JPH09181020A - 熱エッチングによる基板の酸化層の除去完了を実時間に感知する方法 - Google Patents
熱エッチングによる基板の酸化層の除去完了を実時間に感知する方法Info
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- JPH09181020A JPH09181020A JP8164181A JP16418196A JPH09181020A JP H09181020 A JPH09181020 A JP H09181020A JP 8164181 A JP8164181 A JP 8164181A JP 16418196 A JP16418196 A JP 16418196A JP H09181020 A JPH09181020 A JP H09181020A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体等の表面には存在する酸化層を熱エッチ
ングで除去するにおいて、その除去の完了時点を実時間
に感知する方法を提供する。 【解決手段】本発明の酸化層の除去完了を実時間に感知
する方法は、半導体基板と屈折率の差のある基板表面の
酸化層が高温で熱エッチングされる時、酸化層の厚さが
減少することによってレーザビームの反射信号が周期的
な信号を表わし、この信号の周期を利用して、相対的な
エッチング速度とエッチング完了時点とを得ることがで
きる。
ングで除去するにおいて、その除去の完了時点を実時間
に感知する方法を提供する。 【解決手段】本発明の酸化層の除去完了を実時間に感知
する方法は、半導体基板と屈折率の差のある基板表面の
酸化層が高温で熱エッチングされる時、酸化層の厚さが
減少することによってレーザビームの反射信号が周期的
な信号を表わし、この信号の周期を利用して、相対的な
エッチング速度とエッチング完了時点とを得ることがで
きる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板上の酸化
層の除去を実時間に感知する方法に関するもので、特
に、半導体基板上の酸化層の除去時点を正確に感知する
熱エッチングによる基板の酸化層の除去完了を実時間に
感知する方法に関するものである。
層の除去を実時間に感知する方法に関するもので、特
に、半導体基板上の酸化層の除去時点を正確に感知する
熱エッチングによる基板の酸化層の除去完了を実時間に
感知する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に半導体基板の製造で、研究者ら
が一番関心を持っている点は、成長された異種構造の品
質であり、異種構造の品質を決定する要因はいろいろあ
る。これらを羅列すると、成長方法、使用原料およびガ
スの純度、基板の品質、成長層の厚さおよび造成、調節
能力などがある。この中でいずれの一つでも欠ける場
合、エピ層の品質は低下し、これは素子の性能を落とす
致命的な要因となる。
が一番関心を持っている点は、成長された異種構造の品
質であり、異種構造の品質を決定する要因はいろいろあ
る。これらを羅列すると、成長方法、使用原料およびガ
スの純度、基板の品質、成長層の厚さおよび造成、調節
能力などがある。この中でいずれの一つでも欠ける場
合、エピ層の品質は低下し、これは素子の性能を落とす
致命的な要因となる。
【０００３】前記要因の中で、基板の品質は基板表面に
存在する欠陥が重要であり、特にナノメートル（ｎｍ）
規格の微細なエピ層を糾明するにおいて表面欠陥の存在
は深刻な問題となりうる。
存在する欠陥が重要であり、特にナノメートル（ｎｍ）
規格の微細なエピ層を糾明するにおいて表面欠陥の存在
は深刻な問題となりうる。
【０００４】多くの基板製造会社の努力で、相当な水準
の高品質の基板が生産されているし、一部の高品質の基
板は、予備処理なしにすぐ成長に利用されたりするが、
これはまだ高価であり、大量生産がされていない実験段
階であり、いつでも表面の酸化層が生成される可能性が
ある。
の高品質の基板が生産されているし、一部の高品質の基
板は、予備処理なしにすぐ成長に利用されたりするが、
これはまだ高価であり、大量生産がされていない実験段
階であり、いつでも表面の酸化層が生成される可能性が
ある。
【０００５】大部分の場合、成長に使用される基板は、
成長前に基板の前処理過程を経た後、成長に利用される
が、処理方法としては化学薬品を利用したエッチング方
法を主に使用しており、最近では、基板の品質が向上さ
れながら化学薬品処理は省略されており、その代りに成
長前に高温を利用した熱エッチング方法だけを主に使用
し始めた。
成長前に基板の前処理過程を経た後、成長に利用される
が、処理方法としては化学薬品を利用したエッチング方
法を主に使用しており、最近では、基板の品質が向上さ
れながら化学薬品処理は省略されており、その代りに成
長前に高温を利用した熱エッチング方法だけを主に使用
し始めた。
【０００６】こうした一連の試片の前処理過程は、究極
的に基板の表面に存在する酸化層を除去しようとするた
めであり、もし表面の酸化層がそのまま存在して成長さ
れる場合、酸化層と基板およびエピ層とは物理的、化学
的に全く別の性質の物質となるので、素子の製作の時に
望むどおりに性能の制御ができない可能性があり、格子
構造の相異することにより、三次元的な欠陥が発生して
エピ層の自体の品質が落ちる可能性もある。
的に基板の表面に存在する酸化層を除去しようとするた
めであり、もし表面の酸化層がそのまま存在して成長さ
れる場合、酸化層と基板およびエピ層とは物理的、化学
的に全く別の性質の物質となるので、素子の製作の時に
望むどおりに性能の制御ができない可能性があり、格子
構造の相異することにより、三次元的な欠陥が発生して
エピ層の自体の品質が落ちる可能性もある。
【０００７】基板の酸化層は常温および大気中で熱力学
的にかならず存在する層であり、どんなに優秀な品質の
基板が生産されても、一旦、使用者がエピ層成長に利用
するまで酸化層がない状態で保管するということは、ほ
ぼ不可能なことであるので、成長前にどんな方法を用い
ても、かならず酸化層を除去して成長に利用しなければ
ならない。
的にかならず存在する層であり、どんなに優秀な品質の
基板が生産されても、一旦、使用者がエピ層成長に利用
するまで酸化層がない状態で保管するということは、ほ
ぼ不可能なことであるので、成長前にどんな方法を用い
ても、かならず酸化層を除去して成長に利用しなければ
ならない。
【０００８】従来の技術では、エピ成長用基板を成長前
に化学薬品を利用した湿式エッチング方法（wet etchin
g）で基板表面の不純物および酸化層とを除去した。
に化学薬品を利用した湿式エッチング方法（wet etchin
g）で基板表面の不純物および酸化層とを除去した。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、不純物ある
いは酸化層をエッチングするのに使用されるよく知られ
ている化学薬品としては、黄酸混合液および塩酸混合液
などがあるが、それぞれ基板の種類によって適切に選択
すべきであり、エッチング溶液の自体の純度が低くて基
板をむしろ汚染させるなどの問題点があった。
いは酸化層をエッチングするのに使用されるよく知られ
ている化学薬品としては、黄酸混合液および塩酸混合液
などがあるが、それぞれ基板の種類によって適切に選択
すべきであり、エッチング溶液の自体の純度が低くて基
板をむしろ汚染させるなどの問題点があった。
【００１０】このため最近、生産される基板の品質が顕
著に向上されて化学薬品によるエッチングはほぼ使用さ
れていないし、その代りに簡単な熱エッチング（therma
l etching）を利用して、エピ層の成長直前に酸化層を
除去している。
著に向上されて化学薬品によるエッチングはほぼ使用さ
れていないし、その代りに簡単な熱エッチング（therma
l etching）を利用して、エピ層の成長直前に酸化層を
除去している。
【００１１】現在の技術開発水準で半導体、超伝導およ
びその他の材料の高品質エピ成長方法で、一番脚光をあ
びている装置は、分子線蒸着装置（ＭＢＥ，molecular
beamepitaxy，以下ＭＢＥと称する）とＭＯＣＶＤであ
り、ＭＢＥ方法は、開発の初期段階から熱エッチングを
利用した酸化層の除去方法がよく知られている。
びその他の材料の高品質エピ成長方法で、一番脚光をあ
びている装置は、分子線蒸着装置（ＭＢＥ，molecular
beamepitaxy，以下ＭＢＥと称する）とＭＯＣＶＤであ
り、ＭＢＥ方法は、開発の初期段階から熱エッチングを
利用した酸化層の除去方法がよく知られている。
【００１２】このＭＢＥ方法では、成長室の内部の圧力
が１０~9ｔｏｒｒ以下であるので、電子線を利用した実
時間分析法が可能であり、よく知られている方法として
は“高エネルギー電子反射回折（ＲＨＥＥＤ：reflecti
on high energy electron deffraction，以下ＲＨＥＥ
Ｄと称する）”という分析方法がある。
が１０~9ｔｏｒｒ以下であるので、電子線を利用した実
時間分析法が可能であり、よく知られている方法として
は“高エネルギー電子反射回折（ＲＨＥＥＤ：reflecti
on high energy electron deffraction，以下ＲＨＥＥ
Ｄと称する）”という分析方法がある。
【００１３】この分析方法によると、成長室に実装され
た半導体基板を高温で加熱させた後、電子ビームを基板
に傾けて走査して、反射される反対側に設置された検出
器によって、電子ビーム形状が現われるが、熱エッチン
グの初期には反射されたビームの形状が拡散反射（diff
use reflection）で現われるし、中間段階では非晶質リ
ング形状（amorphous ring pattern）が現われ、そして
最後の段階で酸化層がほぼ消滅される場合に点形状（sp
ot pattern）が現われる。
た半導体基板を高温で加熱させた後、電子ビームを基板
に傾けて走査して、反射される反対側に設置された検出
器によって、電子ビーム形状が現われるが、熱エッチン
グの初期には反射されたビームの形状が拡散反射（diff
use reflection）で現われるし、中間段階では非晶質リ
ング形状（amorphous ring pattern）が現われ、そして
最後の段階で酸化層がほぼ消滅される場合に点形状（sp
ot pattern）が現われる。
【００１４】ＲＨＥＥＤ方法によって酸化層の除去を感
知するまではやや数十秒以内であり、このように早く除
去できる理由は、成長室の内部が非常に高い高真空であ
るので、圧力平衡によって酸化層の脱着が起きやすいと
思われる。
知するまではやや数十秒以内であり、このように早く除
去できる理由は、成長室の内部が非常に高い高真空であ
るので、圧力平衡によって酸化層の脱着が起きやすいと
思われる。
【００１５】一方、ＭＯＣＶＤ方法は、成長室の内部の
圧力が２０ｔｏｒｒ程度に高いため、成長室の内部で発
生する現状の実時間分析は不可能なことに知られてい
る。したがって、熱エッチング方法も適用したが、主に
経験に依存したし、それさえも基板の保存状態によって
エッチング条件が多様であるため、時間的な損失を招い
ていた。
圧力が２０ｔｏｒｒ程度に高いため、成長室の内部で発
生する現状の実時間分析は不可能なことに知られてい
る。したがって、熱エッチング方法も適用したが、主に
経験に依存したし、それさえも基板の保存状態によって
エッチング条件が多様であるため、時間的な損失を招い
ていた。
【００１６】ところで、ＭＢＥ方法とかＭＯＣＶＤ方法
は成長材料および構造によって長・短所がある。
は成長材料および構造によって長・短所がある。
【００１７】ＭＯＣＶＤ方法でも、酸化層のエッチング
完了時点を実時間的に検出する必要があるが、前記で説
明したようにＭＯＣＶＤ方法では、実時間分析が不可能
であった。
完了時点を実時間的に検出する必要があるが、前記で説
明したようにＭＯＣＶＤ方法では、実時間分析が不可能
であった。
【００１８】本発明の目的は、例えば半導体などで構成
された基板上に形成されている自然酸化層あるいは工程
の中に成長される酸化層の除去完了を実時間で、より正
確に感知する方法を提供することにある。
された基板上に形成されている自然酸化層あるいは工程
の中に成長される酸化層の除去完了を実時間で、より正
確に感知する方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ＭＯＣＶＤ成長装備に装着されたレーザを
利用した実時間の反射率の測定装置を応用して、対象と
なる酸化層の除去完了を実時間に感知する。その実時間
の反射率の測定装置は元もと、基板の上に成長されるエ
ピ層の時間による成長速度を感知するために使用される
装備であるが、本発明では、その基板の上でエッチング
され無くなる酸化層のエッチング速度を感知するのに活
用することができる。したがって本発明によると、ＭＯ
ＣＶＤ方法でも、エピ成長の前段階で行なわれる熱エッ
チング過程を感知してより最適な熱エッチング条件がわ
かるようになる。
に本発明は、ＭＯＣＶＤ成長装備に装着されたレーザを
利用した実時間の反射率の測定装置を応用して、対象と
なる酸化層の除去完了を実時間に感知する。その実時間
の反射率の測定装置は元もと、基板の上に成長されるエ
ピ層の時間による成長速度を感知するために使用される
装備であるが、本発明では、その基板の上でエッチング
され無くなる酸化層のエッチング速度を感知するのに活
用することができる。したがって本発明によると、ＭＯ
ＣＶＤ方法でも、エピ成長の前段階で行なわれる熱エッ
チング過程を感知してより最適な熱エッチング条件がわ
かるようになる。
【００２０】より具体的には本発明は、酸化層が形成さ
れている半導体の基板を成長室に実装して、所定の温度
を基板に加えた状態で熱エッチング処理を行い、同時に
レーザビームを基板上に走査して基板から反射されたレ
ーザビームの屈折率の周期を分析し、前記酸化層のエッ
チング完了を感知することを特徴とする。
れている半導体の基板を成長室に実装して、所定の温度
を基板に加えた状態で熱エッチング処理を行い、同時に
レーザビームを基板上に走査して基板から反射されたレ
ーザビームの屈折率の周期を分析し、前記酸化層のエッ
チング完了を感知することを特徴とする。
【００２１】本発明では、通常的に使用される実時間レ
ーザ反射装置を利用し、高温で酸化層のエッチングが行
われている基板からのレーザ反射信号の干渉による周期
的な信号の変化量を測定してエッチングの相対的な速度
を糾明し、酸化層が完全に除去された時間をさっそく決
定する。
ーザ反射装置を利用し、高温で酸化層のエッチングが行
われている基板からのレーザ反射信号の干渉による周期
的な信号の変化量を測定してエッチングの相対的な速度
を糾明し、酸化層が完全に除去された時間をさっそく決
定する。
【００２２】すなわち、基板と屈折率の差のある基板表
面の酸化層が高温で熱エッチングされる時、この酸化層
の厚さが減少することによって、レーザビームの反射信
号が周期的な変化を示す。本発明によれば、この信号の
周期を利用して相対的なエッチング速度とエッチング完
了時点を糾明できるようになる。
面の酸化層が高温で熱エッチングされる時、この酸化層
の厚さが減少することによって、レーザビームの反射信
号が周期的な変化を示す。本発明によれば、この信号の
周期を利用して相対的なエッチング速度とエッチング完
了時点を糾明できるようになる。
【００２３】本発明によると、基板の種類とか保存状態
に関係なく、ただ一回で酸化層の除去完了時点を正確に
測定することができるので、半導体基板の上でエピ成長
される時に時間的な節減効果が得られる。
に関係なく、ただ一回で酸化層の除去完了時点を正確に
測定することができるので、半導体基板の上でエピ成長
される時に時間的な節減効果が得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、添附された図面を参照して
本発明の一実施形態を詳しく説明する。
本発明の一実施形態を詳しく説明する。
【００２５】本発明で、提案された熱エッチングによる
基板の酸化層の除去完了を実時間に感知する方法を図１
ないし図３を参照して説明すると、次のようである。
基板の酸化層の除去完了を実時間に感知する方法を図１
ないし図３を参照して説明すると、次のようである。
【００２６】図１は、本発明の実施形態を説明するた
め、ＭＯＣＶＤ装置の外部に設置された通常的な反射率
の実時間の測定装置の概略図を示すものである。
め、ＭＯＣＶＤ装置の外部に設置された通常的な反射率
の実時間の測定装置の概略図を示すものである。
【００２７】本実施形態において反射率の測定装置は、
例えば、レーザ装置１０、該レーザ装置１０から照射さ
れＭＯＣＶＤ装置の成長室１００内に実装される半導体
基板１３０の表面で反射されたレーザビームを検出する
光検出器２０、および、光検出器２０での検出結果に応
じて得られたレーザビームの反射率の時間変化を分析す
るためのコンピュータ３０を含んで構成される。
例えば、レーザ装置１０、該レーザ装置１０から照射さ
れＭＯＣＶＤ装置の成長室１００内に実装される半導体
基板１３０の表面で反射されたレーザビームを検出する
光検出器２０、および、光検出器２０での検出結果に応
じて得られたレーザビームの反射率の時間変化を分析す
るためのコンピュータ３０を含んで構成される。
【００２８】レーザ装置１０は、対象となる酸化膜の厚
さの程度に応じた波長のレーザービームを発生するもの
で、例えばヘリウム−ネオンレーザのような短い波長の
レーザービームを発生するものを用いることができる。
さの程度に応じた波長のレーザービームを発生するもの
で、例えばヘリウム−ネオンレーザのような短い波長の
レーザービームを発生するものを用いることができる。
【００２９】また、ＭＯＣＶＤ装置の成長室１００は、
その内部に実装される半導体基板１３０の表面に外部に
設置されたレーザ装置１０から走査されるレーザビーム
が達することができるように、両側の壁に窓ガラス１１
０，１２０が形成されている構造を有する。
その内部に実装される半導体基板１３０の表面に外部に
設置されたレーザ装置１０から走査されるレーザビーム
が達することができるように、両側の壁に窓ガラス１１
０，１２０が形成されている構造を有する。
【００３０】図２は、半導体基板１３０の表面が空気の
中に露出されることによって、自然酸化層１４０が存在
するガリウム砒素基板の断面の一例を示す図である。全
体の厚さは約０．４５ｍｍであり、基板表面には大気中
の酸素によって酸化された酸化層１４０が存在する。酸
化層１４０の厚さｄは、その基板の保存状態によって変
化するが、通常、数十オングストロングより数百オング
ストロング（１Ａｎｇｓｔｒｏｎｇ＝１０~7ｍｍ）の厚
さを有する。
中に露出されることによって、自然酸化層１４０が存在
するガリウム砒素基板の断面の一例を示す図である。全
体の厚さは約０．４５ｍｍであり、基板表面には大気中
の酸素によって酸化された酸化層１４０が存在する。酸
化層１４０の厚さｄは、その基板の保存状態によって変
化するが、通常、数十オングストロングより数百オング
ストロング（１Ａｎｇｓｔｒｏｎｇ＝１０~7ｍｍ）の厚
さを有する。
【００３１】通常的に半導体基板上にエピ層を形成する
には、金属有機物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ，metal organi
c chemical vapor deposition）が使用されており、実
時間の反射率の測定装置は、こうした成長装備に装着さ
れ、成長される異種薄膜の厚さと造成とを実時間にさっ
そく糾明するのに応用されている。
には、金属有機物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ，metal organi
c chemical vapor deposition）が使用されており、実
時間の反射率の測定装置は、こうした成長装備に装着さ
れ、成長される異種薄膜の厚さと造成とを実時間にさっ
そく糾明するのに応用されている。
【００３２】本発明の実施形態では、最初に、例えば図
２のようにガリウム砒素の基板の表面上に酸化層１４０
が形成されている半導体基板１３０を装置に実装する。
例えば、ＭＯＣＶＤ装置などの成長室１００に前記半導
体基板を図１の成長室１００内に実装する。次いで、成
長室１００内で温度を上げ、熱エッチング処理を開始す
る。そして、実時間の反射率の測定装置にのレーザ装置
１０により、例えばヘリウム−ネオンレーザビーム発生
し、半導体基板１３０の表面へ照射あるいは走査する。
光検出器２０は、半導体基板１３０から反射されたレー
ザビームを検出する。さらに、コンピュータ３０は、光
検出器２０から検出された反射レーザビームの反射率の
時間変化及びその周期等を解析する。
２のようにガリウム砒素の基板の表面上に酸化層１４０
が形成されている半導体基板１３０を装置に実装する。
例えば、ＭＯＣＶＤ装置などの成長室１００に前記半導
体基板を図１の成長室１００内に実装する。次いで、成
長室１００内で温度を上げ、熱エッチング処理を開始す
る。そして、実時間の反射率の測定装置にのレーザ装置
１０により、例えばヘリウム−ネオンレーザビーム発生
し、半導体基板１３０の表面へ照射あるいは走査する。
光検出器２０は、半導体基板１３０から反射されたレー
ザビームを検出する。さらに、コンピュータ３０は、光
検出器２０から検出された反射レーザビームの反射率の
時間変化及びその周期等を解析する。
【００３３】この時、成長室１００は半導体異種薄膜が
生成される空間であり、約２０ｔｏｒｒ（１気圧は７６
０ｔｏｒｒ）の圧力を維持しており、１０００℃の温度
雰囲気（ambient）まで可能な熱源が装着されているも
のとする。
生成される空間であり、約２０ｔｏｒｒ（１気圧は７６
０ｔｏｒｒ）の圧力を維持しており、１０００℃の温度
雰囲気（ambient）まで可能な熱源が装着されているも
のとする。
【００３４】レーザビームは半導体基板１３０の酸化層
１４０の表面で全て反射されることなく、一部は屈折、
透過されて半導体基板１３０まで達し、その半導体基板
１３０の表面で２次反射になる。もし酸化層１４０の表
面より反射されたレーザビームの波長と半導体基板１３
０の表面より反射されたレーザビームの波長の位相差の
ない場合、補強干渉が起こって、反射ビームの強度は極
大となり、反射された二つのレーザビームの波長が互い
に９０℃の位相差を有する場合、相殺干渉が起こって反
射ビームの強度は極小となる。
１４０の表面で全て反射されることなく、一部は屈折、
透過されて半導体基板１３０まで達し、その半導体基板
１３０の表面で２次反射になる。もし酸化層１４０の表
面より反射されたレーザビームの波長と半導体基板１３
０の表面より反射されたレーザビームの波長の位相差の
ない場合、補強干渉が起こって、反射ビームの強度は極
大となり、反射された二つのレーザビームの波長が互い
に９０℃の位相差を有する場合、相殺干渉が起こって反
射ビームの強度は極小となる。
【００３５】但し、半導体基板１３０と酸化層１４０の
屈折率とが互いに異なる時、このような現状が起こる
し、大部分の場合は、基板と酸化層とは異なる光学的な
性質を持つため、屈折率も異なる。
屈折率とが互いに異なる時、このような現状が起こる
し、大部分の場合は、基板と酸化層とは異なる光学的な
性質を持つため、屈折率も異なる。
【００３６】なお、酸化層１４０の厚さが一定の場合、
位相差も一定であるので、信号変化が感知できないが、
本方法の場合は熱エッチングによって酸化層１４０が時
間によってエッチングされる過程なので、酸化層１４０
の厚さは時間によって変わることになる。このため、レ
ーザビームの反射信号は時間によって周期的変化を示す
ことになる。
位相差も一定であるので、信号変化が感知できないが、
本方法の場合は熱エッチングによって酸化層１４０が時
間によってエッチングされる過程なので、酸化層１４０
の厚さは時間によって変わることになる。このため、レ
ーザビームの反射信号は時間によって周期的変化を示す
ことになる。
【００３７】図３は、実際の実験を通じて、こうした反
射信号の変化過程を時間に対して示したグラフである。
図３の横軸は成長室１００の内部でエッチングされる時
間を示し、縦軸は光検出器２０で記録された反射信号の
反射率を示す。ここで、反射率とは基板への入射ビーム
に対する反射ビームの相対強度を示す比率である。
射信号の変化過程を時間に対して示したグラフである。
図３の横軸は成長室１００の内部でエッチングされる時
間を示し、縦軸は光検出器２０で記録された反射信号の
反射率を示す。ここで、反射率とは基板への入射ビーム
に対する反射ビームの相対強度を示す比率である。
【００３８】熱エッチングは８５０℃で行なわれ、図３
のＩ区間（Ａ点より）は常温から８５０℃まで温度を上
げる過程で示された信号であり、II区間（Ｂ点より）は
８５０℃に達した後、一定に温度が維持された区間であ
る。
のＩ区間（Ａ点より）は常温から８５０℃まで温度を上
げる過程で示された信号であり、II区間（Ｂ点より）は
８５０℃に達した後、一定に温度が維持された区間であ
る。
【００３９】Ｉ区間では、温度が上昇するにしたがい、
熱エッチングによる信号はもちろん、加熱されたガリウ
ム砒素基板１３０で発生される熱輻射による電磁波も反
射レーザービームに重畳されて、光検出器２０によって
検出される。このため、信号変化は、酸化層の厚さの変
化による影響だけでなく、雰囲気温度の変化に応じて変
化する熱輻射による影響も加わるため、上述したような
信号変化と酸化膜の厚さの変化との対応関係が維持され
ず、その分析が困難となる。
熱エッチングによる信号はもちろん、加熱されたガリウ
ム砒素基板１３０で発生される熱輻射による電磁波も反
射レーザービームに重畳されて、光検出器２０によって
検出される。このため、信号変化は、酸化層の厚さの変
化による影響だけでなく、雰囲気温度の変化に応じて変
化する熱輻射による影響も加わるため、上述したような
信号変化と酸化膜の厚さの変化との対応関係が維持され
ず、その分析が困難となる。
【００４０】しかし、II区間からは、雰囲気温度が一定
となり輻射熱による影響は時間的に一定となる。よっ
て、熱エッチングの進行による酸化層１４０の厚さの減
少だけが干渉現象に影響をあたえる因子となる。よっ
て、このII区間では、熱エッチングによる酸化層１４０
の厚さの変化に対応する反射率変化を簡単に解析できる
のである。
となり輻射熱による影響は時間的に一定となる。よっ
て、熱エッチングの進行による酸化層１４０の厚さの減
少だけが干渉現象に影響をあたえる因子となる。よっ
て、このII区間では、熱エッチングによる酸化層１４０
の厚さの変化に対応する反射率変化を簡単に解析できる
のである。
【００４１】すなわち、熱エッチングのエッチング速度
をＧとすると、反射信号の反射率の変化の周期は、次の
ような関係式を持つ。
をＧとすると、反射信号の反射率の変化の周期は、次の
ような関係式を持つ。
【００４２】
【数１】Ｔｐ＝Ｌ／（２×ｎ×Ｇ） ・・・（数１） ここで、Ｔｐは反射信号の一周期に相当する時間であ
り、Ｌはレーザビームの波長、ｎは酸化層１４０の有効
屈折率を示す。
り、Ｌはレーザビームの波長、ｎは酸化層１４０の有効
屈折率を示す。
【００４３】上記関係式を利用すると、非常に簡単に、
酸化層１４０のエッチング速度Ｇを相対的に知ることが
できる。例えば、図３の点Ｃ−Ｄ間の周期Ｔｐ（ＣＤ）
は、点Ｂ−Ｃ間の周期Ｔｐ（ＢＣ）より大きいため、時
間がたつほどエッチング速度Ｇは減少すると分析するこ
とができる。
酸化層１４０のエッチング速度Ｇを相対的に知ることが
できる。例えば、図３の点Ｃ−Ｄ間の周期Ｔｐ（ＣＤ）
は、点Ｂ−Ｃ間の周期Ｔｐ（ＢＣ）より大きいため、時
間がたつほどエッチング速度Ｇは減少すると分析するこ
とができる。
【００４４】さらに、周期性がほぼ無くなったＥ点を検
出することで、酸化層１４０がほぼ全部除去された状態
に達したことを知ることができ、よって、熱エッチング
処理が完了したことを検知することができる。
出することで、酸化層１４０がほぼ全部除去された状態
に達したことを知ることができ、よって、熱エッチング
処理が完了したことを検知することができる。
【００４５】本例においては酸化層１４０がほぼ全部除
去されるのに相当な時間がかかったが、ＭＢＥ方法によ
って感知された時間が数十秒であるに比べて、ＭＯＣＶ
Ｄ方法で感知された時間が大変長くかかった理由は、Ｍ
ＯＣＶＤ成長室の高い圧力のためであると判断される。
去されるのに相当な時間がかかったが、ＭＢＥ方法によ
って感知された時間が数十秒であるに比べて、ＭＯＣＶ
Ｄ方法で感知された時間が大変長くかかった理由は、Ｍ
ＯＣＶＤ成長室の高い圧力のためであると判断される。
【００４６】なお、エッチング温度を７００℃に下げて
同じ実験を反復したが、信号周期が約２５％増加した。
これはそれ位、エッチング速度が減少したことを意味す
るものと考えられる。
同じ実験を反復したが、信号周期が約２５％増加した。
これはそれ位、エッチング速度が減少したことを意味す
るものと考えられる。
【００４７】上述した本発明の実施形態は、従来の技術
で、熱エッチング方法で酸化層を除去する場合、経験的
に最適条件を求めることによって、時間的な損失を招い
た問題点を解決して、ただ一回で酸化層の除去完了時間
を判断することができるために、時間的、経済的な節減
効果が得られる。
で、熱エッチング方法で酸化層を除去する場合、経験的
に最適条件を求めることによって、時間的な損失を招い
た問題点を解決して、ただ一回で酸化層の除去完了時間
を判断することができるために、時間的、経済的な節減
効果が得られる。
【００４８】かつ、従来には使用基板の種類と保管程度
によって化学薬品の処理および熱エッチング方法で酸化
層を処理したが、この方法は基板の種類に関係なしに成
長室をそのまま利用して酸化層の除去処理を適切に制御
することができるのである。
によって化学薬品の処理および熱エッチング方法で酸化
層を処理したが、この方法は基板の種類に関係なしに成
長室をそのまま利用して酸化層の除去処理を適切に制御
することができるのである。
【００４９】なお、本実施形態ではガリウム砒素半導体
を例に挙げて説明したが、対象となる基板の種類はこれ
に限定されるものではもちろん無い。本発明の方法は、
他の種類の半導体や超伝導体などの基板にも適用できる
ものであり、単結晶状態の成長すなわちエピ成長の時
に、これらの基板で使用される材料の表面には存在す
る、酸化層を熱エッチングで除去するにおいて除去の完
了時点を実時間に感知することができる。
を例に挙げて説明したが、対象となる基板の種類はこれ
に限定されるものではもちろん無い。本発明の方法は、
他の種類の半導体や超伝導体などの基板にも適用できる
ものであり、単結晶状態の成長すなわちエピ成長の時
に、これらの基板で使用される材料の表面には存在す
る、酸化層を熱エッチングで除去するにおいて除去の完
了時点を実時間に感知することができる。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、基板上に形成されてい
る自然酸化層あるいは工程の中に成長される酸化層の除
去完了を実時間で、より正確に感知する方法を提供する
ことができる。
る自然酸化層あるいは工程の中に成長される酸化層の除
去完了を実時間で、より正確に感知する方法を提供する
ことができる。
【図１】実時間の反射率の測定装置の構成を示す構成
図。
図。
【図２】ガリウム砒素基板上に自然のガリウム砒素酸化
層が形成されている状態を示す断面図。
層が形成されている状態を示す断面図。
【図３】ガリウム砒素酸化層のエッチング進行時間によ
るレーザビームの反射率の変化を示すグラフ。
るレーザビームの反射率の変化を示すグラフ。
１０ レーザ装置 ２０ 光検出器 ３０ コンピュータ １００ 成長室 １１０，１２０ 窓ガラス １３０ 半導体基板 １４０ 酸化層。
フロントページの続き (72)発明者 ソンウー チョイ 大韓民国、デェジョン、ユソンク、ジュン ミンドン、エキスポ アパートメント 103−208 (72)発明者 ジンホン リー 大韓民国、ソウル、カンナムク、ヨクサム ドン 817−14
Claims (3)
- 【請求項１】酸化層が形成された基板を成長室に実装し
て、所定の温度を該基板に加えた状態で熱エッチングを
行うと共に、レーザビームを該基板上に走査し、該基板
から反射されたレーザビームの反射信号の強度変化の周
期を分析することにより、酸化層のエッチング完了を感
知することを特徴とする熱エッチングによる基板の酸化
層の除去完了時間を実時間に感知する方法。 - 【請求項２】請求項１において、 前記レーザビームとしてはヘリウム−ネオンレーザビー
ムを使用することを特徴とする熱エッチングによる基板
の酸化層の除去完了時間を実時間に感知する方法。 - 【請求項３】請求項１において、 前記反射信号周期ＴｐはＴｐ＝Ｌ／２ｎＧによって計算
され、Ｌは前記レーザビームの波長、ｎは前記酸化層の
有効屈折率、Ｇはエッチング速度を示すものであること
を特徴とする熱エッチングによる基板の酸化層の除去完
了時間を実時間に感知する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950052675A KR970053235A (ko) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 열식각에 의한 기판의 산화층 제거완료를 실시간으로 감지하는 방법 |
| KR95-52675 | 1995-12-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09181020A true JPH09181020A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=19441853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8164181A Pending JPH09181020A (ja) | 1995-12-20 | 1996-06-25 | 熱エッチングによる基板の酸化層の除去完了を実時間に感知する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5748319A (ja) |
| JP (1) | JPH09181020A (ja) |
| KR (1) | KR970053235A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100678468B1 (ko) * | 2005-01-14 | 2007-02-02 | 삼성전자주식회사 | 반도체 기판의 인-시츄 세정방법 및 이를 채택하는 반도체소자의 제조방법 |
| CN104697639B (zh) * | 2013-12-06 | 2018-12-07 | 北京智朗芯光科技有限公司 | 一种mocvd设备实时测温系统自校准装置及方法 |
| US10153141B2 (en) | 2014-02-14 | 2018-12-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Apparatus for monitoring gas and plasma process equipment including the same |
| EP3321004A1 (en) * | 2016-11-14 | 2018-05-16 | SLM Solutions Group AG | Method, use and apparatus for producing a single-crystalline work piece |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4717446A (en) * | 1986-09-18 | 1988-01-05 | Motorola Inc. | Method of detecting the endpoint of the etch of epitaxially grown silicon |
| US4953982A (en) * | 1988-07-20 | 1990-09-04 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for endpoint detection in a semiconductor wafer etching system |
-
1995
- 1995-12-20 KR KR1019950052675A patent/KR970053235A/ko not_active Application Discontinuation
-
1996
- 1996-06-25 JP JP8164181A patent/JPH09181020A/ja active Pending
- 1996-06-28 US US08/671,842 patent/US5748319A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5748319A (en) | 1998-05-05 |
| KR970053235A (ko) | 1997-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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