JPH05139881A - 分子線エピタキシヤル成長法およびその装置 - Google Patents

分子線エピタキシヤル成長法およびその装置

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JPH05139881A
JPH05139881A JP30208191A JP30208191A JPH05139881A JP H05139881 A JPH05139881 A JP H05139881A JP 30208191 A JP30208191 A JP 30208191A JP 30208191 A JP30208191 A JP 30208191A JP H05139881 A JPH05139881 A JP H05139881A
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JP
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chamber
remote plasma
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JP30208191A
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Takashi Yamada
隆史 山田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 より低温で効果的に基板表面を清浄化して、
より界面準位密度の低いエピタキシャル層を形成するこ
とができる分子線エピタキシャル成長法およびその装置
を提供する。 【構成】 反応室5において真空中で保持された基板2
0の表面をプラズマ発生装置3からのリモートプラズマ
で処理した後、真空状態を保持しながら基板20を成長
室8に移動させ、成長室8内で分子線エピタキシャル成
長法によりエピタキシャル層を形成する方法およびその
装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスへの応
用のために表面準位や界面準位の少ない、すなわち界面
特性のよい半導体エピタキシャル膜を作製する方法およ
びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、分子線エピタキシャル成長法(M
BE法)では、エピタキシャル成長前、その場において
基板は、超高真空中またはAs雰囲気中で熱処理が行な
われてきた。この熱処理により、エピタキシャル成長す
べき基板表面は清浄にされる。
【0003】一方、最近、「GaAs and Rel
ated Compounds,Atlanta,Ge
orgia,1988,pp.47−52」に示される
ように、3チャンバー型エッチング−分子線エピタキシ
ャル装置を用いたMBE法が開発されてきている。この
方法では、3チャンバーのうち1つのドライエッチング
チャンバー内においてCl2 ガスを用い、熱エッチング
またはECRプラズマエッチングにより基板表面のクリ
ーニングが行なわれる。
【0004】また、「GaAs and Relate
d Compounds,Jersey,1990,p
p.111−116」では、2チャンバー超高真空MB
E装置を用い、その中の1つのチャンバー内でSe分子
線を基板に照射し、GaAs表面のダングリングボンド
を終端して不活性化するとともに、a−Se保護膜を形
成する方法が報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来、一般に行なわれ
てきた熱処理では、高温によって基板表面に損傷を与え
ることがあった。十分に表面の清浄化を行なおうとして
熱処理が過度になると、このように表面に損傷を与え表
面安定化を行なうことができなくなる一方、表面に損傷
を与えないよう熱処理を行なうと、表面のクリーニング
が不十分となることがしばしばあった。
【0006】上述した3チャンバー型の装置において、
Cl2 を用いるECRプラズマエッチングでは、O、C
およびCl等の不純物が基板に残り、深い準位を生成さ
せた。一方、上記文献においてCl2 を用いる熱エッチ
ングは基板に清浄な表面をもたらしているが、熱処理に
より基板表面を損傷させるおそれがあった。
【0007】また、Se保護膜についての上記文献は、
分子線エピタキシャル成長に対するSe膜の応用につい
て何ら言及していない。
【0008】本発明の目的は、上記問題点を解決し、従
来よりも低温で効果的に基板表面を清浄化することがで
きる分子線エピタキシャル法およびその装置を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】第1の発明にしたがう分
子線エピタキシャル成長法は、真空中で保持された基板
の表面をリモートプラズマ処理する工程と、真空状態を
保ちながら、リモートプラズマ処理された基板の表面に
分子線を照射してエピタキシャル層を形成する工程とを
備える。
【0010】第2の発明にしたがう分子線エピタキシャ
ル成長装置は、基板に分子線を照射して基板上にエピタ
キシャル層を形成するための装置において、基板を収容
して基板の表面をリモートプラズマにさらすための反応
