JP2663580B2 - シリコン表面のパッシベーション方法及び装置 - Google Patents
シリコン表面のパッシベーション方法及び装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン結晶表面のパッシベーション、特
に、清浄なシリコン結晶表面を効率良くパッシベートす
ることのできるパッシベーション方法及び装置に関す
る。
に、清浄なシリコン結晶表面を効率良くパッシベートす
ることのできるパッシベーション方法及び装置に関す
る。
シリコン系デバイスを作成する場合には、シリコンエ
ピタキシャル成長装置内でエピタキシャル層を形成した
後、その上にさらにシリコンエピタキシャル層，酸化膜
あるいは金属電極等を形成することが必要である。この
ときにはエピタキシャル成長を行ったシリコンウェハー
を一旦大気中に取り出して次のプロセス装置にセットす
る。従来はエピタキシャル成長後にシリコン表面を有効
に保護するパッシベーションの技術がなかった。
ピタキシャル成長装置内でエピタキシャル層を形成した
後、その上にさらにシリコンエピタキシャル層，酸化膜
あるいは金属電極等を形成することが必要である。この
ときにはエピタキシャル成長を行ったシリコンウェハー
を一旦大気中に取り出して次のプロセス装置にセットす
る。従来はエピタキシャル成長後にシリコン表面を有効
に保護するパッシベーションの技術がなかった。
このためシリコンウェハーは表面を保護されることな
く大気中に取り出され、この時清浄なシリコン表面に大
気中の酸素，炭素などが吸着される。吸着された酸素，
炭素などは、シリコン層とその上に形成される他のシリ
コン層，酸化膜あるいは金属電極等との間の界面に不純
物として取り込まれデバイス特性を劣化させる。
く大気中に取り出され、この時清浄なシリコン表面に大
気中の酸素，炭素などが吸着される。吸着された酸素，
炭素などは、シリコン層とその上に形成される他のシリ
コン層，酸化膜あるいは金属電極等との間の界面に不純
物として取り込まれデバイス特性を劣化させる。
本発明の目的は、シリコンの清浄は表面を成長装置内
でパッシベートし、大気中に取り出した後にも表面が保
護され、しかも必要に応じて簡単な処理で再び清浄表面
を得られるシリコン表面のパッシベーション方法及び装
置を提供することにある。
でパッシベートし、大気中に取り出した後にも表面が保
護され、しかも必要に応じて簡単な処理で再び清浄表面
を得られるシリコン表面のパッシベーション方法及び装
置を提供することにある。
本発明のシリコン表面のパッシベーション方法は、 清浄なシリコン表面に水素原子を供給して、シリコン
表面の化学的に活性なダングリングボンドを水素でター
ミネイトすることを特徴とする。
表面の化学的に活性なダングリングボンドを水素でター
ミネイトすることを特徴とする。
また、本発明のシリコン表面のパッシベーション装置
は、 ガスソース方式のシリコン分子線成長装置に、さらに
シリコン表面のパッシベーションに用いる水素原子を効
率良く発生させる電子サイクロトロン共鳴プラズマセル
を装備したことを特徴とする。
は、 ガスソース方式のシリコン分子線成長装置に、さらに
シリコン表面のパッシベーションに用いる水素原子を効
率良く発生させる電子サイクロトロン共鳴プラズマセル
を装備したことを特徴とする。
シリコン基板の清浄なシリコン表面に室温において水
素原子を供給した場合には、水素原子はシリコン表面の
ダングリングボンドと結合して、表面を化学的に不活性
化する。このため水素原子が化学吸着したシリコン表面
は大気中に取り出した場合でも酸化を免れ、表面パッシ
ベーションの効果が生まれる。
素原子を供給した場合には、水素原子はシリコン表面の
ダングリングボンドと結合して、表面を化学的に不活性
化する。このため水素原子が化学吸着したシリコン表面
は大気中に取り出した場合でも酸化を免れ、表面パッシ
ベーションの効果が生まれる。
表面をパッシベートしている水素原子は、シリコン基
板温度が400℃以上になると熱脱離する。このため一旦
表面を清浄化しておき、この後に水素原子によってパッ
シベートされたシリコン基板は、他のプロセス装置内に
ロードされる前に一度大気中に取り出されることがあっ
ても表面は水素原子によって保護され、またプロセス装
置内で水素パッシベートされたシリコン基板温度を400
℃以上の成長温度に上げてやれば、表面をパッシベート
していた水素原子が熱脱離して再び清浄表面を得ること
ができる。
板温度が400℃以上になると熱脱離する。このため一旦
表面を清浄化しておき、この後に水素原子によってパッ
