JP2001189278A

JP2001189278A - 表面処理方法及び半導体装置

Info

Publication number: JP2001189278A
Application number: JP37560899A
Authority: JP
Inventors: Ryo Sakamoto; 陵坂本; Ryuichi Toba; 隆一鳥羽; Hiroyuki Ikeda; 弘幸池田
Original assignee: Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-10
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP4110220B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｓｉがドナーとして作用することによるキャ
リアの蓄積及び表面モフォロジーの悪化による特性劣化
のない半導体装置を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板１又はこのＧａＡｓ基板上
に形成した第一のＧａＡｓエピタキシャル下地膜７と、
この基板１又は下地膜７に形成した第二の又はさらに多
数のＧａＡｓエピタキシャル層３及び４を有する半導体
装置であって、基板１又は下地膜７の表面に存在するＳ
ｉ及びＳｉ化合物５を、オゾン水で表面処理した後に、
第二の又はさらに多数のＧａＡｓエピタキシャル層３及
び４を成長させて半導体装置を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体基板
又はこの基板上に形成した一つ以上の化合物単結晶膜の
表面に、ＭＯＣＶＤ法又は他のエピタキシャル成長によ
って化合物の単結晶膜を形成する際に、基板または下地
膜の表面に存在するＳｉ及びＳｉ化合物によるキャリア
の蓄積を防止する表面処理方法及びこの方法により製造
される半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconduc
tor Field Effect Transistor ）やＨＥＭＴ（High Ele
ctron Mobility Transistor ）などの半導体装置におい
ては、半導体として、例えばＧａ（ガリウム）及びＡｓ
（ひ素）を含むＧａＡｓ半導体などの化合物半導体が広
く用いられている。

【０００３】一般に、このような化合物半導体からなる
半導体装置は、化合物半導体から成る基板と、この基板
上に順次重なるように成膜された一つ以上の単結晶膜
と、から構成されている。上記単結晶膜は、ＭＯＣＶＤ
（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法など
のエピタキシャル成長法によって作られ、この方法で作
られた単結晶膜をエピタキシャル層という。

【０００４】上述したような半導体装置においては、通
常、基板とエピタキシャル層との界面や２つの隣接する
再成長エピタキシャル層の界面に、Ｓｉ（シリコン）及
びＳｉ化合物が存在する。Ｓｉ及びＳｉ化合物が存在す
ると、この界面においてＳｉがドナーとして作用し、キ
ャリアの蓄積が発生する。このようなキャリアの蓄積が
発生すると、リーク電流などの原因になり、半導体装置
の特性が劣化してしまう。このため、上述したような半
導体装置においては、Ｓｉがドナーとして作用すること
によるキャリアの蓄積を防止する必要がある。従来か
ら、Ｓｉによるキャリアの蓄積を防止するために、エピ
タキシャル成長を行う直前に、化合物半導体基板又はこ
の基板上に形成した一つ以上の化合物単結晶膜の表面に
所定の表面処理を施す方法が採用されている。

【０００５】このような基板または下地膜の表面処理方
法としては、従来、例えば次のような４つの方法があ
る。先ず、第一の方法は、酸またはアルカリを用いたウ
ェットエッチング処理により、基板又は下地膜の表面に
存在するＳｉ又はＳｉ化合物を除去する方法である（文
献「ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗ
ｔｈ」９１（１９８８），ｐｐ６３２−６３８Ｈ．Ｋ
ａｎｂｅｒｅｔａｌ．参照）。また、第二の方法と
しては、特開平５−１７５１５０号公報に開示されてい
るように、ハロゲン系ガスを用いたガスエッチング処理
によって、基板の表面または下地膜の表面に存在するＳ
ｉ及びＳｉ化合物を除去する方法である。さらに、第三
の方法は、特開平９−３２０９６７号公報及び文献「Ｊ
ｏｕｒｎａｌｏｆＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ」
１３３（１９９３），ｐｐ１２３−１３１Ｓ．Ｉｚｕ
ｍｉに記載されているように、ＵＶ（紫外線）オゾン処
理によって基板の表面又は下地膜の表面に酸化膜を形成
することにより、Ｓｉ及びＳｉ化合物を安定な酸化物と
し、これらが界面に取り込まれたとしても電気的に不活
性にする方法である。これに対して、第四の方法は、メ
トキシ基を含む有機金属によって基板の表面又は下地膜
の表面に酸素を供給することにより、第三の方法と類似
した効果により、界面に取り込まれたＳｉ及びＳｉ化合
物を酸化させて電気的に不活性化する方法である（特開
平１０−１２５５３号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た表面処理方法においては、いずれも以下のような解決
すべき課題がある。先ず、上記第一の方法では、基板又
は下地膜の表面に存在するＳｉ及びＳｉ化合物を除去す
ることは可能であるが、ウェットエッチングにより処理
後の表面が荒れてしまって表面モフォロジーが悪化す
る。また、エッチングに使用する薬液が表面に残留し、
基板又は下地膜表面が汚染されてしまう。また、処理装
置の構成部品及び薬液中のＳｉ分からの再汚染の問題が
あり、この汚染を回避するためには、処理装置及び薬液
供給ラインにＳｉ分を除去する装置を設置する必要があ
る。さらにまた、装置の構成部品にガラスやシリコンゴ
ム等のＳｉを含む部品を使用することができないため、
処理装置が複雑な構成となり、コストが高くなってしま
う。

