JPH0682643B2 - Surface treatment method - Google Patents
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- JPH0682643B2 JPH0682643B2 JP62056635A JP5663587A JPH0682643B2 JP H0682643 B2 JPH0682643 B2 JP H0682643B2 JP 62056635 A JP62056635 A JP 62056635A JP 5663587 A JP5663587 A JP 5663587A JP H0682643 B2 JPH0682643 B2 JP H0682643B2
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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、半導体装置の表面処理方法に係り、特に、自
然酸化膜等の被膜を表面に有する半導体あるいは金属基
板の表面を、清浄化するのに好適な表面処理方法に関す
るものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface treatment method for a semiconductor device, and particularly to cleaning a surface of a semiconductor or a metal substrate having a film such as a natural oxide film on the surface. The present invention relates to a surface treatment method suitable for.
超高真空中で結晶半導体基板に半導体材料を蒸着して、
エピタキシャル結晶薄膜を作成する分子線蒸着法は、比
較的低い基板温度で結晶成長を行わせることができるの
で、半導体装置製造における重要な技術の1つになって
いる。Deposition of semiconductor material on crystalline semiconductor substrate in ultra high vacuum,
The molecular beam vapor deposition method for forming an epitaxial crystal thin film is one of the important techniques in semiconductor device manufacturing because crystal growth can be performed at a relatively low substrate temperature.
しかし、通常エピタキシャル結晶成長基板として用いる
結晶半導体基板の表面には、厚さが1〜3nmの自然酸化
膜の層が存在するので、上記酸化膜層を除去して、清浄
な結晶半導体表面を露出したのちに蒸着しないと、界面
特性がよい結晶薄膜は得られない。However, since a layer of a natural oxide film having a thickness of 1 to 3 nm exists on the surface of a crystal semiconductor substrate that is usually used as an epitaxial crystal growth substrate, the oxide film layer is removed to expose a clean crystal semiconductor surface. If it is not vapor-deposited after that, a crystalline thin film having good interface characteristics cannot be obtained.
そのため、従来の方法ではエス・エム・ゼー編「ヴィ、
エル、エス、アイ技術」マクグローヒル書店刊、1983年
(“VLSI Technology",ed.by S.M.Sze,Mc Graw−Hill I
nternational Book Company,1983)の76頁に論じられて
いるように、基板がSi単結晶である場合につぎの2つの
方法が実施されている。第1の方法は、SiO2状の自然酸
化膜を表面に有するSi単結晶基板の温度を、1000℃以上
1250℃以下に数十分間保つことで、自然酸化膜を熱的に
分解して除去するものである。第2の方法は、低エネル
ギーの希ガスイオンビームを処理基板表面に照射し、上
記基板表面に存在する自然酸化膜をスパッタエッチング
法によって除去し、その後、Si基板表面にイオン照射を
することにより発生した結晶損傷を、800℃〜900℃にSi
基板を短時間加熱して取除くものである。Therefore, in the conventional method, S.M.
L, S, I Technology "published by McGraw-Hill Bookstore, 1983 (" VLSI Technology ", ed. By SMSze, Mc Graw-Hill I
nternational Book Company, 1983), page 76, the following two methods have been implemented when the substrate is a Si single crystal. The first method is to raise the temperature of the Si single crystal substrate having a SiO 2 -like natural oxide film on the surface to 1000 ° C. or higher.
By keeping the temperature below 1250 ° C for several tens of minutes, the natural oxide film is thermally decomposed and removed. The second method is to irradiate the treated substrate surface with a low-energy rare gas ion beam, remove the natural oxide film existing on the substrate surface by the sputter etching method, and then irradiate the Si substrate surface with ions. The crystal damage that occurred is
The substrate is heated for a short time and removed.
上記従来技術は、結晶成長時の基板温度が400℃〜800℃
と比較的低いにもかかわらず、結晶成長のための前処理
ともいえる自然酸化膜除去には、800℃以上の高温の基
板温度を必要とする。すなわち、従来技術では、上記基
板前処理も結晶成長技術の一部と考えた場合、800℃以
上の高温処理を含むため、全プロセスの温度を低温化す
る配慮がなされていない。したがって、高温処理が適用
できない有機物や低融点金属を構成材料とする半導体装
置、あるいは、拡散係数が大きな不純物を含んだ半導体
装置の作成にあたっては、従来技術を適用することに問
題があった。In the above conventional technology, the substrate temperature during crystal growth is 400 ° C to 800 ° C.