シベートされたシリコン基板は、他のプロセス装置内に
ロードされる前に一度大気中に取り出されることがあっ
ても表面は水素原子によって保護され、またプロセス装
置内で水素パッシベートされたシリコン基板温度を400
℃以上の成長温度に上げてやれば、表面をパッシベート
していた水素原子が熱脱離して再び清浄表面を得ること
ができる。
シリコン表面をパッシベートする水素原子を発生する
には化学的に安定な水素分子を何等かの方法で解離する
必要がある。水素原子を発生させる方法として良く知ら
れているのは超高真空装置内に10-6Torr程度の水素分子
ガスを導入し、この中で基板近くにおいたタングステン
フィラメントを2000K程度に加熱して、タングステンフ
ィラメントに衝突した水素分子が水素原子に解離する現
象を利用する方法である。ただしこの方法では水素原子
を効率的に発生できない。生産性を考えた場合には、シ
リコン表面の水素パッシベーションはエピタキシャル装
置の中で効率的に水素原子を発生させてシリコン表面に
供給することが望ましい。水素原子を効率的に発生する
には、水素分子を用いてプラズマを発生させ分子をこの
中で解離するのが有効である。
には化学的に安定な水素分子を何等かの方法で解離する
必要がある。水素原子を発生させる方法として良く知ら
れているのは超高真空装置内に10-6Torr程度の水素分子
ガスを導入し、この中で基板近くにおいたタングステン
フィラメントを2000K程度に加熱して、タングステンフ
ィラメントに衝突した水素分子が水素原子に解離する現
象を利用する方法である。ただしこの方法では水素原子
を効率的に発生できない。生産性を考えた場合には、シ
リコン表面の水素パッシベーションはエピタキシャル装
置の中で効率的に水素原子を発生させてシリコン表面に
供給することが望ましい。水素原子を効率的に発生する
には、水素分子を用いてプラズマを発生させ分子をこの
中で解離するのが有効である。
ガスソース方式のシリコン分子線成長装置では、清浄
なシリコン表面または良好なエピタキシャル膜が容易に
得られる。また成長にガスを用いるためこの中にパッシ
ベーション用の水素ガスを導入することも問題ない。水
素分子を解離するためのプラズマは、分子線成長装置の
ガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共鳴条件を満
足するような磁場およびマイクロ波を供給できるように
設計された電子サイクロトロン共鳴プラズマセルによっ
て作ることができる。電子サイクロトロン共鳴プラズマ
セルに水素分子ガスを導入し、セル内のプラズマによっ
て解離された水素原子をシリコン基板に供給すればシリ
コン表面に対して効率的に水素パッシベーションが可能
となる。
なシリコン表面または良好なエピタキシャル膜が容易に
得られる。また成長にガスを用いるためこの中にパッシ
ベーション用の水素ガスを導入することも問題ない。水
素分子を解離するためのプラズマは、分子線成長装置の
ガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共鳴条件を満
足するような磁場およびマイクロ波を供給できるように
設計された電子サイクロトロン共鳴プラズマセルによっ
て作ることができる。電子サイクロトロン共鳴プラズマ
セルに水素分子ガスを導入し、セル内のプラズマによっ
て解離された水素原子をシリコン基板に供給すればシリ
コン表面に対して効率的に水素パッシベーションが可能
となる。
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第１図は、本発明のパッシベーション装置の一実施例
の概要図である。このパッシベーション装置は、ガスソ
ースシリコン分子線成長装置２に、水素原子を発生させ
るために電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマセ
ルである電子サイクロトロン共鳴セル６を装備してい
る。
の概要図である。このパッシベーション装置は、ガスソ
ースシリコン分子線成長装置２に、水素原子を発生させ
るために電子サイクロトロン共鳴を利用したプラズマセ
ルである電子サイクロトロン共鳴セル６を装備してい
る。
電子サイクロトロン共鳴セル６は、シリコン分子線成
長装置２のガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共
鳴条件を満足するような磁場およびマイクロ波を供給で
きるように設計されており、マイクロ波導波管８によ
り、マイクロ波発生のためのクライストロン11に連結さ
