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JP2011151228A - Oxide film forming method - Google Patents

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JP2011151228A JP2010011743A JP2010011743A JP2011151228A JP 2011151228 A JP2011151228 A JP 2011151228A JP 2010011743 A JP2010011743 A JP 2010011743A JP 2010011743 A JP2010011743 A JP 2010011743A JP 2011151228 A JP2011151228 A JP 2011151228A
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Abstract

【課題】膜中欠損を生じさせることなくGe基板の表面にGe酸化膜を形成する。
【解決手段】Ge基板2の表面にGe酸化膜を形成するプロセスシステム1の酸化炉13において、1000Pa以下の圧力及び300℃以下の基板温度のもとでGe基板2にオゾン供給装置11からオゾンガスを供して当該基板の表面にGe酸化膜を形成する。室温よりも低温の基板温度のもとで前記基板に前記オゾンガスを供給してGe基板2上にオゾン分子層を形成させる。次いで、前記オゾンガスの供給を遮断させた後、Ge基板2を室温まで加熱することにより前記オゾン分子層によって当該基板の表面を酸化させてGe酸化膜を形成させる。Ge基板2が室温まで達した後に前記加熱を遮断して当該基板の温度を室温よりも低温に降下させるとよい。Ge基板2を加熱するための加熱源として赤外光光源を用いるとよい。前記オゾンガスはオゾン濃度が100%であるとよい。
【選択図】図1
A Ge oxide film is formed on the surface of a Ge substrate without causing defects in the film.
In an oxidation furnace 13 of a process system 1 for forming a Ge oxide film on a surface of a Ge substrate 2, ozone gas is supplied from an ozone supply device 11 to the Ge substrate 2 under a pressure of 1000 Pa or less and a substrate temperature of 300 ° C. or less. To form a Ge oxide film on the surface of the substrate. The ozone gas is supplied to the substrate at a substrate temperature lower than room temperature to form an ozone molecular layer on the Ge substrate 2. Next, after the supply of the ozone gas is shut off, the surface of the substrate is oxidized by the ozone molecular layer by heating the Ge substrate 2 to room temperature to form a Ge oxide film. After the Ge substrate 2 reaches room temperature, the heating may be interrupted to lower the temperature of the substrate below the room temperature. An infrared light source may be used as a heating source for heating the Ge substrate 2. The ozone gas may have an ozone concentration of 100%.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体素子基板の酸化膜を形成する技術に関する。   The present invention relates to a technique for forming an oxide film of a semiconductor element substrate.

Ge基板を構成するGe中の電子移動度、正孔移動度はいずれもSiよりも高く、特にGeの正孔移動度は現在研究されている半導体材料の中で最も高い。また、Geを酸化することで得られるGeO2とGeとの界面はSiを酸化して得られるSiO2とSiとの界面よりも優れた特性を有していることが明らかになっている。このような理由からGeO2をゲート酸化膜に用いたGe−MOSが従来のSi−MOSに代わる高正孔移動度半導体素子として注目されている(非特許文献1)。 Electron mobility and hole mobility in Ge constituting the Ge substrate are both higher than those of Si, and Ge hole mobility is the highest among the semiconductor materials currently studied. It has also been clarified that the interface between GeO 2 and Ge obtained by oxidizing Ge has superior characteristics to the interface between SiO 2 and Si obtained by oxidizing Si. For these reasons, Ge-MOS using GeO 2 as a gate oxide film has attracted attention as a high hole mobility semiconductor element that can replace conventional Si-MOS (Non-patent Document 1).

Ge単結晶はSi単結晶よりも融点がはるかに低いことから必然的にGe−MOS作製のプロセスよりも低温となる。Si−MOSで最も高いプロセス温度を要するゲート酸化膜作製温度はSi−MOSでは1000〜1100℃であったが、Ge−MOSでは上限550℃程度となる。また、Geは金属材料と界面を形成すると、Ge表面のフェルミ準位が金属材料の仕事関数のほとんど影響を受けないが、Geと金属との間に薄い絶縁膜を挿入することでデピニングされることを利用したメタルソースドレイン・トランジスタが提唱されている(非特許文献2)。   Since the Ge single crystal has a much lower melting point than the Si single crystal, it inevitably has a lower temperature than the Ge-MOS fabrication process. The gate oxide film manufacturing temperature that requires the highest process temperature in Si-MOS is 1000 to 1100 ° C. in Si-MOS, but the upper limit is about 550 ° C. in Ge-MOS. Moreover, when Ge forms an interface with a metal material, the Fermi level on the Ge surface is hardly affected by the work function of the metal material, but is depinned by inserting a thin insulating film between Ge and the metal. A metal source drain transistor utilizing this fact has been proposed (Non-patent Document 2).

図9はメタルソースドレイン・トランジスタの構成を示した概略構成図である。このトランジスタはGe基板21上へ試料全面に薄いGeOx絶縁膜22を形成し、この絶縁膜22上にソース金属電極23及びドレイン金属電極26を形成し、さらにこの電極26を被覆したゲート絶縁膜24にゲート電極25を形成したものである。このトランジスタの特徴は局所的なドープ処理が不必要なことである。移動度を決めるのに重要な役割を果たす絶縁膜22の膜厚は2nm以下である。ゆえに、高品質な絶縁膜22の作製技術が求められている。   FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a metal source drain transistor. In this transistor, a thin GeOx insulating film 22 is formed on the entire surface of a sample on a Ge substrate 21, a source metal electrode 23 and a drain metal electrode 26 are formed on the insulating film 22, and a gate insulating film 24 covering the electrode 26. The gate electrode 25 is formed on the substrate. A feature of this transistor is that local doping is unnecessary. The thickness of the insulating film 22 that plays an important role in determining the mobility is 2 nm or less. Therefore, a technique for producing a high-quality insulating film 22 is required.

一方、オゾンガスの高濃度化技術が近年著しい進歩を遂げたことにより、高濃度オゾンガスを用いた半導体素子の作製プロセスが徐々に浸透してきている。オゾンは酸素に比べて強い酸化力を有するので、酸素ガスを用いるプロセス温度を低温にできることが期待される。また、オゾン濃度を高めることでオゾンを効果的に利用できることも期待できる。最近では、ほぼ100%のオゾンガスを供給できる技術が確立した。100℃近い濃度のオゾンガスを半導体素子の作製プロセスに用いた成果として、例えばSi熱酸化では酸素を用いると1000℃以上要したプロセス温度が400℃まで低減することができたことが報告されている(特許文献1)。このように高濃度オゾンプロセス技術をGe−MOS作製技術に導入することで、低温で効果的な作製プロセスが実現することが期待される。   On the other hand, due to the remarkable progress made in recent years in the technology for increasing the concentration of ozone gas, the manufacturing process of semiconductor elements using the high concentration ozone gas has gradually permeated. Since ozone has a stronger oxidizing power than oxygen, it is expected that the process temperature using oxygen gas can be lowered. It can also be expected that ozone can be effectively used by increasing the ozone concentration. Recently, a technology that can supply almost 100% ozone gas has been established. As a result of using ozone gas with a concentration of nearly 100 ° C. in the process of manufacturing semiconductor devices, it has been reported that, for example, in the case of thermal oxidation of Si, the process temperature required over 1000 ° C. can be reduced to 400 ° C. when oxygen is used. (Patent Document 1). By introducing the high-concentration ozone process technology into the Ge-MOS fabrication technology in this way, it is expected that an effective fabrication process will be realized at a low temperature.