Although relatively low, the removal of the native oxide film, which is a pretreatment for crystal growth, requires a high substrate temperature of 800 ° C. or higher. That is, in the related art, when the above-mentioned substrate pretreatment is considered to be part of the crystal growth technique, high temperature treatment of 800 ° C. or higher is included, so that consideration is not given to lowering the temperature of all processes. Therefore, there has been a problem in applying the conventional technique to the production of a semiconductor device including an organic substance or a low-melting point metal as a constituent material to which high temperature treatment cannot be applied, or a semiconductor device including an impurity having a large diffusion coefficient.
本発明の目的は、基板を汚染することなく、結晶成長時
の基板温度と同程度、あるいは上記基板温度以下の温度
領域で、基板表面に存在する自然酸化膜等の被膜層を除
去して、結晶成長に必要な結晶基板表面を得る方法を得
ることにある。An object of the present invention is to remove a coating layer such as a natural oxide film existing on the substrate surface in a temperature range equal to or lower than the substrate temperature during crystal growth without contaminating the substrate, It is to obtain a method for obtaining a crystal substrate surface necessary for crystal growth.
上記目的は、自然酸化膜を還元する性質を有している原
子状水素、および水素プラズマを、上記自然酸化膜に照
射することにより達成される。The above object is achieved by irradiating the natural oxide film with atomic hydrogen having a property of reducing the natural oxide film and hydrogen plasma.
本発明では、還元作用を有する原子状水素および水素プ
ラズマを発生する手段として、第6図に示すように、大
出力レーザ装置1より発生するレーザ光2を集光光学系
3で集光し、窓5を通して真空容器4内に導入する。上
記真空容器4内に導入された水素あるいはハロゲン元素
を含む還元性ガス6が、上記レーザ光2により電離して
プラズマ化させる方法である。上記方法で発生した還元
性ガスのプラズマ7は、ヒータ8により加熱された処理
基板9に照射され、上記基板9の表面に存在する自然酸
化膜等の被膜を還元する作用を有している。In the present invention, as a means for generating atomic hydrogen and hydrogen plasma having a reducing action, as shown in FIG. 6, a laser beam 2 generated from a high power laser device 1 is condensed by a condensing optical system 3, It is introduced into the vacuum container 4 through the window 5. This is a method in which the reducing gas 6 containing hydrogen or a halogen element introduced into the vacuum container 4 is ionized by the laser light 2 and turned into plasma. The reducing gas plasma 7 generated by the above method is applied to the processing substrate 9 heated by the heater 8 and has a function of reducing a film such as a natural oxide film existing on the surface of the substrate 9.
電界強度が106〜107V/cmに達するレーザ光によるプラズ
マの生成法は、すでに古くから知られている方法で、核
融合の分野においては広く研究されている。その大きな
特徴は、高密度のプラズマを空間的に局所化して生成で
きることにある。The plasma generation method using laser light whose electric field intensity reaches 10 6 to 10 7 V / cm is a method that has been known for a long time and has been widely studied in the field of fusion. The major feature is that high-density plasma can be spatially localized and generated.