れている。また、電子サイクロトロン共鳴セル６は気体
水素分子の流量制御用サブチェンバー10を介して気体水
素分子ボンベ７に連結されている。
長装置２のガス導入セルにおいて電子サイクロトロン共
鳴条件を満足するような磁場およびマイクロ波を供給で
きるように設計されており、マイクロ波導波管８によ
り、マイクロ波発生のためのクライストロン11に連結さ
れている。また、電子サイクロトロン共鳴セル６は気体
水素分子の流量制御用サブチェンバー10を介して気体水
素分子ボンベ７に連結されている。
シリコン分子線成長装置２は、成長室内部に基板ヒー
ター３を備え、および膜成長の過程を観測する反射高速
電子回折装置と膜組成の評価を行うオージェ電子分光計
を備えている。図では、反射高速電子線回折用高速電子
銃４と反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン５とから成る反射高速電子回折装置のみを示してい
る。
ター３を備え、および膜成長の過程を観測する反射高速
電子回折装置と膜組成の評価を行うオージェ電子分光計
を備えている。図では、反射高速電子線回折用高速電子
銃４と反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン５とから成る反射高速電子回折装置のみを示してい
る。
次に、このパッシベーション装置を使用した本発明の
シリコン表面のパッシベーション方法の一実施例につい
て説明する。
シリコン表面のパッシベーション方法の一実施例につい
て説明する。
基板には４インチSi（100）基板１を用いた。このシ
リコン基板１は、ガスソースシリコン分子線成長装置２
にロードされる前にアンモニア：過酸化水素水：純水＝
1:6:10の沸騰した溶液により20分間、続いて室温の純水
で20分間洗浄し、リンサードライヤーによって乾燥す
る。この処理によりシリコン基板表面には、界面に汚染
物質のない10Å程度の薄い保護酸化膜が形成される。シ
リコン基板１は、この状態でガスソースシリコン分子線
成長装置２内にロードされる。超高真空のシリコン分子
線成長装置２内で、基板裏側のヒーター３によりシリコ
ン基板１に対し900℃,10分間の加熱を行う。このプロセ
スによって表面の保護酸化膜は除去され清浄なSi（10
0）表面が得られる。表面の清浄さは電子銃４と蛍光ス
クリーン５で構成される反射高速電子線回折装置の回折
パターンにおいて清浄なSi（100）面に特徴的な２×１
表面超構造が観察されることで確認した。この清浄な表
面に対してシリコン基板１を室温に保って、ガスソース
シリコン分子線成長装置１内へ電子サイクロトロン共鳴
セル６から水素分子ガスをクラッキングした水素原子を
供給する。
リコン基板１は、ガスソースシリコン分子線成長装置２
にロードされる前にアンモニア：過酸化水素水：純水＝
1:6:10の沸騰した溶液により20分間、続いて室温の純水
で20分間洗浄し、リンサードライヤーによって乾燥す
る。この処理によりシリコン基板表面には、界面に汚染
物質のない10Å程度の薄い保護酸化膜が形成される。シ
リコン基板１は、この状態でガスソースシリコン分子線
成長装置２内にロードされる。超高真空のシリコン分子
線成長装置２内で、基板裏側のヒーター３によりシリコ
ン基板１に対し900℃,10分間の加熱を行う。このプロセ
スによって表面の保護酸化膜は除去され清浄なSi（10
0）表面が得られる。表面の清浄さは電子銃４と蛍光ス
クリーン５で構成される反射高速電子線回折装置の回折
パターンにおいて清浄なSi（100）面に特徴的な２×１
表面超構造が観察されることで確認した。この清浄な表
面に対してシリコン基板１を室温に保って、ガスソース
シリコン分子線成長装置１内へ電子サイクロトロン共鳴
セル６から水素分子ガスをクラッキングした水素原子を
供給する。
電子サイクロトロン共鳴セル６を動作させる場合に
は、気体水素分子ボンベ７からサブチェンバー10で流量
を制御して、まずセル６に3sccmの水素ガスを導入し、
クライストロン11から電子サイクロトロン共鳴セル６に
150Wのマイクロ波を導波管８で供給することで水素の電
子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させる。シリコン
基板１のダメージを防ぐためにプラズマ引出し電極９に
は特にプラズマの引出し電圧を印加せず、プラズマによ
って水素分子がクラッキングされてできた水素原子は、
セル６と成長室の真空度の着圧だけで基板１に向かって
流れる。
は、気体水素分子ボンベ７からサブチェンバー10で流量
