JPS6390138A - 半導体表面の清浄化方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体表面の清浄化方法に係シ、特にエピタ
キシギル成長の前処理に好適な清浄化方法に関する、。

〔従来の技術〕

近年、ＬＳＩの高集積化、高機能化を目的として、素子
の微細化が進められると共に３次元績層化が検討されて
いる。これらの実現には、半導体中の不純物分布の精密
制御が不可欠であわ、不純物再拡散を誘発する高温プロ
セス技術を低温化する必要がある。

従来、１００００以上の高温を要していた３ｉのエピタ
キシギル成長については、分子線エピタキシャル法ＣＭ
ＢＥ法）により、６００Ｃ以下での単結晶成長が実現さ
れてきている。また素子積層の基本構造であるＳ　Ｏ工
（Ｓｉｌ　１ｃｏｎ　Ｏｎ工ｎ５ｕｌａｆｏｒ）構造を
実現する手段として非晶質Ｓｉの固相エピタキシギル成
長法が有力視されているが、この方法も６００Ｃ以下の
低温化が可能である。

上記、低温エピタキシギル法に、共通の課題は５ｉｆｉ
面の清浄化であシ、超高真空の利用による残留ガス量の
低減と共に、基板表面の炭素吸着層や自然酸化膜の低温
除去が不可欠である。

現在、符に大気による炭素汚染を防ぐ方法として、Ｓｉ
表面を清浄化した後、２０λ以下の酸化膜を形成して、
炭素吸着を抑制しておき、膜の堆積直前に超高真空中で
７００Ｃ以上に加熱して、酸化膜を除去してしまう方法
が広く用いられている。酸化膜の形成法としては、ＨＣ
ｔ　、　ＨＮＯｓあるいはオゾンを含んだ接液中での酸
化が用いらｎている他、大気中での紫外線照射法も提案
されている。（円部、応用物４５３（１１）９７５（１
９８４）、） 〔発、明が解決しようとする問題点〕 は 上記、溶液酸化へいわゆる湿式プロセスであシ、処理後
、真空装置に導入するまでに試料を大気にさらすことに
なる。また、紫外線照射法についても、乾式プロセスで
はあるが、圧力の高いガス雰囲気が必要な点、超高真空
ｆｉ、直との整合性は十分でない。従って、処理に時間
がかかる、表面炭素除去が不十分であるなどの間４点が
あった。

そこで、本発明の目的は、超高真空＆置との整合性のよ
い乾式低圧グロでスによって、半導体表面に極薄識化膜
を形成する方法を提供し、酸化膜を利用した清浄化法の
信頼性および効率の向上をはかることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、高真空装置内で、酸化性ガスを放電させ、
プラズマとして、半導体表面に照射するプラズマ酸化法
を用いることにより達成される。

超高真空との整合性および２０Å以下の膜厚の制御性は
、プラズマ処理室をプラズマ源に対し差動排気すること
で実現できる。膜厚の制御には。

パルス放電を用いて、断続的にプラズマを試料に照射す
る方法も有効である。

なおマイクロ波の成子サイクロトロン共鳴吸収を用いた
プラズマ源は、１０−”Ｐａ程度のガス圧でも安定に放
電を維持できる点、本目的に適している。

〔作用〕

酸化性ガスを放電させ、プラズマ状態とすると。

例えば、酸素では数十−の分子が解離して、化学的に活
性となるため、低ガス圧下で、かつ加熱なしで、８１表
面を酸化することができる。吸着炭素は、酸化されてＣ
（ｈ、Ｃｏとなって脱離するか、酸化膜中にと夛込まｎ
る。（第１図（ｂ））ただし、酸化は酸化種が膜中を拡
散してＳｉＯ２／Ｓｉ界面に供給されることによって進
むため１表面汚染は界面にまで及ぶ心配が少ない。これ
は、プラズマ酸化の場合にも言えることである。従って
、プラズマ酸化によって、吸着炭素の一部を除去すると
ともに清浄な界面を有する酸化膜を高真空雰囲気中で得
ることができる。（第１図（Ｃ））半導体表面処理室の
ガス圧は、プラズマ源との間にオリスイスを設けて差動
排気すれば、１Ｏ−４ｐａ程度にまで低くすることがで
きる。さらに、プラズマ源として磁場を用いた、マイク
ロ波の電子サイクロトロン共鳴吸収による放電を便うこ
とにより、差動排気なしでも１０−”Ｐａの真空下で。

プラズマを安定に生成できる。これは、プロセスの低圧
下に有効である。

プラズマ処理室を１ｏ−４Ｐａ程度の真空に保っておけ
ば処理後、超高真空装置への搬送が短時間化できる。

さらに、差動排気を用いるか、あるいは、パルスモード
で放電を起こすようにして、Ｓｉ表面に到達する活性酸
素量を制御すれば、２０Å以下の酸化膜でも再現！！、
よく形成することが可能である。

上記処理を行った試料を、超高真空中で、７００Ｃ以上
に加熱すれば、酸化膜は除去され、清浄な半導体表面が
得られる。（第１図（ｄ））この際、プラズマ酸化膜は
、低温（プラズマ照射のみで〜ｚｏＯｃ）で形成した場
合、６００Ｃ以上で形成した場合に比べ、エツチング速
度の大きい粗な構造となっているため、加熱除去をよ〕
低温で行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基き説明する。

〔実施例１〕 まず１本発明の清浄化法を分子線エピタキシー（ＭＢＥ
）法によるＳｉのエピタキシギル成長に応用した例につ
いて説明する。

第２図は本実施例で用いたＭＢＥ装置の概略を示したも
のでめる。フッ酸により自然酸化膜を除去した後、エン
トリーロック２１よシＳｉウェハーを挿入し、１０−’
Ｐａ以下まで排気する。ウェハーをプラズマ処理部２２
に搬送し、約５分間の酸素プラズマ照射を行った。プラ
ズマ源２３は、マイクロ波の電子サイクロトロン共鳴吸
収を用いたもので、酸素ガス圧１ｏ−２Ｐａ　、処理室
は差動排気によ！＋　１０−’Ｐａ以下に保たれている
。再び１ｏ−４Ｐａまで真空排気した後、ウエノ・−を
高温加熱ステージ２４に移し、７５０Ｃ３０分の加熱を
行った。

第３図に処理の各段階でのオージェスペクトルを示しな
。フェノ１−そう入直後（ａ）Ｋ見られる吸着炭素から
の信号は、酸素プラズマ処理によって。

減少しΦ）、加熱処理によって、酸素ピークと共に完全
に消失してお！り　（Ｃ）、本方法が吸着炭素除去に有
効であることを示している。

次に、プラズマ処理後のウェハーを直ちに、堆積室２６
に搬送し、同様の加熱処理後、基板温度６００Ｃでエピ
タキシギル成長させた。結晶の転位密度は、（１００）
基板に対し１ｏｏｃｒｒ１−”以下となｆｉ、１００Ｏ
Ｃ以上の高温加熱処理によるエピタキシギル成長の場合
に匹敵する品質の結晶が得られた。

〔実施例２〕 次に１本発明を、固相エピタキシャル成長（ＳＰＥ）法
によるＳＯＩ構造の形成に用いた例について述べる。

第４図に示すような、５ｉＯｚ膜４２を有するＳｉ基板
４１に対し、実施例１で述べた酸素プラズマ処理を行い
、酸化膜を加熱除去した後、基板温度２００Ｃで非晶質
Ｓｉ膜４３を堆積した。続いて、６００Ｃ１５時間の窒
素雰囲気中熱処理を行つな。

上記、試料を、微小領域反射電子線回折で調べたところ
、約４μｍの単結晶膜が５ｉＯｚ膜上に成長しているこ
とが確認できた。

以上の例では、酸化膜形成前の清浄化処理を湿式で行っ
たが、酸化性ガスの代わシに、ハロゲン系、水素などの
エツチングガスを用いた乾式処理を用いることも可能で
ある。その場合、ドライエッチで生じる可能性のある３
ｉクエハーの残留欠陥をひき続くプラズマ酸化工程で除
去することができるため、両者は相補的となシ有効であ
る、〔発明の効果〕 本発明によれば、乾式低圧プロセスによって、試料を大
気にさらさず、かつ超高真空装置と整合性よく、半導体
表面に清浄な極薄酸化膜を形成でき、酸化膜を用いた表
面清浄化法の、信頼性および効率の向上に効果があるう さらに、・・ロゲン系、水素などのガスを用いたドライ
エツチング技術との併用が容易である点、酸化膜形成前
の清浄化が完全に乾式化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するだめの工程図、第２図は、Ｓ
Ｒエビタキ７ヤル成長装置の構成図、第３図は、８１基
板からのオージェスペクトル、第４図は、ＳＯＩ構造形
成用試料の断面図であるつ３・・・酸化性ガスプラズマ
、４・・・５ｉＯｚ膜、５・・・ＣＯ２あるいはＣ０１
６・・・清浄界面、７・・・清浄表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体表面に酸化膜を形成し、これを７００℃以上
   の加熱により除去して清浄表面を得る半導体表面の清浄
   化方法において、該酸化膜をプラズマ酸化を用いて形成
   することを特徴とする半導体表面の清浄化方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の半導体表面の清浄化方
   法において、差動排気によりプラズマ処理室の圧力を１
   ０＾−＾４Ｐａ以下に保つことを特徴とする半導体表面
   の清浄化方法。 ３、特許請求の範囲第１項記載の半導体表面の清浄化方
   法において、プラズマを断続的に半導体表面に照射する
   ことを特徴とする半導体表面の清浄化方法。 ４、特許請求の範囲第１項記載の半導体表面の清浄化方
   法において、マイクロ波の電子サイクロトロン共鳴吸収
   により生成したプラズマを用いることを特徴とする半導
   体表面の清浄化方法。