レーザ核融合の場合にはレーザ光で生成されたプラズマ
を核融合反応をおこすためのエネルギー源として用いる
のに対し、本発明では、レーザ生成プラズマを基板表面
に存在する自然酸化膜等の被膜を還元するために用いる
もので、レーザ生成プラズマの化学的な作用を利用して
いる点が異なる。本発明におけるレーザ生成プラズマ
は、集光光学系によりレーザ光を集光して、レーザ光の
電界強度がある一定値以上になった局所的な空間でだけ
還元性ガスを電離して作られたものである。上記一定値
は用いるガスの種類によって異なるが、106〜107V/cmの
範囲にある。このようにレーザ光を用いるプラズマ生成
法は、電極を一切用いないために、電極を用いてガスを
電離し作られた直流放電プラズマや高周波放電プラズマ
などが、スパッタリングされた電極材料を不純物として
含むような現象はほとんどない。したがって、本発明の
レーザ生成プラズマは、電極などによる汚染が少ないプ
ラズマである。In the case of laser fusion, plasma generated by laser light is used as an energy source for causing a fusion reaction, whereas in the present invention, laser generated plasma is used to form a film such as a natural oxide film existing on the substrate surface. It is used for reduction, and differs in that it utilizes the chemical action of laser-produced plasma. The laser-produced plasma in the present invention is produced by condensing laser light by a condensing optical system and ionizing the reducing gas only in a local space where the electric field strength of the laser light exceeds a certain value. It is a thing. The above constant value is in the range of 10 6 to 10 7 V / cm, although it depends on the type of gas used. As described above, since the plasma generation method using laser light does not use any electrodes, DC discharge plasma or high frequency discharge plasma produced by ionizing gas using the electrodes contains a sputtered electrode material as impurities. There is almost no such phenomenon. Therefore, the laser-generated plasma of the present invention is a plasma that is less contaminated by electrodes and the like.
また、無電極の高周波放電プラズマやマイクロ波放電プ
ラズマと比較しても、レーザ生成プラズマでは、レーザ
電界強度が107〜108V/cmになる位置が、真空容器壁から
十分離れた場所になるように集光光学系を調節すれば、
真空容器壁から離れた局所的な空間でプラズマを発生さ
せることができる。一方、高周波放電プラズマにして
も、二酸化けい素やアルミナ磁器等で作られた放電管の
内部の領域にプラズマが発生し、上記プラズマと放電管
壁との接触により、放電管壁の構成材料である酸素など
が上記プラズマ中に混入されることが多い。その場合
は、水素やハロゲン元素で構成された還元性プラズマに
よる半導体・金属基板表面被覆の還元反応は大いに抑制
される。また、放電管壁から発生した酸素などの不純物
が、基板表面層に汚染としてとりこまれるなどの欠点が
ある。In addition, even when compared with electrode-less high-frequency discharge plasma and microwave discharge plasma, in the laser-produced plasma, the position where the laser electric field intensity is 10 7 to 10 8 V / cm is located at a place sufficiently separated from the vacuum vessel wall. If you adjust the focusing optics so that
Plasma can be generated in a local space away from the vacuum vessel wall. On the other hand, even with high-frequency discharge plasma, plasma is generated in the internal region of the discharge tube made of silicon dioxide, alumina porcelain, etc., and due to the contact between the plasma and the discharge tube wall, the constituent material of the discharge tube wall Often oxygen and the like are mixed in the plasma. In that case, the reduction reaction of the surface coating of the semiconductor / metal substrate by the reducing plasma composed of hydrogen or a halogen element is greatly suppressed. Further, there is a defect that impurities such as oxygen generated from the wall of the discharge tube are trapped in the substrate surface layer as contamination.
上記の欠点に対し、集光されたレーザ光の電界の作用に
より水素あるいはハロゲン元素を含む還元性プラズマを
作る本発明の方法は、汚染源となる可能性が高い電極や
放電管を一切必要としない。したがって、真空容器内壁
より十分離れた位置に、レーザ光を集光して作られた本
発明のレーザ生成プラズマは、酸素や電極を構成する金
属原子などによる汚染が少ないプラズマであるといえ
る。In contrast to the above drawbacks, the method of the present invention for producing a reducing plasma containing hydrogen or a halogen element by the action of the electric field of the focused laser light does not require any electrode or discharge tube that is likely to become a pollution source. . Therefore, it can be said that the laser-generated plasma of the present invention, which is formed by focusing the laser light at a position sufficiently distant from the inner wall of the vacuum container, is a plasma that is less contaminated by oxygen and metal atoms forming the electrodes.