を制御して、まずセル６に3sccmの水素ガスを導入し、
クライストロン11から電子サイクロトロン共鳴セル６に
150Wのマイクロ波を導波管８で供給することで水素の電
子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させる。シリコン
基板１のダメージを防ぐためにプラズマ引出し電極９に
は特にプラズマの引出し電圧を印加せず、プラズマによ
って水素分子がクラッキングされてできた水素原子は、
セル６と成長室の真空度の着圧だけで基板１に向かって
流れる。
２分間の電子サイクロトロン共鳴セル６の動作によっ
て、清浄なシリコン基板表面は完全に水素原子によって
覆われる。これは清浄なSi（100）表面が完全に水素原
子によって覆われた場合に現れる１×１表面構造を反射
高速電子線回折装置で回折パターンを観測することで確
認した。
て、清浄なシリコン基板表面は完全に水素原子によって
覆われる。これは清浄なSi（100）表面が完全に水素原
子によって覆われた場合に現れる１×１表面構造を反射
高速電子線回折装置で回折パターンを観測することで確
認した。
水素パッシベーションの効果を確認するため、このウ
ェハーを大気中に取り出し12時間放置した後、その表面
の酸素量をオージェ電子分光によって定量した。表面を
先に述べた手順で水素パッシベートした基板上では酸素
のオージェ信号は検出されなかった。一方、参照のため
に清浄化後水素パッシベーションを行わずに大気中に12
時間放置したシリコン基板上では、ブランソン洗浄によ
って形成された10Å程度の膜厚の酸化膜と同程度の大き
さの酸素オージェ信号が検出される。この比較からの水
素パッシベーションの効果が確認された。
ェハーを大気中に取り出し12時間放置した後、その表面
の酸素量をオージェ電子分光によって定量した。表面を
先に述べた手順で水素パッシベートした基板上では酸素
のオージェ信号は検出されなかった。一方、参照のため
に清浄化後水素パッシベーションを行わずに大気中に12
時間放置したシリコン基板上では、ブランソン洗浄によ
って形成された10Å程度の膜厚の酸化膜と同程度の大き
さの酸素オージェ信号が検出される。この比較からの水
素パッシベーションの効果が確認された。
水素パッシベーションを行った後に大気中に12時間放
置したシリコン基板１を再びシリコン分子線成長装置２
にロードして基板温度を400℃以上に上げた場合には、
反射高速電子線回折パターンに清浄なSi（100）表面に
特徴的な２×１構造が現れた。この結果から表面をパッ
シベートしている水素は、400℃以上の温度で脱離する
ことが確認された。
置したシリコン基板１を再びシリコン分子線成長装置２
にロードして基板温度を400℃以上に上げた場合には、
反射高速電子線回折パターンに清浄なSi（100）表面に
特徴的な２×１構造が現れた。この結果から表面をパッ
シベートしている水素は、400℃以上の温度で脱離する
ことが確認された。
また洗浄化後水素パッシベーションを行い大気中に12
時間放置した基板をシリコン分子線成長装置２にロード
して、基板の初期清浄化を行わずにいきなり600℃にお
いて5000Åのシリコンエピタキシャル成長を行ったとこ
ろ極めてシャープな２×１反射高速電子線回折パターン
を示す良好なエピタキシャル成長膜が得られた。
時間放置した基板をシリコン分子線成長装置２にロード
して、基板の初期清浄化を行わずにいきなり600℃にお
いて5000Åのシリコンエピタキシャル成長を行ったとこ
ろ極めてシャープな２×１反射高速電子線回折パターン
を示す良好なエピタキシャル成長膜が得られた。
以上詳しく説明したように本発明を用いれば、パッシ
ベーションに水素原子を用いるので、清浄なシリコン基
板表面を効率良くパッシベートすることができる。した
がって、大気中に取り出した後にも表面が保護され、し
かも必要に応じて簡単な処理で再び清浄表面が得られ
る。
ベーションに水素原子を用いるので、清浄なシリコン基
板表面を効率良くパッシベートすることができる。した
がって、大気中に取り出した後にも表面が保護され、し
かも必要に応じて簡単な処理で再び清浄表面が得られ
る。
第１図は本発明の実施例を説明するためのパッシベーシ
ョン装置の概略図である。 １……４インチSi（100）基板 ２……シリコン分子線成長装置 ３……基板ヒーター ４……反射高速電子線回折用高速電子銃 ５……反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン ６……電子サイクロトロン共鳴セル ７……気体水素分子ボンベ ８……マイクロ波導波管 ９……電子サイクロトロン共鳴セルのプラズマ引出し電