【０００７】第二の方法では、ガスエッチング処理用の
ハロゲン系ガスなどの導入によって、基板の表面又は下
地膜の表面が汚染されてしまう。また、この方法では、
ガスエッチング処理によって、基板の表面又は下地膜の
表面が荒れるので、基板の表面又は下地膜の表面に形成
されるエピタキシャル層の表面モフォロジーが悪化して
しまう。さらに、この方法では、ガスエッチング処理用
のガスを供給するラインを新たに設置しなければならな
いため、半導体製造装置の構成が複雑になってしまう。

【０００８】さらに、第三の方法では、装置構成が比較
的簡易であり、かつ、オゾンは自然分解するため特殊な
除害設備を必要としないが、ＵＶによるオゾンは、基板
上に存在する酸素をＵＶによりオゾン化させて発生させ
るため、オゾン濃度が低く、また、Ｓｉ及びＳｉ化合物
の不活性化に最適なオゾン量を維持するための酸素量の
制御が難しい。また、この方法では、オゾンが、基板表
面の微少な凹部に進入し難く、基板表面の微少な凹部に
存在するＳｉ及びＳｉ化合物が酸化され難いといった問
題があり、凹部のＳｉ及びＳｉ化合物を完全に酸化する
ために処理時間を長くすると、凹部以外の部分の酸化が
著しく進行してしまう。このため、その上に成長させた
エピタキシャル層の表面モフォロジーが悪化してしま
う。

【０００９】さらに、第四の方法では、第二の方法と同
様に、表面処理用（不活性化用）の有機金属ガスなどに
よって、基板の表面又は下地膜の表面が汚染されてしま
う。また、この方法では、第二の方法と同様に、表面処
理用のガスを供給するためのラインを新たに設置しなけ
ればならないため、半導体製造装置の構成が複雑になっ
てしまう。

【００１０】上記のように、従来技術ではいずれも解決
すべき課題が残されている。従って、この発明は、上記
の点にかんがみ、基板又は下地膜とエピタキシャル層の
界面、又はエピタキシャル層と再成長エピタキシャル層
の界面に存在するＳｉ及びＳｉ化合物のＳｉがドナーと
して作用することによるキャリア蓄積を防止することが
できると共に、表面モフォロジーが悪化することなく、
半導体製造装置の構成を複雑化せずに、かつ、基板の表
面又は下地膜の表面が汚染することが無い表面処理方
法、およびこの表面処理方法を使用して、キャリア蓄積
及び表面モフォロジーの悪化による特性劣化のない半導
体装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の表面処理方法は、化合物半導体基板又はこ
の基板上に形成した一つ以上の化合物単結晶膜の表面
に、次の化合物単結晶膜を形成する際に、化合物半導体
基板表面又はこの基板上に形成した一つ以上の化合物単
結晶膜の表面に存在するＳｉ及びＳｉ化合物を、超純水
中にオゾンを溶存させたオゾン水によって酸化し、電気
的に不活性化することを特徴とする。

【００１２】さらに、この表面処理方法は、化合物半導
体基板表面又はこの基板上に形成した一つ以上の化合物
単結晶膜の表面に、次の化合物単結晶膜を形成する際
に、化合物単結晶膜又はさらに多数の化合物単結晶膜の
形成前に、化合物半導体基板表面又はこの基板上に形成
した一つ以上の化合物単結晶膜の表面に存在するＳｉま
たはＳｉ化合物を、純水中にオゾンを溶存させたオゾン
水によって電気的に不活性化し、かつ、この表面のヘイ
ズが５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

【００１３】また、この表面処理方法は、オゾン水中の
オゾン濃度を０．１ｐｐｍから３０ｐｐｍに設定するこ
とを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の半導体装置は、化合物半
導体基板上に形成した一つ以上の化合物単結晶膜を有す
る半導体装置であって、化合物半導体基板又はこの基板
上に形成した一つ以上の化合物単結晶膜の表面に存在す
るＳｉ及びＳｉ化合物を、上記の表面処理方法によって
処理した後に、次の化合物単結晶膜を形成したことを特
徴とする。

【００１５】さらに、本発明の化合物半導体基板又は半
導体装置は、化合物半導体基板又はこの基板上に形成し
た一つ以上の化合物単結晶膜の表面又は界面において、
Ｓｉ及びＳｉ化合物が酸化されることで電気的に不活性
化されて実質的なキャリヤの蓄積がなく、かつ、表面の
ヘイズが５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

【００１６】本発明の表面処理方法によれば、基板また
はこの基板上に形成した一つ以上の化合物単結晶膜の表
面に存在するＳｉ及びＳｉ化合物が、オゾン水の酸化作
用によって電気的に不活性なＳｉ酸化物に変化する。こ
れにより、基板とエピタキシャル層の界面、またはエピ
タキシャル層とエピタキシャル層の界面におけるキャリ
アの蓄積を防止することができる。

【００１７】また、この表面処理方法によれば、表面モ
フォロジーを悪化させることがなく、表面処理後の基板
表面またはこの基板上に形成した一つ以上の化合物単結
晶膜の表面はヘイズ５０ｐｐｍ以下の平坦度を保持す
る。

【００１８】また、このオゾン水のオゾン濃度が０．１
ｐｐｍから３０ｐｐｍの範囲の場合に、最適な効果を有
する。

【００１９】本発明の半導体装置は、Ｓｉ及びＳｉ化合
物のＳｉがドナーとして作用することによるキャリア蓄
積が無く、表面モフォロジーが悪化しないので、キャリ
アの蓄積及び表面モフォロジーの悪化による特性劣化が
無い。

【００２０】さらに、本発明の化合物半導体基板又は半
導体装置は、Ｓｉ及びＳｉ化合物が酸化されることで電
気的に不活性化されて実質的なキャリヤの蓄積がなく、
かつ、表面のヘイズが５０ｐｐｍ以下であり、キャリア
の蓄積及び表面モフォロジーの悪化による特性劣化が無
い。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の請求項、請求項２
及び請求項３に記載の表面処理方法に係る実施の形態を
詳細に説明する。本発明による一実施形態においては、
化合物半導体基板として、ＧａＡｓ半導体から成るアン
ドープ半絶縁性基板又はこの基板表面に単結晶膜であ
る、ＧａＡｓ化合物のエピタキシャル層を成長させた下
地膜を基板として用いる。

【００２２】上記基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピ
タキシャル成長によって、単結晶膜である、ＧａＡｓ化
合物から成るエピタキシャル層を形成する直前に、オゾ
ン水による酸化処理を行う。

【００２３】このオゾン水は、オゾンガスを超純水中に
０．１ｐｐｍから３０ｐｐｍの濃度の範囲のいずれかの
濃度で溶存させてある。

【００２４】上記基板または下地膜の表面に、このオゾ
ン水を均一に一定時間供給した後、スピンドライ法又は
不活性ガスによるブロードライ法によって乾燥する。

【００２５】つぎに、上記表面処理の終了した基板をＭ
ＯＣＶＤ装置に装填し、一つ又はさらに多数の単結晶膜
である、ＧａＡｓ化合物から成るエピタキシャル層を形
成する。

【００２６】つぎに、本発明である請求項１、請求項２
及び請求項３の表面処理方法の実施の形態の作用につい
て説明する。このオゾン水による酸化処理では、ＵＶオ
ゾン法よりも高濃度のオゾンを基板表面に供給すること
ができる。また、オゾン水が基板表面の微少な凹部にも
速やかに浸入するため、短時間に基板表面に存在するＳ
ｉ及びＳｉ化合物の酸化処理を行なうことができる。こ
れにより、Ｓｉがドナーとして作用することによるキャ
リアの蓄積が無くなり、かつ、基板表面の凹部以外の部
分の著しい酸化を招くことがないので表面モフォロジー
が悪化しない。さらに、表面に強固な酸化膜が形成され
るため、この酸化膜の保護作用により、この処理以後の
製造工程による基板表面の酸化膜の増加も防ぐことが出
来る。