高木信一、“IEDM続報,半導体製造,GeチャネルMOS FET,キャリヤ移動度向上策が続々と”、[online]、2007年12月14日、日経BP社、Tech-on、[2009年11月24日検索]、インターネット〈http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20071214/144282/〉Shinichi Takagi, “IEDM follow-up, semiconductor manufacturing, Ge channel MOS FET, measures to improve carrier mobility,” [online], December 14, 2007, Nikkei Business Publications, Tech-on, [November 2009] Search on the 24th], Internet <http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20071214/144282/> Tomonori Nishimura, Koji Kita and Akira Toriumi、“A Significant Shift of Schottky Barrier Heights at Strongly Pinned Metal/Germanium Interface by Inserting an Ultra-Thin Insulating Film”、Appl. Phys. Express 1、2008、051406Tomonori Nishimura, Koji Kita and Akira Toriumi, “A Significant Shift of Schottky Barrier Heights at Strongly Pinned Metal / Germanium Interface by Inserting an Ultra-Thin Insulating Film”, Appl. Phys. Express 1, 2008, 051406 Choong Hyun Lee, Toshiyuki Tabata, Tomonori Nishimura, Kosuke Nagashio, Koji Kita and Akira Toriumi、“Ge/GeO2 Interface Control with High-Pressure Oxidation for Improving Electrical Characteristics”、Appl. Phys. Express 2、2009、071404Choong Hyun Lee, Toshiyuki Tabata, Tomonori Nishimura, Kosuke Nagashio, Koji Kita and Akira Toriumi, “Ge / GeO2 Interface Control with High-Pressure Oxidation for Improving Electrical Characteristics”, Appl. Phys. Express 2, 2009, 071404

特開2003−209108号公報JP 2003-209108 A

GeO2とGeの界面はとりわけ良い界面特性を有することから、GeO2はGeデバイスのゲート酸化膜として有用であると期待される。しかしながら、Geの酸化条件によりGeO2の膜質が大きく変化することが知られており、GeO2の作製技術の確立はGe−MOSデバイスの実用に向けた技術課題の一つとなっている(非特許文献3)。ここでGe単結晶の融点はSi単結晶に比べて低いことから、Ge−MOS作製プロセス温度はSiの場合よりも低くなければならない。一方、GeO2内の酸素欠損欠陥はGeO2の膜特性を劣化させる。具体的にはGeは400℃以上の酸化プロセス中にGeO2内の酸素欠陥部分からGeO粒子が生成され、気相に飛散する。Ge飛散はさらに膜中の欠陥生成を誘発することから、Geの酸化プロセス温度は400℃よりも低温にすることが望まれる。以上のことから酸素欠陥の少ないGeO2膜の作製には低温酸化が要求される。 Since the interface between GeO 2 and Ge has particularly good interface properties, GeO 2 is expected to be useful as a gate oxide film for Ge devices. However, it is known that the film quality of GeO 2 varies greatly depending on the oxidation conditions of Ge, and the establishment of GeO 2 fabrication technology has become one of the technical issues for practical application of Ge-MOS devices (non-patented). Reference 3). Here, since the melting point of Ge single crystal is lower than that of Si single crystal, the Ge-MOS fabrication process temperature must be lower than that of Si. On the other hand, oxygen deficiency defects in GeO 2 degrades film properties GeO 2. Specifically, Ge generates GeO particles from an oxygen defect portion in GeO 2 during an oxidation process at 400 ° C. or higher and scatters in the gas phase. Since Ge scattering further induces generation of defects in the film, it is desirable that the Ge oxidation process temperature be lower than 400 ° C. From the above, low-temperature oxidation is required for the production of a GeO 2 film with few oxygen defects.

そこで、前記課題を解決するための本発明に係る酸化膜形成方法は、Ge基板の表面にGe酸化膜を形成する酸化膜形成方法であって、1000Pa以下の圧力及び300℃以下の基板温度のもとでGe基板にオゾンガスを供して当該基板の表面にGe酸化膜を形成する。   Therefore, an oxide film forming method according to the present invention for solving the above problems is an oxide film forming method for forming a Ge oxide film on the surface of a Ge substrate, wherein the pressure is 1000 Pa or less and the substrate temperature is 300 ° C. or less. Originally, ozone gas is supplied to the Ge substrate to form a Ge oxide film on the surface of the substrate.

前記酸化膜形成方法においては、室温よりも低温の基板温度のもとで前記基板に前記オゾンガスを供給すると、当該基板上にオゾン分子層を形成できる。また、Ge基板の表面でのオゾン酸化を抑制できる。さらに、GeOの脱離をさらに抑制できる。そして、Ge基板の表面へのオゾン分子の吸着率を上げることができる。   In the oxide film forming method, when the ozone gas is supplied to the substrate at a substrate temperature lower than room temperature, an ozone molecular layer can be formed on the substrate. Further, ozone oxidation on the surface of the Ge substrate can be suppressed. Furthermore, the desorption of GeO can be further suppressed. In addition, the adsorption rate of ozone molecules on the surface of the Ge substrate can be increased.

また、前記酸化膜形成方法においては、前記オゾン分子層を形成させた後に前記オゾンガスの供給を遮断させ、その後、前記基板を室温まで加熱することにより前記オゾン分子層によって前記基板の表面を酸化させてGe酸化膜を形成させるとよい。さらに、前記基板の温度が室温まで達した後に前記加熱を遮断して当該基板の温度を室温よりも低温に降下させるとよい。そして、前記基板の温度を室温よりも低温に降下させた後に当該基板にオゾンガスを再度供給することにより前記Ge酸化膜が形成された基板上にオゾン分子層を形成させてから前記オゾンガスの供給を遮断し、その後、前記基板を室温まで加熱することにより前記基板上にさらにGe酸化膜を形成させる工程を繰り返すことにより、当該基板上にGe酸化膜を積層させることができる。   In the oxide film forming method, after the ozone molecular layer is formed, the supply of the ozone gas is interrupted, and then the substrate is heated to room temperature to oxidize the surface of the substrate by the ozone molecular layer. Then, a Ge oxide film may be formed. Further, after the temperature of the substrate reaches room temperature, the heating may be interrupted to lower the temperature of the substrate to a temperature lower than the room temperature. Then, the ozone gas layer is formed on the substrate on which the Ge oxide film is formed by supplying ozone gas again to the substrate after the temperature of the substrate is lowered to a temperature lower than room temperature, and then supplying the ozone gas. The Ge oxide film can be stacked on the substrate by repeating the process of forming a Ge oxide film on the substrate by blocking and then heating the substrate to room temperature.

前記Ge基板を加熱するための加熱源として赤外光光源を用いるとよい。Ge基板の瞬時的な加熱により当該基板へのダメージを軽減できることに加えて、当該基板の表面に吸着したオゾン分子のみをその表面酸化に寄与させることができる。   An infrared light source may be used as a heating source for heating the Ge substrate. In addition to reducing damage to the substrate by instantaneous heating of the Ge substrate, only ozone molecules adsorbed on the surface of the substrate can contribute to the surface oxidation.

また、前記オゾンガスにオゾン濃度100%のオゾンガスを用いると、Ge基板に対する酸素による酸化の影響を抑制できる。   Further, when ozone gas having an ozone concentration of 100% is used as the ozone gas, the influence of oxidation by oxygen on the Ge substrate can be suppressed.

以上の発明によれば膜中欠損を生じさせることなくGe基板の表面にGe酸化膜を形成できる。   According to the above invention, the Ge oxide film can be formed on the surface of the Ge substrate without causing defects in the film.

発明の第一の実施形態に係るプロセスシステムを示した構成図。The block diagram which showed the process system which concerns on 1st embodiment of invention. 発明の第一の実施形態に係る酸化炉の具体的な構成を示した構成図。The block diagram which showed the specific structure of the oxidation furnace which concerns on 1st embodiment of invention. 発明の第一の実施形態に係る酸化プロセスの手順を説明したフローチャート図。The flowchart figure explaining the procedure of the oxidation process which concerns on 1st embodiment of invention. 条件1〜3のもとでGe基板を酸化処理して形成したGeO2膜のXPS測定により検出したGe3dスペクトルの特性図。Ge3d characteristic diagram of the spectrum detected by XPS measurement of GeO 2 film an under Ge substrate conditions 1-3 was formed by oxidation treatment. 発明の第二の実施形態に係る酸化炉の具体的な構成を示した構成図。The block diagram which showed the specific structure of the oxidation furnace which concerns on 2nd embodiment of invention. 酸化試料へのオゾンガス供給の一態様を示した斜視図。The perspective view which showed the one aspect | mode of the ozone gas supply to an oxidation sample. 発明の第二の実施形態に係る酸化プロセスのタイムチャート図。The time chart figure of the oxidation process which concerns on 2nd embodiment of invention. Ge基板にGeOxからなる酸化膜層が形成される過程を説明した説明図。Explanatory drawing explaining the process in which the oxide film layer which consists of GeOx is formed in Ge substrate. メタルソースドレイン・トランジスタの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a metal source / drain transistor.

以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1に示された発明の実施形態1に係るプロセスシステム1はオゾンガスを用いることにより熱的安定性及び界面特性の良好なGeO2膜をGe基板2上に形成させる。プロセスシステム1はオゾン供給装置11とリーク用ガス供給装置12と酸化炉13とを備える。
(Embodiment 1)
The process system 1 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 forms a GeO 2 film with good thermal stability and interface characteristics on the Ge substrate 2 by using ozone gas. The process system 1 includes an ozone supply device 11, a leak gas supply device 12, and an oxidation furnace 13.

オゾン供給装置11はGe基板2を格納した酸化炉13にオゾンガスを供給する。オゾン供給装置11としてはオゾンガスボンベまたはオゾン発生装置が挙げられる。オゾンガスのオゾン濃度は100%に近いほどよい。オゾン濃度が低濃度のオゾンガスは酸素ガスとの混合ガスとなるのでGe酸化に酸素ガスの影響が無視できなくなる。すなわち、オゾンは酸素に比べて酸化力が強いために低温で酸化が行われるが、低温で酸素が存在すると製膜されたGeO2膜中に欠陥が形成されやすい酸化過程が生じる。このようにオゾン濃度が少なくなるにつれて得られる酸化膜の膜質が劣化する傾向となる。そこで、オゾン濃度が100%に近いオゾンガスを用いることで酸素による酸化の影響を抑制することができる。オゾン濃度100%のオゾンガスを供給するオゾン発生装置としては例えば明電舎製のピュアオゾンジェネレーター(MPOG−SM1C1)が挙げられる。 The ozone supply device 11 supplies ozone gas to the oxidation furnace 13 in which the Ge substrate 2 is stored. Examples of the ozone supply device 11 include an ozone gas cylinder or an ozone generator. The ozone concentration of ozone gas is better as it is closer to 100%. Since ozone gas having a low ozone concentration becomes a mixed gas with oxygen gas, the influence of oxygen gas on Ge oxidation cannot be ignored. That is, since ozone has a stronger oxidizing power than oxygen, it is oxidized at a low temperature. However, when oxygen is present at a low temperature, an oxidation process in which defects are easily formed in the formed GeO 2 film occurs. Thus, the quality of the oxide film obtained tends to deteriorate as the ozone concentration decreases. Then, the influence of oxidation by oxygen can be suppressed by using ozone gas whose ozone concentration is close to 100%. As an ozone generator for supplying ozone gas having an ozone concentration of 100%, for example, a pure ozone generator (MPOG-SM1C1) manufactured by Meidensha may be mentioned.

また、オゾン分子は酸素分子に熱分解するので高温で酸化する場合は、酸化炉13の雰囲気を1000Pa以下(例えば10-2Pa〜1000Pa)の減圧雰囲気とすることで、オゾンのガス流量が十分早くなるので、酸化炉13内での熱分解による酸素分子の発生量を抑えることができる。さらに、オゾン分子の熱分解がほとんど起こらない温度域でも、試料表面での表面反応により発生した酸素は前記真空雰囲気によるガス流によって酸化炉13から除外されるので、酸化炉13内のGe基板2に対して常にフレッシュなオゾンガスを供給できる。 In addition, since ozone molecules are thermally decomposed into oxygen molecules, when oxidizing at a high temperature, the ozone gas flow rate is sufficient by setting the atmosphere in the oxidation furnace 13 to a reduced pressure atmosphere of 1000 Pa or less (for example, 10 −2 Pa to 1000 Pa). Since it becomes quick, the generation amount of oxygen molecules due to thermal decomposition in the oxidation furnace 13 can be suppressed. Further, even in a temperature range where the thermal decomposition of ozone molecules hardly occurs, oxygen generated by the surface reaction on the sample surface is excluded from the oxidation furnace 13 by the gas flow caused by the vacuum atmosphere, so that the Ge substrate 2 in the oxidation furnace 13 is removed. Can always supply fresh ozone gas.

リーク用ガス供給装置12はGe基板2の酸化プロセスを経た酸化炉13に残存するオゾンガスをリーク用ガスによって炉13外に排出するための排気手段である。リーク用ガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス等に例示される不活性ガスが挙げられる。リーク用ガス供給装置12の態様としては、例えば、リーク用ガスを充填したガスボンベや、リーク用ガスを発生させる既知の発生機が挙げられる。   The leak gas supply device 12 is an exhaust means for discharging the ozone gas remaining in the oxidation furnace 13 that has undergone the oxidation process of the Ge substrate 2 to the outside of the furnace 13 by the leak gas. Examples of the leakage gas include inert gases exemplified by nitrogen gas, argon gas and the like. Examples of the leak gas supply device 12 include a gas cylinder filled with the leak gas and a known generator that generates the leak gas.

供給装置11,12から供されたガスはそれぞれ真空対応(<0.1Pa)の配管15,16を介して酸化炉13へ供給するようにする。配管15,16にはガスの流量を調節するバルブV01,V02が設置されている。尚、配管15はオゾンが通過するときにオゾン分解を抑えるため、内面研磨などでオゾン分解を防止する処理が適宜に施される。   The gases supplied from the supply devices 11 and 12 are supplied to the oxidation furnace 13 via the pipes 15 and 16 corresponding to vacuum (<0.1 Pa), respectively. The pipes 15 and 16 are provided with valves V01 and V02 for adjusting the gas flow rate. In addition, in order to suppress ozone decomposition | disassembly when ozone passes through the piping 15, the process which prevents ozone decomposition | disassembly by inner surface grinding | polishing etc. is given suitably.

酸化炉13は酸化処理に供されるGe基板2を格納する。酸化炉13内の処理済みのオゾンガス及びリーク用ガスは配管17から排気ポンプ18によって吸引排気される。配管17にも流量可変バルブまたは開閉バルブ等に例示されるバルブV03が設置される。酸化炉13から排出されたオゾンガスとリークガスとを含んだガスはオゾン分解装置14にて無害化処理された後に大気中に放出される。オゾン分解装置14は酸化炉13から排出されたオゾンガスを酸素に分解する。オゾン分解装置14は半導体製造技術に採用されている既知のオゾン分解装置を適用すればよい。   The oxidation furnace 13 stores the Ge substrate 2 to be subjected to oxidation treatment. The treated ozone gas and leakage gas in the oxidation furnace 13 are sucked and exhausted from the pipe 17 by the exhaust pump 18. The pipe 17 is also provided with a valve V03 exemplified as a variable flow rate valve or an open / close valve. The gas containing the ozone gas and the leak gas discharged from the oxidation furnace 13 is detoxified by the ozonolysis apparatus 14 and then released into the atmosphere. The ozone decomposition device 14 decomposes the ozone gas discharged from the oxidation furnace 13 into oxygen. The ozonolysis apparatus 14 may be a known ozonolysis apparatus employed in semiconductor manufacturing technology.

図2を参照しながら酸化炉13の具体的な実施の態様について説明する。   A specific embodiment of the oxidation furnace 13 will be described with reference to FIG.

酸化炉13は天井部に配管15,16が接続されている。もしオゾンガスとリーク用ガスとを酸化炉13よりも上流側で合流させる場合はオゾンガスと原料ガスの混合ガスを導入するための配管が一つのみ接続される。また、酸化炉13の端部には処理基板であるGe基板2を搬出入するための搬出入口130に一つ以上設けられる。搬出入口130はGe基板2が酸化炉13内に格納された状態で扉部131によって密閉できるようになっている。   The oxidation furnace 13 has pipes 15 and 16 connected to the ceiling. If the ozone gas and the leaking gas are joined upstream of the oxidation furnace 13, only one pipe for introducing a mixed gas of ozone gas and raw material gas is connected. Further, one or more loading / unloading ports 130 for loading / unloading the Ge substrate 2 as a processing substrate are provided at the end of the oxidation furnace 13. The carry-in / out port 130 can be sealed by the door 131 while the Ge substrate 2 is stored in the oxidation furnace 13.

酸化炉13は真空対応の炉となるように形成される。酸化炉13の到達圧力は0.01Pa程度である。酸化炉13には圧力計132を設けるのが望ましい。圧力計132の仕様は測定範囲圧力が0.01Pa〜10000Paに対応しているものを採用するとよい。酸化炉13の炉壁を構成する材料としてはアルミ、SUS、石英ガラスに例示される0.1Paまでの真空状態での使用が可能で酸化しにくい材料が採用される。   The oxidation furnace 13 is formed to be a vacuum-compatible furnace. The ultimate pressure of the oxidation furnace 13 is about 0.01 Pa. The oxidation furnace 13 is desirably provided with a pressure gauge 132. The specification of the pressure gauge 132 may adopt a measurement range pressure corresponding to 0.01 Pa to 10000 Pa. As a material constituting the furnace wall of the oxidation furnace 13, a material that can be used in a vacuum state up to 0.1 Pa exemplified by aluminum, SUS, and quartz glass and is not easily oxidized is employed.

酸化炉13においてGe基板2はサセプタ133上に保持されている。サセプタ133は回転機構や搬送機構によって酸化炉13内を移動可能なるように具備される。サセプタ133は加熱手段によって必要に応じて所定の温度に加熱が可能となっている。そのためにサセプタ133には温度を検知するための熱電対が付帯されている。   In the oxidation furnace 13, the Ge substrate 2 is held on the susceptor 133. The susceptor 133 is provided so as to be movable in the oxidation furnace 13 by a rotation mechanism or a transport mechanism. The susceptor 133 can be heated to a predetermined temperature as required by a heating means. For this purpose, the susceptor 133 is provided with a thermocouple for detecting the temperature.

前記加熱手段としてはサセプタ133に赤外光を照射するための赤外光源134が挙げられる。赤外光源134は酸化炉13外部の下方に配置されている。赤外光源134の赤外光がGe基板2に供されるように酸化炉13の底部には照射窓135が設けられている。照射窓135の材質には石英ガラス、MgF2などに例示される赤外光、可視光を透過するものが適用される。赤外光源134はサセプタ133の熱電対によって検出された温度に基づき照射光量の制御が可能となっている。Ge基板2の加熱温度は高々400℃または300℃を超えないように制御される。例えば、300℃から室温の範囲で制御される。尚、赤外光源134には少なくとも赤外光、可視光の領域の光を含む光を照射する周知の光源を適用すればよい。 Examples of the heating means include an infrared light source 134 for irradiating the susceptor 133 with infrared light. The infrared light source 134 is arranged below the oxidation furnace 13. An irradiation window 135 is provided at the bottom of the oxidation furnace 13 so that the infrared light from the infrared light source 134 is provided to the Ge substrate 2. As the material of the irradiation window 135, a material that transmits infrared light and visible light exemplified by quartz glass and MgF 2 is applied. The infrared light source 134 can control the amount of irradiation light based on the temperature detected by the thermocouple of the susceptor 133. The heating temperature of the Ge substrate 2 is controlled so as not to exceed 400 ° C. or 300 ° C. at most. For example, it is controlled in the range of 300 ° C. to room temperature. As the infrared light source 134, a known light source that emits light including at least infrared light and visible light may be applied.

酸化炉13ではGe基板2上のGeO2膜の製膜プロセス条件(オゾン供給量、プロセス圧力、赤外光光源134の光照射量、プロセス温度(サセプタ133の温度)、排気速度(排気ポンプ18の排気速度))が適宜制御される。 In the oxidation furnace 13, the GeO 2 film forming process conditions (the ozone supply amount, the process pressure, the light irradiation amount of the infrared light source 134, the process temperature (temperature of the susceptor 133), the exhaust rate (exhaust pump 18) on the Ge substrate 2. The exhaust speed) is controlled as appropriate.