極 10……気体水素分子の流量制御用サブチェンバー 11……マイクロ波発生のためのクライストロン
ョン装置の概略図である。 １……４インチSi（100）基板 ２……シリコン分子線成長装置 ３……基板ヒーター ４……反射高速電子線回折用高速電子銃 ５……反射高速電子線回折パターン観測用蛍光スクリー
ン ６……電子サイクロトロン共鳴セル ７……気体水素分子ボンベ ８……マイクロ波導波管 ９……電子サイクロトロン共鳴セルのプラズマ引出し電
極 10……気体水素分子の流量制御用サブチェンバー 11……マイクロ波発生のためのクライストロン
Claims (2)
- 【請求項１】清浄なシリコン表面に水素原子を供給し
て、シリコン表面の化学的に活性なダングリングボンド
を水素でターミネイトすることを特徴とするシリコン表
面のパッシベーション方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法の実施に使用されるシ
リコン表面のパッシベーション装置であって、 ガスソース方式のシリコン分子線成長装置に、さらにシ
リコン表面のパッシベーションに用いる水素原子を効率
良く発生させる電子サイクロトロン共鳴プラズマセルを
装備したことを特徴とするシリコン表面のパッシベーシ
ョン装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29370088A JP2663580B2 (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | シリコン表面のパッシベーション方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29370088A JP2663580B2 (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | シリコン表面のパッシベーション方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02140925A JPH02140925A (ja) | 1990-05-30 |
| JP2663580B2 true JP2663580B2 (ja) | 1997-10-15 |
Family
ID=17798109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29370088A Expired - Fee Related JP2663580B2 (ja) | 1988-11-22 | 1988-11-22 | シリコン表面のパッシベーション方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2663580B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100512521B1 (ko) * | 1996-04-15 | 2005-11-21 | 어낵시스 발처스 악티엔게젤샤프트 | 세정방법의사용방법,세정방법,결합방법및공작재료쌍 |
| CH692446A5 (de) * | 1996-04-15 | 2002-06-28 | Esec Sa | Verfahren zur Herstellung von Werkstücken und von Teilen hierfür |
| JP3792903B2 (ja) * | 1998-07-22 | 2006-07-05 | 株式会社カネカ | 半導体薄膜および薄膜デバイス |
| US6902774B2 (en) | 2002-07-25 | 2005-06-07 | Inficon Gmbh | Method of manufacturing a device |
-
1988
- 1988-11-22 JP JP29370088A patent/JP2663580B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｐ．Ｊ．Ｇｒｕｎｔｈａｎｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，１８３，１８７（１９８９） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02140925A (ja) | 1990-05-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |