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発明の名称 選択酸化装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−216123
公開日 平成6年(1994)8月5日
出願番号 特願平5−5640
出願日 平成5年(1993)1月18日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 河田 雅彦
要約 目的
半導体表面を清浄に保持し、且つ選択的に酸化膜を形成する装置を提供する。

構成
酸素で満たされた装置内に、紫外光光源1とそれを平行光にするためのパラボラ型反射板2を設け、半導体基板5の表面に非接触のマスク4を介して照射することにより、紫外光と紫外光により変化したオゾンの相互効果により選択的に酸化膜を形成する。
特許請求の範囲
【請求項1】紫外線を発生する光源を有する半導体の酸化装置において、紫外光を平行光とし、基板に照射する機能を持ち、前記光源と前記基板との間に無反射コーティングを施したマスクを有し、前記マスクを前記基板に非接触とすることにより半導体表面に選択的に酸化膜を形成することを特徴とする選択酸化装置。
【請求項2】請求項1において、紫外光を平行光とするために光源背後にパラボラ型反射板を有する選択酸化装置。
【請求項3】請求項1において、装置の内壁を無反射コーティングする選択酸化装置。
【請求項4】請求項1において、装置内部にO2 を導入する選択酸化装置。
【請求項5】請求項4において、紫外光発生室とO2 導入室と基板を処理する室をそれぞれ分離する選択酸化装置。
【請求項6】紫外光の発生およびパターンニングの部分に縮小投影露光装置を用い、基板処理部分にO2 を導入できる処理室を有することを特徴とする選択酸化装置。
【請求項7】請求項1において、装置内部を超高真空にすることができる排気ユニットを有する選択酸化装置。
【請求項8】請求項7において、装置を他の超高真空プロセス装置にゲートバルブを介して接続して基板の前処理を行う選択酸化装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の酸化に係り、特に、半導体表面を選択的に酸化することが可能な選択酸化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】GaAs等に代表されるIII−V 族化合物半導体の結晶成長において、有機金属を用いた分子線エピタキシ法(MOMBE)では、GaAs表面には正常なエピタキシャル膜が成長するが、SiO2 等の酸化膜上には何も成長しないことが一般的に知られている。この特徴を生かして、基板上への選択成長が盛んに行われている。
【0003】従来の方法は、GaAs基板上全面にSiO2 を蒸着し、さらにレジストを用いたホトリソグラフィにより選択的にSiO2 を除去し、残ったSiO2 をマスクとして選択成長するものが主流であった(例えば、第51回応用物理学会予稿集P250,27P−V−2)。
【0004】この方法では、成長までにプロセス工程数が多く、個々のプロセスにおいて基板に与えるダメージ(SiO2 デポ時の熱ストレス等),基板の表面汚染にも問題があった。成長前基板の表面汚染は欠陥の発生原因になるだけではなく、基板と成長膜の間に界面準位が存在するため、デバイス間のリーク電流やキャリアの空乏化等の問題が発生する(ジャーナル オブ アプライド フィジクス 67巻1号 169−175頁(J. Appl. Phys. 68(1),1 July 1990,p169−175))。
【0005】そのため、最近ではSiO2 を用いずGaAs表面を酸化させ、その酸化膜をマスクとして使用することも行われている(ジャーナル オブ クリスタル グロース 111号570−573頁(Jounal of Crystal Growth 111(1991)p570−573))。GaAs酸化膜の形成は、基板を空気中で450℃程度で加熱し、熱酸化膜を形成する方法(日本応用物理学会誌 15巻(JAPJan.15,1988,熱酸化膜形成除去によるMBE−GaAs基板の清浄化))、O2雰囲気中でハロゲンランプを照射する方法(ジャーナル オブ バキューム サイエンス テクノロジー 20巻2号 241−242頁(J. Vac. Sci. Technol.20(2)1982,p241−242))等がある。
【0006】GaAs酸化膜をマスクとして使用する方法では、酸化膜の除去(パターンニング)にCl2 雰囲気中でのEBエッチングを用いている(アプライド フィジクス レターズ 57巻10号 1012−1014頁(APL.57(10),3 Sep. 1990,p1012−1014))。この方法により、異物接触(GaAsとSiO2 )による表面汚染を防止できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来方法において、半導体基板表面に酸化膜を形成する場合、エッチングガスとしてCl2 を使用するため、残留ガスによる汚染,電子ビームによる物理的ダメージの発生という問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、パラボラ型反射板により紫外光を平行光とし、基板に非接触のマスクを介して紫外光をオゾン雰囲気中で基板に照射することにより、半導体表面に半導体自身の酸化膜を形成する。
【0009】
【作用】半導体自身の酸化膜を使用することにより、且つ、基板に非接触のパターンニングマスクを使用することにより、異物接触による表面汚染を防止する。
【0010】紫外光とオゾンの組合せによって半導体表面を酸化させるため、物理的ダメージを防止することができる。
【0011】
【実施例】(実施例1)本発明の実施例を図1に示す。装置の構成は、上から反射板2,紫外光光源1,パターンニングマスク4,試料台6となっている。紫外光の光源には253.7nmのランプを用いている。また、光源下部には下方向への無指向性の光を遮蔽するためのカバー3を設け、紫外光が上方向のみに照射されるようになっている。光源の上部にはパラボラ型の反射板2を設置し、光源からの入射光を下方向に向けて平行光になるようにしている。
【0012】また、装置には純酸素を導入するポート7および排気ポート8を設け、内部を純酸素で充満することができる構造になっている。
【0013】光源1と試料台6の間には、無反射コーティングされたパターンニングマスク4が装着できる構造になっている。マスクの装着台および試料台はガイドレールにより装置外に引き出せる構造になっており、基板およびマスクの交換を行えるようになっている。
【0014】次に、選択酸化膜の形成方法を説明する。まず、試料台6に半導体基板5をセットし希望するパターンのマスク4を装着し両者を装置内に導入する。次に装置内にO2 を導入し、しばらく置換し、装置内をO2 で満たす。その後、紫外光を発生させる。紫外光はパラボラ型反射板2で平行光となり、パターンニングマスク4の開口部を通じて基板に照射される。この時、紫外光を浴びたO2 はオゾン(O3)に変化し、紫外光とオゾンの組合せにより紫外光が照射された部分のみが選択的に酸化される。ここで、紫外光を平行光にすることにより、マスクの端面での乱反射を防止でき微小寸法のパターンニングが可能になる。
【0015】(実施例2)図2に一般的な縮小投影露光装置へ応用した実施例を示す。図の上部は一般的な縮小投影露光装置である。本発明は縮小投影露光装置の下部にO2 を充満することのできる試料室を設けた。選択酸化膜の形成方法は、まず試料室28内の試料台25上に基板24を酸化膜形成面を上にしてセットし、試料室28を縮小投影露光装置のパターンニング位置に移動する。次に試料室28内にO2 導入口26よりO2 を導入し、排気口27より排気しながら試料室28内をO2 で置換する。基板のセットが終了した後、希望のパターンニングマスク21をセットし、紫外線をマスク21,縮小レンズ22,屈折光学系23を介して基板に照射する。これにより、基板上の紫外線が照射された部分に限りO2 がオゾンに変換され、紫外線とオゾンの相互効果により基板24上に選択的に酸化膜を形成することができる。また、O2 を充満するのは試料室28に限られるため、縮小投影露光装置にはオゾンの影響を与えない構造になっている。
【0016】
【発明の効果】本発明により、選択成長に使用する酸化膜形成のプロセスを大幅に簡略できる。例えば、SiO2 マスクの形成は■基板全面へのSiO2 デポ、■レジスト塗布、■ホトリソグラフィによるパターンニング、■開口部のSiO2 エッチング、■レジスト除去、の工程を経て行われるが、本発明では1工程のみで形成できる。
【0017】また、この酸化膜を用いて選択成長を行う場合、半導体基板の清浄面を使用できるため、界面準位を低減することができる。




 

 


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