つぎに、水素、ハロゲン元素のいずれか一方、あるいは
両者を含むガスを、上記方法で電離させて作ったレーザ
生成プラズマ中には、化学的に還元作用を有する解離水
素原子、水素イオン、解離ハロゲン原子、ハロゲンイオ
ンが存在する。この還元性プラズマを自然酸化物などの
被膜をもつ半導体・金属基板表面に照射すれば、例えば
二酸化けい素を被膜として有するSi単結晶基板の場合に
は、SiO2+4H→Si+2H2O↑の反応がおこり、二酸化けい
素被膜が還元されて、被膜をもたないSi単結晶基板の表
面が得られる。還元反応の結果生じるH2Oは、上記基板
を加熱することで真空中に脱離して除去される。ハロゲ
ン原子も二酸化けい素と反応をおこし、シリコンのハロ
ゲン化物と酸素を形成し、エッチングされて除去され
る。Next, in the laser-produced plasma produced by ionizing the gas containing one or both of hydrogen and halogen elements by the above method, dissociated hydrogen atoms, hydrogen ions, and dissociated halogen having a chemical reducing action are generated. There are atoms and halogen ions. When this reducing plasma is applied to the surface of a semiconductor / metal substrate having a film of natural oxide, for example, in the case of a Si single crystal substrate having a film of silicon dioxide, the reaction of SiO 2 + 4H → Si + 2H 2 O ↑ Occurs, the silicon dioxide film is reduced, and the surface of the Si single crystal substrate having no film is obtained. H 2 O generated as a result of the reduction reaction is desorbed and removed in a vacuum by heating the substrate. Halogen atoms also react with silicon dioxide to form silicon halides and oxygen, which are etched away.
上記のように、水素、ハロゲン元素の少なくとも一方、
あるいは両者を含むようなガスのレーザ生成プラズマを
作成し、半導体・金属基板表面に照射すると、上記レー
ザ生成プラズマ中に存在する解離水素原子、水素イオン
やハロゲン原子の還元作用により、二酸化けい素などの
酸化物や窒化物などの表面被膜を還元することができ
る。As described above, hydrogen, at least one of the halogen elements,
Alternatively, when a laser-produced plasma of a gas containing both is created and irradiated on the surface of the semiconductor / metal substrate, silicon dioxide, etc. is generated by the reducing action of dissociated hydrogen atoms, hydrogen ions and halogen atoms present in the laser-produced plasma. It is possible to reduce surface coatings such as oxides and nitrides.
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。第1図
は本発明による表面処理方法の第1実施例を示す構成
図、第2図は上記実施例におけるSi表面の酸化膜膜厚と
処理時間との関係を示す図、第3図は本発明による表面
処理方法の第2実施例を示す構成図、第4図は磁界によ
り表面処理速度を向上させる原理説明図、第5図は電界
により表面処理速度を向上させる原理説明図である。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a surface treatment method according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a relation between an oxide film thickness of a Si surface and treatment time in the above-mentioned embodiment, and FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of a surface treatment method according to the invention, FIG. 4 is an explanatory view of the principle of improving the surface treatment speed by a magnetic field, and FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle of improving the surface treatment speed by an electric field.
第1実施例 本発明の第1実施例を示す第1図において、パルス発振
のKrFエキシマレーザ21より発生する波長248nmのレーザ
光22を、溶融石英からなる焦点距離50cmの凸レンズ23と
窓24を通して、真空容器25内に導入する。上記真空容器
25は、真空排気ポンプ26により排気され、水素ガス27を
ガスリークバルブを通じて流すことにより、真空容器25
内の真空度を1×10-2Torrに保つ、厚さが1〜2nmの自
然酸化膜(二酸化けい素)を表面にもつSi(100)単結
晶基板28を、ヒータ29付きの基板ホルダ30上に設置し、
その温度を600℃に保つ。First Embodiment Referring to FIG. 1 showing a first embodiment of the present invention, a laser beam 22 having a wavelength of 248 nm generated by a pulse oscillation KrF excimer laser 21 is passed through a convex lens 23 and a window 24 made of fused silica and having a focal length of 50 cm. , Is introduced into the vacuum container 25. Above vacuum container
25 is evacuated by the vacuum exhaust pump 26, and the hydrogen gas 27 is caused to flow through the gas leak valve, so that the vacuum container 25
Si (100) single crystal substrate 28 having a natural oxide film (silicon dioxide) with a thickness of 1 to 2 nm on the surface that keeps the degree of vacuum at 1 × 10 -2 Torr, and a substrate holder 30 with a heater 29. Installed on top,
Keep the temperature at 600 ° C.
