合につき説明する。
する。ここでは陽極化成法による多孔質Siに関して例
をあげる。Si単結晶基板を用意して、その全面もしく
は1部を多孔質化する。Si基板は、HF溶液を用いた
陽極化成法によって、多孔質化させる。この多孔質Si
層は、HF溶液濃度を50〜20%に変化させて処理す
ることで密度1.1〜0.6g/cm3 の範囲のものに
変化させることができる(単結晶Siの密度2.33g
/cm3 )。
56年に半導体の電解研磨の研究過程に於て発見された
(A.Uhlir,Bell Syst.Tech.
J.,vol 35,p.333(1956))。
質Si層には、平均約600オングストローム程度の径
の孔が形成されている。また、その密度は単結晶Siに
比べると、半分以下である。しかし、単結晶性は維持さ
れているので、多孔質層の上部へ単結晶Si層をエピタ
キシャル成長させることも可能であり、何種類かの報告
がある(Unagami J.Electroche
m.Soc.:Solid−state scienc
e and technology pp.133
9)。ただし、成長させた単結晶膜の結晶性は完全でな
く、欠陥が残存することが多い。結晶性を改善するため
に高温処理、もしくは高温成膜を行なうと、多孔質Si
が変質する場合があり、増速酸化等の多孔質Siの持つ
特性自体が変化し、特に1000℃以上では、内部の孔
の再配列が起こってしまう。
れている為に、表面積は激増する。その結果、スパッタ
装置の堆積容器内にそのまま搬入すると、多くの水を中
心とするガスが放出されるので、これを防止するために
成膜する前に堆積容器に隣接する真空容器であるロード
ロック室で真空状態で基体を加熱することにより脱ガス
をして基体をクリーン化する。
らば、数十秒で基体温度を500℃程度にまで上昇させ
られる。空隙率が約40%、2μm厚の多孔質層がSi
(100)基体に形成された基体の場合、約20分間の
ランプ照射でほぼ完全に脱ガスができる。
ここで他の多孔質条件ではそれぞれ脱ガスの様子が異な
るため温度、時間はそれぞれ異なる条件を用いる。
合わせて掲げる。多孔質Siの場合単結晶Siに比べて
2桁以上多量のガスが放出される。次に基体を堆積容器
に導入する。この時の、ロードロック室でのXeランプ
照射の有無による堆積容器内の真空度変化の違いを図3
に示す。Xeランプ照射を行なうことにより大幅に待機
時間を短縮することが可能となる。さらにロードロック
室で脱ガスを行なうため、堆積容器内の汚染を防ぎ、膜
中への不純物の取り込みを抑制できる。
り、エピタキシャル成長を多孔質化した基体表面に行な
い、シリコン単結晶層を形成する。基体表面クリーニン
グ条件、基体バイアス、ターゲットバイアス、圧力等の
条件を設定することで、多孔質基体上に低欠陥の単結晶
Si膜や多孔質層を継承した多孔質Si等を下地多孔質
層を変質させることなく、短時間で形成することができ
る。
する。
たP型(100)単結晶Si基体をHF溶液中において
陽極化成を行なった。
1:1 時間 :2(分) 多孔質Siの厚み:2(μm) 空隙率 :40(%) 該P型(100)多孔質Si基体をスパッタ装置のロー
ドロック室に導入した。導入後の真空度は7×10-8T
orrであった。次いでXeランプ(1kW)で20分
間照射し脱ガスした。照射後には最大5×10-6Tor
rまで真空度は低くなり、その後徐々に真空度が高ま
り、20分後には3×10-8Torrとなった。Xeラ
ンプ照射を止めると真空度は5×10-9Torrとなっ
た。その後堆積容器で構成されるスパッタ室に導入し、
1時間後に、多孔質Si基体上に0.2ミクロンのSi
エピタキシャル層を低温成長させた。Ar導入前の真空
度は3×10-9Torrであった。堆積条件は、以下の
とおりであった。 表面クリーニング条件 温度 :451℃ 雰囲気 :Ar 圧力 :15mTorr 基体電位 :5V ターゲット電位:−5V 高周波電力 :5W RF周波数 :100MHz 堆積条件 RF周波数 :100MHz 高周波電力 :100W 温度 :451℃ Arガス圧力 :15mTorr 成長時間 :20min 膜厚 :0.2μm ターゲット電流電位:−150V 基体直流電位 :+20V 多孔質上に、低欠陥のSi単結晶膜を成長させるとがで
きた。低欠陥とは、透過電子顕微鏡による断面TEM観
察やSeccoエッチングによる観察で欠陥が確認され
ない程度の低欠陥をいう。さらにこの基体温度では、多
孔質層の変質は確認されなかった。この全工程は165
分であった。さらに界面に存在する炭素量はランプ照射
をしなかった場合は1013atm/cm2 で、照射をし
た場合は1012atm/cm2 に減少した。
たP型(100)単結晶Si基体をHF溶液中において
陽極化成を行なった。
1:1 時間 :10(分) 多孔質Siの厚み:10(μm) 空隙率 :40(%) 該P型(100)多孔質Si基体をスパッタ装置のロー
ドロック室に導入した。導入後の真空度は10-7Tor
rであった。次いでXeランプで50分間500℃で照
射し脱ガスした。照射後には最大5×10-5Torrま
で真空度は悪くなり、その後徐々に真空度が高まり、5
0分後には3×10-8Torrとなった。Xeランプ照
射を止めると真空度は6×10-9Torrとなった。そ
の後、1度大気に出し、次いで堆積容器に搬入後該P型
(100)多孔質Si基体上に通常のCVD法によりエ
ピタキシャルSi単結晶膜を3μm堆積させた。堆積条
件は以下の通りである。
長した。この工程はすべてを通じ、65分間であった。
たP型(100)単結晶Si基体をHF溶液中において
陽極化成を行なった。
1:1 時間 :2(分) 多孔質Siの厚み:2(μm) 空隙率 :40(%) 該P型(100)多孔質Si基体をロードロック室に導
入した。導入後の真空度は7×10-8Torrであっ
た。次いでハロゲンランプで20分間照射し脱ガスし
た。照射後には最大8×10-6Torrまで真空度は悪
くなりその後徐々に真空度が高まり、50分後には7×
10-8Torrとなった。ハロゲンランプ照射を止める
と真空度は9×10-9Torrとなった。その後MBE
(分子線エピタキシー:molecular Beam
Epitaxy)法により、単結晶Si層を0.2μ
m堆積させた。堆積条件は以下の通りである。
やseccoエッチングによる観察で確認したが欠陥は
存在しなかった。この工程はすべてを通じて、150分
で行なうことができた。
たP型(100)単結晶Si基体をHF溶液中において
陽極化成を行なった。
1:1 時間 :2(分) 多孔質Siの厚み:2(μm) 空隙率 :40(%) 該P型(100)多孔質Si基体をスパッタ装置のロー
ドロック室に導入した。導入後の真空度は7×10-8T
orrであった。次いで抵抗加熱法で脱ガスした。抵抗
加熱中は堆積容器も加熱され、最大10-5Torrまで
真空度は悪くなり、その後徐々に真空度が高まり、80
分後には7×10-8Torrとなった。抵抗加熱を止め
ると真空度は60分後に2×10-8Torrとなった。
その後スパッタ室に導入1時間後に、多孔質Si基体上
にエピタキシャル層を厚さ0.2ミクロンで低温成長さ
せた。Ar導入前の真空度は3×10-9Torrであっ
た。堆積条件は以下の通りである。 表面クリーニング条件 温度 :385℃ 雰囲気 :Ar 圧力 :15mTorr 基体電位 :5V ターゲット電位:−5V 高周波電力 :5W RF周波数 :100MHz 堆積条件 RF周波数 :100MHz 高周波電力 :100W 温度 :385℃ Arガス圧力 :15mTorr 成長時間 :20min 膜厚 :0.2μm ターゲット電流電位:−150V 基体直流電位 :+30V 多孔質上に、多孔質を継承した単結晶膜が成長した。さ
らにこの基板温度では多孔質層の変質は確認されなかっ
た。この全工程は250分であった。
上記したような問題点及び上記したような要求に答え得
る半導体基板を製造する方法を提案することができる。
その後加熱した部屋と別の部屋で該基板上に堆積を行な
うことにより成膜室内の汚染、及び膜中への不純物の取
り込み、多孔質層の変質、高真空領域への復帰の問題及
び、イオン照射における基板へのダメージの問題を生じ
ること無く多孔質層を含む基体を脱ガスし、その後膜を
形成することが可能となり、時間の大幅な短縮、不純物
汚染の改善に大きな効果がある。また、加熱する部屋か
ら堆積する部屋への搬送が真空中で行なわれると特に有
効であり、またこの方法は該堆積を行なう容器内での堆
積が堆積物以外の分子の分圧が10-8Torr以下の超
高真空装置内で行なわれる時に有効である。
一例を示す構成図である。
射した際のロードロック室の真空度の変化を示すグラフ
である。
よるスパッタ室に導入した際の真空度変化を示すグラフ
である。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 多孔質層を有する基体を真空容器内で加
熱して前記基体をクリーン化し、次いで前記基体を加熱
した容器と異なる容器内で該基体上にエピタキシャル成
長による堆積膜の形成を行なうことを特徴とする半導体
基板の製造方法。 - 【請求項2】 真空容器からエピタキシャル成長による
堆積膜の形成を行なう堆積容器への基体の搬送が真空中
で行なわれる請求項1に記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項3】 基体の加熱方法がランプ加熱方法である
請求項1又は2に記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項4】 基体の主成分がSiである請求項1乃至
3のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項5】 ランプがXeランプである請求項1乃至
4のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項6】 容器内でのエピタキシャル成長が、ソー
スガス以外の分子の分圧が10-8Torr以下の超高真
空で行なわれる請求項1又は2に記載の半導体基板の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08077393A JP3241155B2 (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 半導体基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JPH06293971A true JPH06293971A (ja) | 1994-10-21 |
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Family
ID=13727750
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JP08077393A Expired - Lifetime JP3241155B2 (ja) | 1993-04-07 | 1993-04-07 | 半導体基板の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3241155B2 (ja) |
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JP2007173275A (ja) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 真空処理システム及び基板予備加熱方法 |
-
1993
- 1993-04-07 JP JP08077393A patent/JP3241155B2/ja not_active Expired - Lifetime
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