図3を参照しながらプロセスシステム1におけるGeO2膜の製膜プロセスの手順にS1〜S8について説明する。 Steps S1 to S8 will be described with reference to FIG. 3 in the process of forming the GeO 2 film in the process system 1.

S1:被処理試料としてGe基板2が載置されたサセプタ133が搬出入口131から酸化炉13内に搬入される。   S1: A susceptor 133 on which a Ge substrate 2 is placed as a sample to be processed is carried into the oxidation furnace 13 through a carry-in / out port 131.

S2:排気ポンプ18によって酸化炉13内が真空引きされる。真空到達度は例えば10-2Pa以下に制御される。空気中の酸素の影響を抑制することができるためである。 S2: The inside of the oxidation furnace 13 is evacuated by the exhaust pump 18. The degree of vacuum is controlled to 10 −2 Pa or less, for example. This is because the influence of oxygen in the air can be suppressed.

S3:赤外光光源134によってサセプタ133を加熱してGe基板2の温度を所定の酸化プロセス温度(300℃以下)に制御する。S3の加熱処理の前にGe基板2の表面のクリーニング処理を行ってもよい(S101)。クリーニング処理用のガスにはリーク用ガス供給装置12から供されたリーク用ガスが利用される。   S3: The susceptor 133 is heated by the infrared light source 134 to control the temperature of the Ge substrate 2 to a predetermined oxidation process temperature (300 ° C. or lower). Before the heat treatment in S3, the surface of the Ge substrate 2 may be cleaned (S101). As the cleaning gas, the leak gas supplied from the leak gas supply device 12 is used.

S4:Ge基板2の温度が所定のプロセス温度(300℃以下〜室温)に安定したらオゾン供給装置11からオゾンガスを酸化炉13に供給して酸化プロセスを開始する。酸化炉13の圧力はバルブV1,V3によって制御される。   S4: When the temperature of the Ge substrate 2 is stabilized at a predetermined process temperature (300 ° C. or lower to room temperature), ozone gas is supplied from the ozone supply device 11 to the oxidation furnace 13 to start the oxidation process. The pressure in the oxidation furnace 13 is controlled by valves V1 and V3.

S5:所定のプロセス時間を経過した時点でオゾン供給装置11からのオゾンガスの供給を停止する。   S5: The supply of ozone gas from the ozone supply device 11 is stopped when a predetermined process time has elapsed.

S6:Ge基板2をその温度が室温に近くなるまで冷却する。   S6: Cool the Ge substrate 2 until its temperature approaches room temperature.

S7:Ge基板2の温度が室温までに低下したらリーク用ガス供給装置12からリーク用ガスを酸化炉13に供給することで炉13内に残存するオゾンガスを排出すると共に炉13の内圧を大気圧に戻す。   S7: When the temperature of the Ge substrate 2 is lowered to room temperature, the leakage gas is supplied from the leakage gas supply device 12 to the oxidation furnace 13, whereby the ozone gas remaining in the furnace 13 is discharged and the internal pressure of the furnace 13 is set to atmospheric pressure. Return to.

S8:酸化炉13の内圧が大気圧と同じなった後にGe基板2を搬出入口131から酸化炉13外に搬出する。   S8: After the internal pressure of the oxidation furnace 13 becomes equal to the atmospheric pressure, the Ge substrate 2 is carried out of the oxidation furnace 13 from the carry-in / out entrance 131.

尚、酸化炉13で後工程(電極蒸着など)を行う場合、S7のリークのステップを実行する前に当該後工程のプロセスを行ってもよい(S102)。但し、オゾンガスを十分に排気してある状態で行わなければならない。オゾンガスは酸化力が強いので残留オゾンガスが電極材質と酸化反応を起こすためである。   In addition, when performing a post process (electrode deposition etc.) in the oxidation furnace 13, you may perform the process of the said post process, before performing the leak step of S7 (S102). However, ozone gas must be exhausted sufficiently. This is because the ozone gas has a strong oxidizing power and the residual ozone gas causes an oxidation reaction with the electrode material.

本実施形態の実施例を以下に示す。   An example of this embodiment is shown below.

図4にノンドープGe(100)に対して表1に示した条件で酸化を行うことで得られたGeO2膜に対するXPS測定によって得られたGe3dスペクトルの特定図を示した。 FIG. 4 shows a specific diagram of a Ge3d spectrum obtained by XPS measurement on a GeO 2 film obtained by oxidizing non-doped Ge (100) under the conditions shown in Table 1.

Figure 2011151228
Figure 2011151228

図4(a)の条件1と条件2の比較を示した特性図によると、30eV付近のピークはGe0+によるもので、Ge(100)基板中のGeからの寄与である、33.5eV付近のピークはGe4+による寄与である。Ge0+ピーク及びGe2+ピークの強度比は、GeO2の膜厚に大きく影響を受ける。図4(a)の特性図では、条件2のGeO2膜厚より条件1のGeO2膜厚が大きいこと示している。つまり、オゾンガスは酸素ガスよりもはるかに酸化速度が速いことを意味している。 According to the characteristic diagram showing the comparison between Condition 1 and Condition 2 in FIG. 4A, the peak near 30 eV is due to Ge0 +, which is a contribution from Ge in the Ge (100) substrate, around 33.5 eV. The peak is due to Ge4 +. Ge0 + peaks and Ge2 + peak intensity ratio of is greatly affected by the film thickness of the GeO 2. The characteristic diagram of FIG. 4 (a), shows that the GeO 2 film thickness conditions than GeO 2 film thickness condition 2 1 is large. That is, ozone gas has a much faster oxidation rate than oxygen gas.

また、図4(b)の特性図によると、条件1のGeO2膜厚より条件3のGeO2の膜厚が大きいことを示しているから、オゾンガスは室温でもGe酸化によってGeO2膜が作製可能で400℃より室温で酸化することで大きい製膜速度が得られることを意味している。また、オゾンガスの圧力は酸素ガスに対して1/100の圧力で用いても、オゾンガスの酸化力が高いことからオゾンガスは酸素ガスに比べてかなり強いGe酸化力を有することがわかる。 Further, according to the characteristic diagram of FIG. 4 (b), because they show that the film thickness of the GeO 2 conditions 3 than GeO 2 film thickness condition 1 is large, the ozone gas is GeO 2 film produced by Ge oxidized at room temperature This means that a large film forming rate can be obtained by oxidizing at 400 ° C. at room temperature. Further, even when the pressure of ozone gas is 1/100 that of oxygen gas, it can be seen that ozone gas has a much stronger Ge oxidizing power than oxygen gas because the oxidizing power of ozone gas is high.

以上のように実施形態1に係るプロセスシステムによれば300℃以下の低温でGe酸化が行える。特に、GeOの蒸発が活発にならない温度域(300℃〜室温)で製膜できることが実験的に確認されている。また、従来の酸素ガス酸化では100気圧(10MPa)必要な場合があったが、1000Pa以下の低圧力でGe酸化膜の作製が行える。そして、この圧力域で製膜が可能であることより、酸化時間の制御が秒精度で行うことができる。また、オゾン濃度100%の高純度オゾンガスを用いることで酸素ガスによる酸化の影響を排除できる。   As described above, according to the process system of the first embodiment, Ge oxidation can be performed at a low temperature of 300 ° C. or lower. In particular, it has been experimentally confirmed that a film can be formed in a temperature range (300 ° C. to room temperature) in which the evaporation of GeO does not become active. Further, in the conventional oxygen gas oxidation, 100 atmospheric pressure (10 MPa) may be required, but a Ge oxide film can be produced at a low pressure of 1000 Pa or less. Since the film can be formed in this pressure range, the oxidation time can be controlled with second accuracy. Moreover, the influence of oxidation by oxygen gas can be eliminated by using high-purity ozone gas having an ozone concentration of 100%.

(実施形態2)
実施形態2ではGe基板に形成されるGeO2膜の膜厚を1nm以下の精度で制御する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the thickness of the GeO 2 film formed on the Ge substrate is controlled with an accuracy of 1 nm or less.

オゾンガスによるGe酸化は室温でも高い製膜速度で酸化が進行する(実施形態1)。特に酸化プロセスの初期ではオゾン分子がGeO2膜中を拡散することなく界面に到達できるために膜成長が著しく早い。したがって、膜厚1nm以下の膜を高い膜厚精度で製膜するのが困難になる。そこで、本実施形態に係るプロセスシステムはGe基板の界面に到達しGeO2膜を成長させるオゾン分子数の数を制限することにより膜成長を制御する。 Ge oxidation with ozone gas proceeds at a high film formation rate even at room temperature (Embodiment 1). In particular, since the ozone molecules can reach the interface without diffusing in the GeO 2 film at the initial stage of the oxidation process, the film growth is extremely fast. Therefore, it becomes difficult to form a film having a thickness of 1 nm or less with high film thickness accuracy. Therefore, the process system according to the present embodiment controls film growth by limiting the number of ozone molecules that reach the interface of the Ge substrate and grow the GeO 2 film.

図5を参照しながら実施形態2に係る酸化炉13の装置構成について説明する
酸化炉13はサセプタ133を室温よりも低温に冷却可能に保持するコールドヘッド51を備えている。本実施形態に係る赤外光光源134は酸化炉13の外部の上方に配置されている。酸化炉13の天井部には赤外光光源134の照射光を炉13内に導入するための照射窓52が設けられている。照射窓52を構成する材料には照射窓135と同仕様のものを適用すればよい。酸化炉13は真空対応圧力の範囲が10-6Paまでとなるように構成される。酸化炉13は実施形態1に係る圧力計132の代わりに前記圧力の高真空の圧力値まで測定できる真空計54を具備する。
The apparatus configuration of the oxidation furnace 13 according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 5. The oxidation furnace 13 includes a cold head 51 that holds the susceptor 133 so that it can be cooled to a temperature lower than room temperature. The infrared light source 134 according to the present embodiment is disposed above the outside of the oxidation furnace 13. An irradiation window 52 for introducing irradiation light of the infrared light source 134 into the furnace 13 is provided on the ceiling portion of the oxidation furnace 13. A material having the same specifications as the irradiation window 135 may be applied to the material constituting the irradiation window 52. The oxidation furnace 13 is configured such that the range of vacuum-compatible pressure is up to 10 −6 Pa. The oxidation furnace 13 includes a vacuum gauge 54 capable of measuring up to the high vacuum pressure value instead of the pressure gauge 132 according to the first embodiment.

Ge基板2の加熱時間は数秒の時間スケールで行うようにしている。また、室温以下の低温の到達温度は低いほどよい。Ge基板2の温度が室温以下の低温にすることでオゾン分子が吸着中に起きる酸化反応を抑えることができる。また、オゾン分子に対するGe基板2の表面の吸着率が上昇し、より表面をオゾンにより覆うことができるようにする。つまり、Ge基板2の温度を室温以下の低温にすることで、オゾン酸化反応性の抑制と、Ge基板2の表面への吸着面積を増やすことできる。   The Ge substrate 2 is heated on a time scale of several seconds. Moreover, the lower the temperature reached at room temperature or lower, the better. When the temperature of the Ge substrate 2 is set to a low temperature of room temperature or lower, the oxidation reaction that occurs during the adsorption of ozone molecules can be suppressed. Moreover, the adsorption rate of the surface of the Ge substrate 2 with respect to ozone molecules is increased so that the surface can be further covered with ozone. That is, the ozone oxidation reactivity can be suppressed and the adsorption area on the surface of the Ge substrate 2 can be increased by setting the temperature of the Ge substrate 2 to a low temperature of room temperature or lower.

また、図6に例示したようにオゾンガスの供給ライン(配管15)をGe基板2の表面近傍まで延長させると、配管15から排出されたオゾガス70を酸化炉13の壁面にあたることなく直接的にGe基板2の表面に到達させることができる。これにより、Ge基板2に対してオゾン分子を確実に吸着させることができる。   Further, as illustrated in FIG. 6, when the ozone gas supply line (pipe 15) is extended to the vicinity of the surface of the Ge substrate 2, the ozone gas 70 discharged from the pipe 15 does not directly hit the wall surface of the oxidation furnace 13. The surface of the substrate 2 can be reached. Thereby, ozone molecules can be reliably adsorbed to the Ge substrate 2.

コールドヘッド51は少なくともマイナス10℃以下の低温まで制御できる冷却機構を備えている。前述の実施形態1の実施例(図4)でオゾンが室温でもGe酸化反応は早く進行することがわかっているのでコールドヘット51の採用で当該酸化反応の進行を「負」に制御できるようにしている。前記冷却機構としては、例えば、不凍液を用いた水冷式や液体窒素を用いた熱接触方式、コンプレッサー等が挙げられる。   The cold head 51 includes a cooling mechanism that can control at least a low temperature of minus 10 ° C. or less. In the example of the first embodiment (FIG. 4), it is known that the Ge oxidation reaction proceeds quickly even when ozone is at room temperature. Therefore, the cold head 51 can be used to control the progress of the oxidation reaction to be “negative”. ing. Examples of the cooling mechanism include a water-cooling system using an antifreeze liquid, a thermal contact system using liquid nitrogen, and a compressor.

一方、本実施形態の酸化炉13ではGe基板2を比較的短時間の間、室温程度に加熱できる機構を設けられることで、基板2の表面に吸着したオゾンを酸化できる時間を制御できるようになっている。酸化炉13においては、基板2及びサセプタ133の表面の加熱機構として赤外光源134が適用されており、サセプタ133の加熱を瞬時的に行えるので、Ge基板2上のGe酸化反応の進行を「正」に制御できる。   On the other hand, the oxidation furnace 13 of the present embodiment is provided with a mechanism capable of heating the Ge substrate 2 to about room temperature for a relatively short time so that the time during which ozone adsorbed on the surface of the substrate 2 can be oxidized can be controlled. It has become. In the oxidation furnace 13, an infrared light source 134 is applied as a heating mechanism for the surfaces of the substrate 2 and the susceptor 133. Since the susceptor 133 can be instantaneously heated, the progress of the Ge oxidation reaction on the Ge substrate 2 is “ It can be controlled positively.

また、酸化炉13の照射窓52と赤外光光源134との間には赤外光光源134から照射された波長400nm以下の光をカットするフィルター53が配置されることで、前記波長以下の光によるGe基板2に対するダメージを抑制できる。   In addition, a filter 53 that cuts light having a wavelength of 400 nm or less emitted from the infrared light source 134 is disposed between the irradiation window 52 of the oxidation furnace 13 and the infrared light source 134, so Damage to the Ge substrate 2 due to light can be suppressed.

以上のように本実施形態のプロセスシステムはGe基板2の温度を低温にすると共に瞬時的に室温程度の温度までに加熱することで酸化炉13のオゾンス圧力及びGe基板2の温度をスケジュール的に変化させることができる。   As described above, the process system of the present embodiment lowers the temperature of the Ge substrate 2 and instantaneously heats it to a temperature of about room temperature, so that the ozone pressure of the oxidation furnace 13 and the temperature of the Ge substrate 2 are scheduled. Can be changed.

図7に示された実施形態2に係るプロセスシステムの酸化炉13におけるGe基板2温度及びオゾンガス圧力の制御のタイムチャートについて図8を参照しながら説明する。   A time chart for controlling the temperature of the Ge substrate 2 and the ozone gas pressure in the oxidation furnace 13 of the process system according to the second embodiment shown in FIG. 7 will be described with reference to FIG.

図7のタイムチャートの縦軸1001は酸化炉13の圧力及びGe基板2の温度を意味する。縦軸1001の圧力及び温度の値は正の方向に増加するように定義されている。同タイムチャートの横軸1007はプロセス経過時間であり、時間の値は正の方向に増加するように定義されている。酸化炉13の圧力1008及びGe基板2の温度1006の時間的変化はそれぞれ点線及び実線で示した。尚、同図に記載の1001〜1008は用語を示す符号であって数値を示すものではない。   The vertical axis 1001 of the time chart of FIG. 7 means the pressure of the oxidation furnace 13 and the temperature of the Ge substrate 2. The pressure and temperature values on the vertical axis 1001 are defined to increase in the positive direction. The horizontal axis 1007 of the time chart is the process elapsed time, and the value of the time is defined to increase in the positive direction. The temporal changes in the pressure 1008 of the oxidation furnace 13 and the temperature 1006 of the Ge substrate 2 are indicated by a dotted line and a solid line, respectively. Note that reference numerals 1001 to 1008 shown in the figure are symbols indicating terms and not numerical values.

先ず、オゾン圧力を10-5Pa以下の圧力にしたまま、図8(a)に示したGe基板2の温度を室温(T=t1)から室温以下の目標温度1003(例えば−10℃以下)まで下げる(T=t2)。ここで10-5Pa以下の圧力は、Ge基板2表面の分子吸着量を1層以下にするために経験式(ラングミュアー平衡吸着)から決めたものである。 First, with the ozone pressure kept at a pressure of 10 −5 Pa or less, the temperature of the Ge substrate 2 shown in FIG. 8A is set to a target temperature 1003 (for example, −10 ° C. or less) from room temperature (T = t1) to room temperature or less. (T = t2). Here, the pressure of 10 −5 Pa or less is determined from an empirical formula (Langmuir equilibrium adsorption) in order to make the molecular adsorption amount on the surface of the Ge substrate 2 1 layer or less.

次に、オゾンガスを供給して徐々に圧力を上げ(T=t3)、到達圧力1004になったら(T=t4)、一定時間保持し真空引きし(T=t5)、再び高真空にする。このとき図8(b)に示したGe基板2の表面にオゾン分子が吸着してオゾン分子層201が形成される。Ge基板2の温度が室温以下の低温なので酸化反応は進行しない。   Next, ozone gas is supplied to gradually increase the pressure (T = t3). When the ultimate pressure 1004 is reached (T = t4), the vacuum is maintained for a certain period of time (T = t5), and the high vacuum is set again. At this time, ozone molecules are adsorbed on the surface of the Ge substrate 2 shown in FIG. Since the temperature of the Ge substrate 2 is a low temperature below room temperature, the oxidation reaction does not proceed.

次に、赤外光光源134によるGe基板2の瞬時的な加熱を開始し(T=t6)、数秒で目標温度1005に到達させ、その後、赤外光光源134からの光照射を遮断してGe基板2の冷却を待機する。瞬時的にGe基板2の温度が上昇したことで、表面吸着したオゾン分子がGe基板2と酸化反応を起こし、図8(c)に示したようにGe基板2の表面に酸化膜層202が形成される。酸化膜層202は表面吸着したオゾン分子のみが酸化に寄与するので膜厚が極めて小さい。オゾン分子の吸着量や瞬時的加熱時間、Ge基板2の温度を変えることで酸化膜層202の膜厚を制御できる。その後は、Ge基板2の温度を上げ始め(t8)、室温まで達したら(t9)、Ge基板2の酸化プロセスの完了である。   Next, instantaneous heating of the Ge substrate 2 by the infrared light source 134 is started (T = t6), the target temperature 1005 is reached in a few seconds, and then the light irradiation from the infrared light source 134 is cut off. Waiting for cooling of the Ge substrate 2. As the temperature of the Ge substrate 2 rises instantaneously, the ozone molecules adsorbed on the surface cause an oxidation reaction with the Ge substrate 2, and the oxide film layer 202 is formed on the surface of the Ge substrate 2 as shown in FIG. It is formed. The oxide film layer 202 has a very small thickness because only ozone molecules adsorbed on the surface contribute to the oxidation. The film thickness of the oxide film layer 202 can be controlled by changing the adsorption amount of ozone molecules, the instantaneous heating time, and the temperature of the Ge substrate 2. Thereafter, the temperature of the Ge substrate 2 starts to be raised (t8), and reaches the room temperature (t9), the oxidation process of the Ge substrate 2 is completed.