パルス幅10nsec、パルスエネルギー300mJ、断面ビーム
の大きさ10mm×40mmのKrFパルスレーザ光22を、上記凸
レンズ光学系23により基板28の上方10mmの位置で0.1mm
×0.4mmに集光すると、水素ガスが電離して局所的な水
素プラズマ31が生成されたことが、赤色の水素プラズマ
からの発光で確認された。レーザパルスの繰返し周波数
を10Hzとし約10秒間、上記水素プラズマにSi基板28をさ
らした。その間、真空容器25に取付けたエリプソメータ
装置32により自然酸化膜の膜厚を測定したところ、第2
図に示すように初期の膜厚2.5nmであったのが、水素プ
ラズマ照射8分後には膜厚0nmを示すようになり、8分
経過以降は0nmで飽和した。上記のように、約10分間の
プラズマ照射によって、Si基板28表面の自然酸化膜は除
去されたことが判る。A KrF pulse laser beam 22 having a pulse width of 10 nsec, a pulse energy of 300 mJ, and a cross-sectional beam size of 10 mm × 40 mm is 0.1 mm at a position 10 mm above the substrate 28 by the convex lens optical system 23.
It was confirmed by light emission from the red hydrogen plasma that the hydrogen gas was ionized and the local hydrogen plasma 31 was generated when the light was focused at × 0.4 mm. The repetition frequency of the laser pulse was set to 10 Hz, and the Si substrate 28 was exposed to the hydrogen plasma for about 10 seconds. During that time, the thickness of the natural oxide film was measured by the ellipsometer device 32 attached to the vacuum container 25.
As shown in the figure, the initial film thickness was 2.5 nm, but after 8 minutes of hydrogen plasma irradiation, the film thickness became 0 nm, and after 8 minutes, it was saturated at 0 nm. As described above, it is understood that the natural oxide film on the surface of the Si substrate 28 was removed by the plasma irradiation for about 10 minutes.
その後、レーザ光の照射と水素ガスの供給とを停止し、
真空排気ポンプ26により真空容器25内の真空度を1×10
-10Torrまで排気したのち、Si蒸発源33よりSi蒸気を30
分蒸発させ、Si基板28上に蒸着した。この時のSi基板28
の温度は700℃であった。上記Si基板28を真空容器25か
ら取出し、蒸着部分の膜厚を測定したら100nmであっ
た。また、反射電子線回折法により上記蒸着膜の結晶性
を評価すると、上記基板28と同じ結晶面Si(100)を示
した。しかしながら、真空容器25内において本発明の水
素プラズマ照射を行わず、自然酸化膜で蔽われたSi(10
0)単結晶板に、上記蒸着条件と同じ条件でSi蒸着を行
って作成したSi膜は、結晶学的にみてアモルファス構造
であった。After that, the irradiation of laser light and the supply of hydrogen gas are stopped,
The degree of vacuum in the vacuum container 25 is set to 1 × 10 by the vacuum exhaust pump 26.
After exhausting up to -10 Torr, Si vaporization source 33
Then, it was evaporated and deposited on the Si substrate 28. Si substrate 28 at this time
The temperature was 700 ° C. The Si substrate 28 was taken out of the vacuum container 25, and the film thickness of the vapor deposition portion was measured and found to be 100 nm. In addition, when the crystallinity of the deposited film was evaluated by a reflection electron beam diffraction method, it showed the same crystal plane Si (100) as the substrate 28. However, the hydrogen plasma irradiation of the present invention was not performed in the vacuum container 25, and Si (10
0) The Si film formed by performing Si vapor deposition on a single crystal plate under the same vapor deposition conditions as described above had an amorphous structure in terms of crystallography.
上記から、レーザ生成水素プラズマを照射することは、
半導体表面の自然酸化膜を還元し除去して、清浄な半導
体表面を得るのに有効な表面処理法であることが判る。From the above, irradiating laser-produced hydrogen plasma is
It can be seen that this is an effective surface treatment method for obtaining a clean semiconductor surface by reducing and removing the natural oxide film on the semiconductor surface.
また、本処理前に表面に付着した有機物を除去しておく
と、さらに効果的である。例えば、レーザ誘起の酸素プ
ラズマを前もって処理し、その後、上記表面処理を行う
ことにより清浄な半導体あるいは金属等の表面が得られ
る。Further, it is more effective to remove the organic substances attached to the surface before the main treatment. For example, a laser-induced oxygen plasma treatment is performed in advance, and then the above-mentioned surface treatment is performed to obtain a clean semiconductor or metal surface.
第2実施例 第3図に示す第2実施例は、1台のレーザを用いて複数
の基板の表面処理を行う実施例であり、出力20J/パル
ス、発振周波数1Hz、パルス幅30nsecのQスイッチパル
ス発振ルビーレーザ42を用いて、波長692.9nmおよび69
4.3nmのレーザ光43を、焦点距離500mm mの凸レンズ44で
直径0.05mmφに集光して、真空容器45内に導入した。上
記真空容器45には塩素ガス(5%)と水素ガス(95%)
との混合気体46を導入し、その圧力を1Torrにした。レ
ーザ光43をレンズ44で集光した位置は、2個のSi基板41
の近傍であり、上記集光位置で水素プラズマ47が発生
し、上記水素プラズマ47を2個のSi基板41に均等に照射
した。この時、上記2個のSi基板41はそれぞれヒータ48
によって第1実施例と同様に600℃に加熱されている。
上記水素プラズマの照射を、繰返し周波数1Hzで30分間
行うことで、Si基板41上の自然酸化膜を還元できること
を第1実施例と同様に確認した。Second Embodiment A second embodiment shown in FIG. 3 is an embodiment in which the surface treatment of a plurality of substrates is performed by using one laser, and a Q switch having an output of 20 J / pulse, an oscillation frequency of 1 Hz and a pulse width of 30 nsec. Using the pulsed ruby laser 42, the wavelengths 692.9 nm and 69
A 4.3 nm laser beam 43 was condensed to a diameter of 0.05 mmφ by a convex lens 44 having a focal length of 500 mm and introduced into a vacuum container 45. The vacuum container 45 contains chlorine gas (5%) and hydrogen gas (95%).
A mixed gas 46 of and was introduced and the pressure was set to 1 Torr. The position where the laser beam 43 is focused by the lens 44 is located on the two Si substrates 41.
The hydrogen plasma 47 was generated at the above-mentioned condensing position, and the hydrogen plasma 47 was uniformly applied to the two Si substrates 41. At this time, the two Si substrates 41 are respectively heated by the heater 48.
Is heated to 600 ° C. as in the first embodiment.
It was confirmed that the natural oxide film on the Si substrate 41 can be reduced by repeating the irradiation of the hydrogen plasma at a repetition frequency of 1 Hz for 30 minutes, as in the first embodiment.
第3実施例 第4図に示す第3実施例は、レーザ光で生成されたプラ
ズマ51と基板52が置かれている位置に、磁界53を印加し
て上記基板52の表面に形成された自然酸化膜の還元、除
去を増速させる方法で、本発明の1つの適用例を示すも
のである。Third Embodiment In a third embodiment shown in FIG. 4, a magnetic field 53 is applied to a position where a plasma 51 generated by laser light and a substrate 52 are placed, and a natural state is formed on the surface of the substrate 52. This is a method of accelerating the reduction and removal of an oxide film, and shows one application example of the present invention.
基板52の背後に磁界53を発生するための永久磁石54を設
置し、上記基板52の近傍で0.1Teslaの磁界を発生した。
本実施例を第2実施例に適用したところ、磁界印加をし
ない場合は、25Å厚さのSiO2自然酸化膜を還元、除去す
るのに30分のレーザ照射が必要であったのに対し、本実
施例を適用した場合はレーザ照射時間が20分に短縮され
た。本実施例では磁界53を発生するのに永久磁石54を使
用したが、コイルなどの他の磁界発生源を用いても差支
えない。A permanent magnet 54 for generating a magnetic field 53 was installed behind the substrate 52, and a magnetic field of 0.1 Tesla was generated near the substrate 52.
When this embodiment was applied to the second embodiment, when no magnetic field was applied, it took 30 minutes of laser irradiation to reduce and remove the 25Å-thick SiO 2 natural oxide film. When this example was applied, the laser irradiation time was shortened to 20 minutes. In this embodiment, the permanent magnet 54 is used to generate the magnetic field 53, but other magnetic field generation sources such as coils may be used.
第4実施例 第5図に示す第4実施例は、レーザ光で生成されたプラ
ズマ62と基板63との間に、電極61を用いて電界64を印加
し、プラズマ62中のイオンあるいは電子を加速して上記
基板63に照射し、基板63の表面の自然酸化膜を還元、除
去させる方法で、本発明の1つの適用例を示すものであ
る。Fourth Embodiment In a fourth embodiment shown in FIG. 5, an electric field 64 is applied between a plasma 62 generated by laser light and a substrate 63 by using an electrode 61 to remove ions or electrons in the plasma 62. This is a method of accelerating and irradiating the substrate 63 to reduce and remove the natural oxide film on the surface of the substrate 63, and shows one application example of the present invention.
Siを材料とした電極61を用い、上記電極61と基板63との
間に、電源65により100Vの電位差を印加する本実施例を
第1実施例に適用したところ、電界64を印加しない場合
は、25Å厚さのSiO2自然酸化膜を還元、除去するのに10
分のレーザ照射が必要であったのに対し、本実施例の適
用によってレーザ照射時間を5分に短縮することができ
た。When an electric potential 64 of 100 V is applied between the electrode 61 and the substrate 63 by using the electrode 61 made of Si as a material, the present embodiment is applied to the first embodiment. , 10 Å for reducing and removing SiO 2 natural oxide film with a thickness of 25Å
While the laser irradiation for one minute was required, the laser irradiation time could be shortened to 5 minutes by applying this embodiment.
上記各実施例では、KrFエキシマレーザ、あるいはルビ
ーレーザを用いた場合を示したが、使用するレーザとし
ては、水素ガスなどの還元性ガスをプラズマ化するだけ
の電界強度106〜107V/cmを、焦点位置で発生できるもの
であれば、如何なるものでも差支えない。In each of the above-mentioned examples, the case of using the KrF excimer laser or the ruby laser was shown, but as the laser to be used, the electric field intensity 10 6 to 10 7 V / only for converting reducing gas such as hydrogen gas into plasma. Any cm can be used as long as it can generate cm at the focal position.
また、自然酸化膜を還元、除去するための還元性プラズ
マを生成するためのガスとしては、上記各実施例で水素
ガスを使用したが、これ以外にもハロゲンを構成元素と
したガス、HClやHF、Cl2、SF6など、またはこれらの混
合物も使用することができる。Further, as the gas for generating the reducing plasma for reducing and removing the natural oxide film, hydrogen gas was used in each of the above-mentioned examples, but other than this, a gas containing halogen as a constituent element, HCl or HF, Cl 2 , SF 6, etc., or mixtures thereof can also be used.
表面処理を行う基板としては、表面に酸化膜を有するも
のであれば如何なるものでもよく、特にSiに限らない。
InPやGaAsなどの化合物半導体や、AlやWの金属表面な
どの清浄化にも本発明は有効である。The substrate to be surface-treated may be any one as long as it has an oxide film on its surface, and is not particularly limited to Si.
The present invention is also effective for cleaning compound semiconductors such as InP and GaAs, and metal surfaces such as Al and W.
上記のように本発明による表面処理方法は、表面が酸化
膜等の被膜で覆われた処理基板の表面処理方法におい
て、少なくとも水素あるいはハロゲン元素の一方または
両方を構成元素として含むガスに、レーザ光を照射して
電離させ、化学的に還元作用をもつプラズマを生成し、
上記プラズマを処理基板に照射して、上記処理基板表面
の被覆層を還元することにより、清浄な還元性雰囲気下
で、化学的に活性な水素原子、ならびに水素イオンの生
成と、処理基板への照射ができるので、自然酸化膜を10
分〜30分の短時間で、かつ基板温度が800℃以下という
低い温度で還元し除去できる効果がある。また、生成プ
ラズマと処理基板との間の空間に磁界あるいは電界を印
加することにより、上記酸化膜の除去時間をさらに短縮
することができ、処理コストを低減することが可能であ
る。As described above, the surface treatment method according to the present invention is a method of treating a surface of a treated substrate whose surface is covered with a film such as an oxide film, in which a gas containing at least one of hydrogen and / or a halogen element as a constituent element is laser light. Is irradiated to ionize and generate plasma having a chemical reducing action,
By irradiating the treated substrate with the plasma to reduce the coating layer on the treated substrate surface, in a clean reducing atmosphere, chemically active hydrogen atoms and hydrogen ions are generated, and Irradiation is possible, so a natural oxide film
There is an effect that the substrate can be reduced and removed at a low temperature of 800 ° C. or lower in a short time of 30 minutes to 30 minutes. Further, by applying a magnetic field or an electric field to the space between the generated plasma and the processing substrate, the time for removing the oxide film can be further shortened, and the processing cost can be reduced.
第1図は本発明による表面処理方法の第1実施例を示す
構成図、第2図は上記実施例におけるSi表面の酸化膜膜
厚と処理時間との関係を示す図、第3図は本発明による
表面処理方法の第2実施例を示す構成図、第4図は磁界
により表面処理速度を向上させる原理説明図、第5図は
電界により表面処理速度を向上させる原理説明図、第6
図は本発明の原理を示す基本構成図である。 22、43……レーザ光、27、46……水素ガス 28、41、52、63……処理基板 31、47、51、62……プラズマ 53……磁界、54……永久磁石 61……電極、64……電界FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a surface treatment method according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a relation between an oxide film thickness of a Si surface and treatment time in the above-mentioned embodiment, and FIG. FIG. 6 is a configuration diagram showing a second embodiment of the surface treatment method according to the invention, FIG. 4 is an explanatory view of the principle of improving the surface treatment speed by a magnetic field, and FIG. 5 is an explanatory diagram of the principle of improving the surface treatment speed by an electric field.
The figure is a basic configuration diagram showing the principle of the present invention. 22, 43 …… Laser light, 27,46 …… Hydrogen gas 28,41,52,63 …… Processed substrate 31,47,51,62 …… Plasma 53 …… Magnetic field, 54 …… Permanent magnet 61 …… Electrode , 64 …… electric field
Claims (4)
表面処理方法において、少なくとも水素あるいはハロゲ
ン元素の一方または両方を構成元素として含むガスに、
レーザ光を照射して電離させ、化学的に還元作用をもつ
プラズマを生成し、上記プラズマを処理基板に照射し
て、上記処理基板表面の被覆層を還元することを特徴と
する表面処理方法。1. A method of treating a surface of a treated substrate whose surface is covered with an oxide film, wherein a gas containing at least one of hydrogen and / or a halogen element as a constituent element is used.
A surface treatment method comprising irradiating a laser beam to ionize it to generate plasma having a chemical reducing action, and irradiating the treated substrate with the plasma to reduce the coating layer on the surface of the treated substrate.
の周辺に配置された、複数個の処理基板であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項に記載した表面処理方
法。2. The surface treatment method according to claim 1, wherein the treated substrates are a plurality of treated substrates arranged around the laser-generated plasma.
の空間に、磁界が印加されていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項または第2項に記載した表面処理方
法。3. The surface treatment method according to claim 1, wherein a magnetic field is applied to the generated plasma in a space between the plasma and the treated substrate.
の空間に、電界が印加されていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項または第2項に記載した表面処理方
法。4. The surface treatment method according to claim 1, wherein an electric field is applied to the generated plasma in a space between the plasma and the treated substrate.
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| JP62056635A JPH0682643B2 (en) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | Surface treatment method |
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| JPS63224233A JPS63224233A (en) | 1988-09-19 |
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1987
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