室と、反応室を排気するための第1の真空ポンプと、反
応室にリモートプラズマを供給するためのリモートプラ
ズマ発生手段と、リモートプラズマ発生手段にプラズマ
形成のためのガスを供給するガス供給手段と、リモート
プラズマにより表面処理された基板を収容して分子線エ
ピタキシャル法を行なうための成長室と、成長室内を排
気するための第2の真空ポンプと、反応室と成長室とを
真空状態を維持しながら連絡し、前記基板を反応室から
成長室に搬送するための搬送室とを備える。
【0011】本発明において、リモートプラズマを形成
するための原料ガスとして、たとえばH2 、N2 、As
3 およびF2 等を用いることができる。
【0012】
【作用】この発明にしたがえば、リモートプラズマ処理
において活性なプラズマおよびラジカルが基板表面に到
達し、吸着分子等の表面コンタミナントを除去するとと
もに、処理において同時に供給される原子が表面ダング
リングボンドを終端して不活性化する。その結果、安定
な基板表面を得ることができる。なお、リモートプラズ
マ処理においてH2 を用いれば、還元作用により基板表
面の酸素等を除去することができ、AsH3 を用いれ
ば、GaAs等のAs系化合物半導体基板をAs抜けを
防止しながらクリーニングすることができる。
【0013】このようなリモートプラズマ処理を用いる
ため、従来よりも低温で基板の表面処理を行なうことが
できる。したがって、熱による基板の損傷をより低減す
ることができる。
【0014】また、ダイレクトプラズマ処理ではなくリ
モートプラズマ処理、すなわち基板の場所とは異なる離
れた場所でプラズマを発生させてそれを基板表面に導く
処理は、プラズマによる基板の損傷を少なくすることが
できる他、大面積ウェハのクリーニングにも適用するこ
とができる。
【0015】第1の発明にしたがって、リモートプラズ
マ処理の後は、真空状態を維持しながら連続的にエピタ
キシャル成長へと移行する。したがって、基板表面を汚
すことなくMBE法によりエピタキシャル層を形成する
ことができる。
【0016】第2の発明にしたがう装置では、まず、反
応室に基板を収容し、第1の真空ポンプで反応室内を真
空にした後、リモートプラズマ発生手段から反応室内に
リモートプラズマを供給して基板の表面を処理する。こ
れにより、基板の表面は清浄化される。その後、真空状
態が維持された搬送室を経由して、基板を反応室から第
2のポンプで真空にされた成長室に搬送する。こうし
て、基板はその表面が清浄に保たれたまま成長室に収容
される。その後、反応室内においてMBE法により基板
表面にエピタキシャル層が形成される。以上のようにし
て、本発明にしたがう装置ではリモートプラズマ処理の
後、基板表面を汚すことなくMBE法を行なうことがで
きる。
【0017】
【実施例】図1に示す分子線エピタキシャル装置を用い
てGaAs基板上にエピタキシャル層を形成した。
【0018】分子線エピタキシャル装置10において、
中央部には準備室7が設けられている。準備室7には超
高真空用ポンプ9aが接続され、その内部が排気される
ようになっている。準備室7の一端は、第1搬送室11
によりプラズマCVDチャンバー5と連絡され、他端は
第2搬送室12により成長室8と連絡される。第1搬送
室11および第2搬送室12にはゲートバルブ6a、6
bがそれぞれ設けられており、準備室7とプラズマCV
Dチャンバー5、準備室7と成長室8をそれぞれ仕切る
ようになっている。
【0019】プラズマCVDチャンバー5には、基板を
載置するためのサセプタ4が設けられる。サセプタ4に
は、基板を回転させるためモータ(図示省略)が装備さ
れている。また、プラズマCVDチャンバー5には、超
高真空用ポンプ9bが取付けられている。
【0020】一方、プラズマCVDチャンバー5には、
高周波誘起プラズマ発生装置3が接続される。高周波誘
起プラズマ発生装置3には、ガスボンベ1a、バルブ1
bおよびマスフローコントローラ1cを有する原料ガス
供給系1が取付けられている。
【0021】成長室8は、MBE法を行なうためのもの
で、図示しないが、分子線を噴出するためのセル等、M
BE法に必要な通常の装備がなされている。また、成長
室8にも超高真空用ポンプ9cが取付けられている。
【0022】以上のように構成される装置において、ま
ず、基板20をプラズマCVDチャンバー5のサセプタ
4に載置し、超高真空用ポンプ9bで排気を行なう。こ
の時、ゲートバルブ6aは閉められており、準備室7と
プラズマCVDチャンバー5は完全に隔離されている。
その後、原料ガス供給系1から高周波誘起プラズマ発生
装置3に原料ガスが供給される。同装置3において、高
周波電圧が印加され、原料ガス中にプラズマおよびラジ
カルが発生される。プラズマおよびラジカルを含む原料
ガスは、プラズマCVDチャンバー5内に導入され、基
板20表面に達する。そして、基板20は回転されなが
らガスにさらされ、リモートプラズマ処理される。
【0023】リモートプラズマ処理の後、ゲートバルブ
6aを開き、予め超高真空用ポンプ9aで排気された準
備室7とプラズマCVDチャンバー5を連絡させる。つ
いで、第1搬送室11を通じて準備室7に基板を移動さ
せる。次に、ゲートバルブ6aを閉じ、準備室7を超高
真空(〜10-11 mb)まで到達させた後、ゲートバル
ブ6bを開け、予め超高真空用ポンプ9cにより超高真
空にされた成長室8に第2搬送室12を通じて基板を移
動させる。成長室8内に基板が収容されたらゲートバル
ブ6bを閉じ、MBE法を開始する。以上のようにして
基板上にエピタキシャル層が形成される。
【0024】上述したと同様の構造を有する装置におい
てMBE成長を行なった。基板にはGaAs、原料ガス
にはH2 を用いた。H2 を50sccm流し、13.5
6MHzの高周波によりプラズマを発生させた。上述し
たように、GaAs基板を回転させながら水素のプラズ
マおよびラジカルにさらしてGaAs基板の表面を処理
した。次に、上述した手順を踏んでGaAs基板を成長
室に移動させ、通常の手順にしたがって、処理された基
板表面にAlGaAsをヘテロエピタキシャル成長させ
た。その後、MIS構造を形成し、そのC−V特性を測
定することにより界面準位密度を求めた。その結果、表
面をリモートプラズマ処理した後、エピタキシャル成長
させた試料の界面準位密度は〜1011cm-2・eV-1
あった。一方、表面処理を行なわずにヘテロエピタキシ
ャル成長させた試料の界面準位密度は〜1012cm-2
eV-1であった。この結果より、リモートプラズマを用
いた表面処理により、界面準位密度が約1桁減少するこ
とが明らかとなった。
【0025】なお、上記実施例ではプラズマを形成する
ための原料ガスとしてH2 を用いたが、その他にたとえ
ば、N2 、AsH3 およびF2 等を用いることができ
る。また、本発明にしたがう装置は、上記実施例に限定
されるものではなく、種々の構造および装備を有するこ
とができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、基板
表面のクリーニングにリモートプラズマを用いるため、
従来よりも低温で、基板に損傷を与えることなく効果的
に基板表面を清浄化することができる。
【0027】また、本発明では、基板表面のクリーニン
グの後、真空中において連続的にエピタキシャル成長さ
せるので、界面準位密度を低く抑えてエピタキシャル成
長を行なうことができる。
【0028】したがって、本発明を表面準位密度の高い
GaAsなどのIII−V族化合物半導体基板へのエピ
タキシャル成長に利用すると非常に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にしたがう装置の一具体例を示す模式図
である。
【符号の説明】
1 原料ガス供給系 3 高周波誘起プラズマ発生装置 4 サセプタ 5 プラズマCVDチャンバー 6a、6b ゲートバルブ 7 準備室 8 成長室 9a、9b、9c 超高真空用ポンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空中で保持された基板の表面をリモー
    トプラズマ処理する工程と、 真空状態を保ちながら、リモートプラズマ処理された基
    板の表面に分子線を照射して前記表面にエピタキシャル
    層を形成する工程とを備える、分子線エピタキシャル成
    長法。
  2. 【請求項2】 基板に分子線を照射して前記基板上にエ
    ピタキシャル層を形成するための装置において、 前記基板を収容して前記基板の表面をリモートプラズマ
    にさらすための反応室と、 前記反応室を排気するための第1の真空ポンプと、 前記反応室にリモートプラズマを供給するためのリモー
    トプラズマ発生手段と、 前記リモートプラズマ発生手段にプラズマ形成のための
    ガスを供給するガス供給手段と、 前記リモートプラズマにより表面処理された基板を収容
    して、分子線エピタキシャル成長法を行なうための成長
    室と、 前記成長室内を排気するための第2の真空ポンプと、 前記反応室と前記成長室とを真空状態を維持しながら連
    絡し、前記基板を前記反応室から前記成長室に搬送する
    ための搬送室とを備える、分子線エピタキシャル成長装
    置。
JP30208191A 1991-11-18 1991-11-18 分子線エピタキシヤル成長法およびその装置 Withdrawn JPH05139881A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6783627B1 (en) 2000-01-20 2004-08-31 Kokusai Semiconductor Equipment Corporation Reactor with remote plasma system and method of processing a semiconductor substrate
KR100704591B1 (ko) * 2000-03-21 2007-04-09 주성엔지니어링(주) Cvd 장치 및 그 내부 세정방법
JP2009224808A (ja) * 1997-12-30 2009-10-01 Applied Materials Inc サブクオーターミクロン適用のための、メタライゼーションに先立つ予備洗浄方法

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Effective date: 19990204