JPS62293724A - 表面清浄化方法 - Google Patents

表面清浄化方法

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JPS62293724A
JPS62293724A JP13884186A JP13884186A JPS62293724A JP S62293724 A JPS62293724 A JP S62293724A JP 13884186 A JP13884186 A JP 13884186A JP 13884186 A JP13884186 A JP 13884186A JP S62293724 A JPS62293724 A JP S62293724A
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JP
Japan
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silicon oxide
silicon
oxide film
substrate
cleaning
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JP13884186A
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English (en)
Inventor
Toru Tatsumi
徹 辰巳
Hisaaki Aizaki
尚昭 相崎
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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】 発明の詳細な説明 (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。
(従来の技術) 近年高速バイポーラ素子、マイクロ波用素子あるいは超
格子溝道素子などへの応用を目的としてこれまでのシリ
コン薄膜成長技術に比べ、より低温で成長が行なわれ、
従って、不純物分布を乱すことがほとんどないという特
徴を有する高真空内でのシリコン分子線成長(SiMB
E)技術が盛んに研究開発されている。
この様なシリコン分子線成長技術において、単結晶シリ
コン基板表面の清浄度によってその上に成長するシリコ
ン膜の結晶性が大きく左右される。従って基板表面の清
浄化方法については、これまでにも数々の方法が検討さ
れてきた。たとえば、日本電子工業振興協会による「シ
リコン新デバイスに関する調査研究報告書1(昭和57
年3月)]52ページから66ページに[Siの分子線
成長技術]と題して発表された報告においては表面清浄
化のための第1の方法として高真空中で高温加熱する方
法、第2の方法としてイオンビームで基板表面をスパッ
タする方法、第3の方法としてガリウムビームを照射す
る方法、さらに第4の方法としてレーザ照射を行なう方
法が示されている。
また、最近では見方、弁上、高須により、第30回応用
物理学関係連合講演会講演予稿集(昭和58年4月)5
02ページに[超高真空中ウェハー清浄化(2)jと題
して発表された講演において第5の方法として、基板洗
浄時に表面に形成された薄い酸化シリコン膜上にさらに
シリコンを極薄く堆積し、710°Cという低温で極薄
シリコン膜が薄い酸化膜と反応し、両方が共に蒸発し清
浄な表面が得られるという方法が示された。また、柏崎
、辰巳、津屋により第45回応用物理学会学術講演会講
演予稿集(昭和59年10月)651ページにrsiM
BEの欠陥密度低減−オゾン処理と成長速度依存性」と
題して発表された講演において新たな第6の方法として
、洗浄の途中で洗浄溶液中にオゾンを含むガスを導入し
、表面の保護酸化膜とシリコン基板界面の汚染を減少さ
せるという方法が示された。
(発明が解決しようとする問題点) 以上述べた第1、第3、第4、第5、第6の方法では、
いずれもシリコン基板をあらかじめ洗浄溶液中で洗浄し
ているので、この洗浄段階での清浄化程度が最終的なウ
ェハー清浄化程度に影響を与える。第6の方法では、オ
ゾンの効果によりかなりの汚染が除去でき、(100)
、(110)面ではシリコン分子線成長によるシリコン
エピタキシャル膜中の欠陥をなくすことができるが、(
111)面では、いまだに102cm=程度の欠陥がの
こる。また、第2の方法では超高真空内で表面をエツチ
ングでき汚染除去には有効であるがスパッタによって表
面に大きなダメージを与えこれを回復させるために高温
熱処理を必要とする、という欠点があった。
本発明の目的は、この様な従来の欠点を除去せしめて、
シリコン分子線により十分良好な結晶性を有するエピタ
キシャル成長膜を得ることができるような、あるいはこ
れに限らず一般の集積回路の製造工程等においても適用
できる表面清浄化方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、表面に薄い酸化シリコン膜を有する、シリコ
ン基板を高真空中にて加熱する表面清浄化において、加
熱中に波長900〜3000人のUV光を照射すること
を特徴とする (実施例) 次に本発明の一実施例について図面を参照して説明する
。本実施例では、単結晶基板を沸騰した過酸化水素水と
アンモニア水を含む溶液中で洗浄してシリコン基板表面
に薄い酸化シリコン膜を形成し、次いで高真空中にて短
時間600°Cないし800°Cに加熱し、その後高真
空中730℃以下にて電子ビーム蒸着法により、基板表
面の薄い酸化シリコン膜の上に薄い酸化シリコン膜の膜
厚の40%ないし80%の膜厚のシリコン薄膜を形成し
、しかる後に高真空中にて730°C以上で短時間加熱
する表面清浄化のシリコン予備堆積法に本発明を応用し
た例について述べる。
通常のシリコンウェハーは第1図(a)に示す様にシリ
コン基板10の表面には厚さ10数Aの自然酸化シリコ
ン膜20が存在し、この酸化シリコン膜20の表面に炭
素等の汚染不純物30が存在し、また酸化シリコン膜2
0とシリコン基板10との界面にも炭素等の汚染不純物
31が存在している。
次に28%アンモニア水と30%過酸化水素水と水とを
1:4:20の比率で混合し、沸j、すした溶液中でシ
リコンウェハーを5分ないし10分間洗浄するとアンモ
ニア水のエツチング作用と過酸化水素水の酸化シリコン
膜形成作用が操り返し作用することにより、第1図(b
)に示す様に酸化シリコン膜20は除去され、新たに表
面に炭素等の汚染不純物がごくわずかしか存在しない良
質の酸化シリコン膜21が厚さ10人程度形成される。
このとき酸化シリコン膜20とシリコン基板10との界
面に存在した炭素等の汚染不純物31は、大部分除去さ
れる。さらに、空気中にさらすことにより表面には炭素
汚染32が付着する。
次に、10 ”Torr程度の良好な真空度の真空容器
中にて、短時間、例えば1分ないし2分、600°Cな
いし850°Cに加熱すると第1図(C)に示す様に前
記酸化シリコン膜21の表面から炭素32が脱離する。
さらに、850°C以上に加熱すると第1図(d)に示
す様に酸化シリコン膜21が蒸発する。しかし、酸化シ
リコン膜21の一部は脱離せず表面に残存する。この状
想で、基板温度を成長温度である400°Cないし80
0°Cに下げ、分子線成長を行なうと表面に残存する酸
化シリコン粒41を核として結晶欠陥が発生する。この
酸化シリコン粒41を除去するためには、基板温度を1
000°C以上に上げて表面でシリコンのサーマルエツ
チングを起こし表面を削らなければならない。しかし、
このような高温に上げると基板のドーピングプロファイ
ルを変えてしまい分子線成長の大きな長所である低温成
長という特徴が失われる。
そこで、表面保護用のシリコン酸化膜21を加熱によっ
て除去する際、基板表面に水銀キセノン(Hg−Xe)
ランプより900人ないし3000人の紫外光(UV光
)をあてると第1図(e)に示す様に表面上に残存する
酸化シリコン粒41が分解しSiOとなって表面から脱
離し、きわめて清浄な表面が得られる。
次に、この表面清浄化法を実際にシリコン分子線成長に
用いた例についてさらに具体的に説明する。
第2図は、面方位が(111)で比抵抗が10〜20Ω
cmであるp型シリコン基板を、28%アンモニア水と
30%過酸化水素水と水とを1:4:20の比率で混合
し沸騰させた溶液中で10分間洗浄し、次いで1O−1
0Torrの超高真空内で前記のシリコン予備堆積法に
よって表面の清浄化を行った時の清浄化加熱時間とその
後のシリコン分子線成長膜の結晶欠陥密度との関係にお
いて清浄化加熱時にUV光を照射した場合としない場合
を比較したものである。清浄化加熱時温度は、780°
C1成長温度は、700’C1成長速度は、7A/S、
成長膜厚は、lpmである。
UV光は、500WI7)Hg−Xeランプからの光を
コールドミラーによって反射し、スブラジル製のビュー
イングボートを通して真空内へ導入した。結晶欠陥密度
は、シリコン分子線成長後の試料に通常用いられている
ジルトルエツチングを行い光学顕微鏡を用いてエッチピ
ットを数えることによって行った。第2図より清浄化時
間が1分の時には余り大きな差は認められないが、清浄
化加熱時間が10分になると差が認められ、UV光を照
射した場合、その後成長した膜の結晶性が大きく改善さ
れることがわかる。“清浄化時間が10分以上で結晶性
が悪化しているのは、試料ホルダー近傍が加熱されて不
純物の蒸発が起こり、これが基板表面に再付着するため
であると考えられる。
第3図は、面方位が(111)で比抵抗が10〜20Ω
cmであるp型シリコン基板を、28%アンモニア水と
30%過酸化水素水と水とを1:4:20の比率で混合
し沸騰させた溶液中で10分間洗浄し、次いで1O−1
0Torrの超高真空内で前記のシリコン予備堆積法に
よって表面の清浄化を行った時の清浄化加熱時間とその
後のシリコン分子線成長膜の結晶欠陥密度との関係にお
いて清浄化加熱時にUV光を照射した場合としない場合
を比較したものである。清浄化加熱時温度は、10分、
成長温度は、700°C1成長速度は、7人/s、成長
膜厚は、lpmとした。この場合も、UV光を照射した
場合としない場合で有意な差が認められた。UV光を照
射しない場合には、清浄化加熱温度が780°C以下で
は酸化シリコン膜が取れず、その上に堆積したシリコン
層は多結晶状態となるが、UV光を照射した場合には欠
陥密度は増えるもののエピタキシャル成長しており、酸
化シリコン膜が取れる温度は約50°C低くなっている
のがわかる。
清浄化条件を最適に選んだ場合のシリコン予備堆積法に
おいて、清浄化加熱時にUV光を照射した場合としない
場合の、その後成長したシリコン膜内の結晶欠陥密度の
比較を第1表に示す。
第1表結晶欠陥密度の比較 第1表の結晶欠陥密度の値より、本発明の方法と従来の
方法とを比較して本発明の方法が優れていることがわか
る。
ところで本実施例ではシリコン基板の表面に薄い酸化シ
リコキン膜を形成する際に過酸化水素水を含む溶液中で
洗浄する場合について説明したが、これに限る必要はな
く沸騰した硝酸溶液1月こ浸すような方法あるいはすで
に十分清浄な自然酸化膜が形成されていれば、そのまま
、高真空中にて加熱する方法でもよい。
なお、本実施例ではシリコンウェハーを対象としたが、
本発明の方法は表面にのみシリコンが存在する5O3(
Silicon on 5apphire)基板や更に
一般に5OI(Silicon on In5ulat
or)基板等にも当然適用できる。
また、以上の説明では本発明をシリコン分子線成長技術
における清浄化法に適用した場合を例にとって説明した
が、これに限られるものではなく集積回路製造等のウェ
ハー処理工程に広く一般的に適用できるものである。ま
たUV光の波長も本実施例では900〜300人の範囲
を用いたが波長4000Å以下であれば他の範囲の波長
のUV光も用いることができる。
(発明の効果) 以上、詳細に述べた通り本発明によれば、シリコン表面
に洗浄液中で保護用の酸化シリコン膜を形成し、これを
高真空中で蒸発させる時、紫外光を照射することによっ
て表面上に残存する酸化シリコン粒を除去する表面清浄
化方法が得られ、シリコン分子線成長法によりエピタキ
シャル膜を形成すると結晶欠陥の極めて少ない良質の膜
が得られる。更に分子線成長法に限らず一般の集積回路
の製造工程にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)、(c)、(d)、(e)は本発
明の一実施例を説明するためのシリコンウェハー模式断
面図である。 第2図は、シリコン予備堆積法によって表面の清浄化を
行った時の清浄化加熱時間とその後のシリコン分子線成
長膜の結晶欠陥密度との関係において清浄化加熱時にU
V光を照射した場合としない場合を比較した図である。 第3図は、シリコン予備堆積法によって表面の清浄化を
行った時の清浄化加熱温度とその後のシリコン分子線成
長膜の結晶欠陥密度との関係において清浄化加熱時にU
V光を照射した場合としない場合を比較した図である。 図において、10・・・シリコン基板、20・・・酸化
シリコン膜、21・・・洗浄後の酸化シリコン膜、30
,32・・・酸化シリコン表面の炭素等の汚染不純物、
31・・・酸化シリコン膜とシリコン基板との界面に存
在する炭素等の汚染不純物、41・・・酸化シリコン粒
。 茅 I 国 第 28 θ    10   2θ   3θ   4θ績オ砒
褒熱峙藺(仄/’n) $ 3 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、表面に薄い酸化シリコン膜を有するシリコン基板を
    高真空中にて加熱する表面清浄化において、加熱中に紫
    外光を照射することを特徴とする表面清浄化方法。 2、シリコン基板を過酸化水素水を含む溶液中で洗浄す
    ることによって表面に薄い酸化シリコン膜を形成するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の表面清浄
    化方法
JP13884186A 1986-06-13 1986-06-13 表面清浄化方法 Pending JPS62293724A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104752195A (zh) * 2013-12-31 2015-07-01 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 含硅氧介质层及其表面处理方法、半导体器件及互连层

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6028235A (ja) * 1983-07-26 1985-02-13 Nec Corp 半導体装置の製造方法
JPS6187338A (ja) * 1984-10-05 1986-05-02 Nec Corp 多重ビ−ム照射Si表面ドライ洗浄法

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