以上の段階的な酸化膜の形成を数回行う場合、T=t8で室温への加熱を行わず、T=t3にループする。ループすることにより、Ge基板2の酸化膜層202にオゾン分子を吸着させてオゾン分子層201を形成させることが可能で、それに酸化反応を起こさせることにより、図8(d)に示したように酸化膜層202をさらに増加させることできる。ループは要望の酸化膜厚に応じて任意に複数繰り返し実行される。また、オゾン分子の吸着量や瞬間的加熱時間、Ge基板2の温度はサイクル毎に適宜に調整してもよい。このサイクル数を繰り返すことによりオゾン分子吸着層とGe基板2の表面との距離が大きくなり、酸化に必要な加熱温度や加熱時間はサイクル毎に異なるものとなる。   When the above stepwise oxide film formation is performed several times, heating to room temperature is not performed at T = t8, and a loop is performed at T = t3. By looping, it is possible to adsorb ozone molecules to the oxide film layer 202 of the Ge substrate 2 to form the ozone molecule layer 201. By causing an oxidation reaction thereto, as shown in FIG. In addition, the oxide film layer 202 can be further increased. The loop is repeatedly executed arbitrarily in accordance with a desired oxide film thickness. Further, the adsorption amount of ozone molecules, the instantaneous heating time, and the temperature of the Ge substrate 2 may be appropriately adjusted for each cycle. By repeating this cycle number, the distance between the ozone molecule adsorption layer and the surface of the Ge substrate 2 is increased, and the heating temperature and the heating time necessary for the oxidation are different for each cycle.

したがって、実施形態2に係るプロセスシステムによれば、Ge基板の温度を室温以下の範囲に制御するようにしているので、実施形態1に係るプロセスシステムの効果に加えて、Ge基板2の表面でのオゾン酸化を抑制できる。また、GeOの脱離をさらに抑制できる。さらに、Ge基板2の表面へのオゾン分子の吸着率を上げることができる。特にオゾンガスを供給している時間帯においてGe基板の温度を−10℃以下とすることで、Ge基板の酸化反応の負の制御をより一層確実に行える。一方、赤外光光源によるGe基板2の瞬時的な加熱によれば、当該基板へのダメージを軽減できることに加えて、当該基板の表面に吸着したオゾン分子のみをその表面酸化に寄与させることができる。そして、このことにより、第一層、第二層の成長レベルでGe酸化膜の膜厚制御が行えるようになる。また、段階的製膜の繰返し実行が可能であるので、膜質が良好な状態でGe酸化膜を製膜できる。   Therefore, according to the process system according to the second embodiment, the temperature of the Ge substrate is controlled to be in the range of room temperature or lower. Therefore, in addition to the effect of the process system according to the first embodiment, the surface of the Ge substrate 2 Can suppress ozone oxidation. Further, the desorption of GeO can be further suppressed. Furthermore, the adsorption rate of ozone molecules on the surface of the Ge substrate 2 can be increased. In particular, when the temperature of the Ge substrate is set to −10 ° C. or lower in the time zone in which ozone gas is supplied, negative control of the oxidation reaction of the Ge substrate can be performed more reliably. On the other hand, the instantaneous heating of the Ge substrate 2 by the infrared light source can reduce damage to the substrate and contribute only the ozone molecules adsorbed on the surface of the substrate to the surface oxidation. it can. As a result, the thickness of the Ge oxide film can be controlled at the growth level of the first layer and the second layer. Further, since stepwise film formation can be repeatedly performed, a Ge oxide film can be formed with good film quality.

1…プロセスシステム
2…Ge基板、201…オゾン分子層、202…酸化膜層
11…オゾン供給装置
12…リーク用ガス供給装置
13…酸化炉、133…サセプタ、134…赤外光光源
51…コールドヘッド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Process system 2 ... Ge board | substrate, 201 ... Ozone molecular layer, 202 ... Oxide film layer 11 ... Ozone supply device 12 ... Leak gas supply device 13 ... Oxidation furnace, 133 ... Susceptor, 134 ... Infrared light source 51 ... Cold head

Claims (9)

Ge基板の表面にGe酸化膜を形成する酸化膜形成方法であって、
1000Pa以下の圧力及び300℃以下の基板温度のもとでGe基板にオゾンガスを供して当該基板の表面にGe酸化膜を形成すること
を特徴とする酸化膜形成方法。
An oxide film forming method for forming a Ge oxide film on a surface of a Ge substrate,
A method for forming an oxide film, comprising forming a Ge oxide film on a surface of a Ge substrate by applying ozone gas to the Ge substrate under a pressure of 1000 Pa or less and a substrate temperature of 300 ° C. or less.
室温よりも低温の基板温度のもとで前記基板に前記オゾンガスを供給して当該基板上にオゾン分子層を形成させることを特徴とする請求項1に記載の酸化膜形成方法。   2. The method of forming an oxide film according to claim 1, wherein the ozone gas layer is formed on the substrate by supplying the ozone gas to the substrate at a substrate temperature lower than room temperature. 前記オゾン分子層を形成させた後に前記オゾンガスの供給を遮断させ、その後、前記基板を室温まで加熱することにより前記オゾン分子層によって前記基板の表面を酸化させてGe酸化膜を形成させること
を特徴とする請求項2に記載の酸化膜形成方法。
After the ozone molecular layer is formed, the supply of the ozone gas is interrupted, and then the substrate is heated to room temperature to oxidize the surface of the substrate by the ozone molecular layer to form a Ge oxide film. The method for forming an oxide film according to claim 2.
前記基板の温度が室温まで達した後に前記加熱を遮断して当該基板の温度を室温よりも低温に降下させることを特徴とする請求項3に記載の酸化膜形成方法。   4. The method for forming an oxide film according to claim 3, wherein the heating is interrupted after the temperature of the substrate reaches room temperature, and the temperature of the substrate is lowered to a temperature lower than room temperature. 前記基板の温度を室温よりも低温に降下させた後に当該基板にオゾンガスを再度供給することにより前記Ge酸化膜が形成された基板上にオゾン分子層を形成させてから前記オゾンガスの供給を遮断し、その後、前記基板を室温まで加熱することにより前記基板上にさらにGe酸化膜を形成させる工程を繰り返すことにより当該基板上にGe酸化膜を積層させることを特徴とする請求項4に記載の酸化膜形成方法。   After the temperature of the substrate is lowered below room temperature, ozone gas is supplied to the substrate again to form an ozone molecular layer on the substrate on which the Ge oxide film is formed, and then the ozone gas supply is shut off. 5. The oxidation according to claim 4, wherein the Ge oxide film is laminated on the substrate by repeating the step of further forming a Ge oxide film on the substrate by heating the substrate to room temperature. Film forming method. 前記Ge基板を加熱するための加熱源として赤外光光源を用いることを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の酸化膜形成方法。   The method for forming an oxide film according to claim 3, wherein an infrared light source is used as a heating source for heating the Ge substrate. 前記オゾンガスの供給を遮断させた後に前記基板の温度を室温まで加熱する際の雰囲気は10-5Pa以下の真空雰囲気とすることを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の酸化膜形成方法。 The atmosphere when heating the temperature of the substrate to room temperature after shutting off the supply of the ozone gas is a vacuum atmosphere of 10 -5 Pa or less. Oxide film formation method. 前記基板温度は−10℃以下であることを特徴とする請求項2に記載の酸化膜形成方法。   The method for forming an oxide film according to claim 2, wherein the substrate temperature is −10 ° C. or lower. 前記オゾンガスはオゾン濃度が100%であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の酸化膜形成方法。   The oxide film forming method according to claim 1, wherein the ozone gas has an ozone concentration of 100%.
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