【００２７】さらに、この方法は、基板又はこの基板上
に一つ以上の単結晶膜を形成した下地膜の表面に、超純
水にオゾンを溶存させたオゾン水を、均一に、一定時間
供給した後、この基板をスピンドライ法、または不活性
ガスによるブロードライ法によって乾燥し、ＭＯＣＶＤ
装置に装填するだけであり、また、オゾン水は自然に分
解するため、従来のようなＳｉの汚染を回避するための
処理装置やエッチングガスの供給ラインなどが不要であ
るから、半導体製造装置の構成が複雑化することがな
く、また、基板の表面または下地膜の表面が汚染するこ
とがない。

【００２８】さらに、このオゾン水のオゾン濃度が、
０．１ｐｐｍから３０ｐｐｍの濃度範囲にあると、もっ
とも最適にＳｉ及びＳｉ化合物を酸化することができて
好ましい。すなわち、オゾン水中のオゾン濃度が０．１
ｐｐｍ未満では、オゾンの酸化作用が弱く、Ｓｉ及びＳ
ｉ化合物を酸化することが困難である。また、オゾン濃
度が３０ｐｐｍを越えると、溶存しきれないオゾンが気
泡となって基板上に付着し、酸化が不均一となる。ま
た、このオゾン水処理装置内のバルブやフィルターに気
泡がたまり、装置機能に支障が生ずる可能性があり、好
ましくない。

【００２９】つぎに、本発明の請求項４及び請求項５に
係る半導体装置の実施の形態を図１（ａ）及び（ｂ）に
基づき、実質的に同一又は対応する部材については同一
符号を用いて説明する。図１（ａ）は、化合物半導体基
板の表面に化合物単結晶膜又はさらに多数の単結晶膜を
形成した構造を有する本発明の半導体装置の構造模式図
である。１は半導体アンドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板で
あり、２はこのＧａＡｓ基板１の表面を本発明による請
求項１、請求項２及び請求項３記載の表面処理方法で処
理した表面処理層を表している。この表面処理層２に
は、オゾン水によって酸化された、Ｓｉ及びＳｉ化合物
５が存在しているが電気的に不活性な状態であるため、
Ｓｉ及びＳｉ化合物がドナーとして作用することによる
キャリアの蓄積がなく、リーク電流などの原因にならな
い。また、この表面処理層２の表面６は上記本発明の表
面処理方法で処理しているので、表面モフォロジーが悪
化しておらず、ほぼＧａＡｓ基板１と同等の平坦度を保
っている。すなわち、単結晶膜の成長に有害な基板表面
の凹凸が少ないので、この表面にエピタキシャル成長し
た単結晶膜３は結晶性が良く、単結晶膜３のキャリア移
動度などの電気的特性が悪化することがない。また、凹
凸が少ない基板表面にエピタキシャル成長した単結晶膜
の表面は、表面モフォロジーが悪化しないので、単結晶
膜３の表面も平坦度がよく、さらに多数のエピタキシャ
ル層４を積層しても、これらのエピタキシャル層４のキ
ャリア移動度などの電気的特性が悪化することがない。

【００３０】したがって、基板表面を本発明のオゾン水
による表面処理をしてから、次の化合物単結晶膜を形成
する本発明の半導体装置は、Ｓｉ及びＳｉ化合物がドナ
ーとして作用することによる実質的なキャリアの蓄積が
なく、しかも、表面モフォロジーが良いので、キャリア
の蓄積及び表面モフォロジーの悪化による特性劣化が無
い。なお、上記した実施の形態では、基板を表面処理す
る例について説明したが、必要に応じて、積層したエピ
タキシャル層を成長させる際に、本発明による表面処理
を施しても同等の効果が得られる。

【００３１】図１（ｂ）は、化合物半導体基板表面に形
成した化合物単結晶膜である下地膜の表面に、化合物単
結晶膜又はさらに多数の単結晶膜を形成した構造を有す
る本発明の半導体装置の構造模式図である。１は半導体
アンドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板であり、７はＧａＡｓ
基板１の表面に形成した単結晶膜であり、ＧａＡｓ化合
物のエピタキシャル成長層である下地膜である。２は下
地膜７を本発明による請求項１及び請求項２記載の表面
処理方法で処理した表面処理層を表している。この表面
処理層２には、オゾン水によって酸化された、Ｓｉ及び
Ｓｉ化合物５が存在しているが電気的に不活性な状態で
あるため、Ｓｉ及びＳｉ化合物がドナーとして作用する
ことによるキャリアの蓄積がなく、リーク電流などの原
因にならない。また、この表面処理層２の表面６は上記
本発明の表面処理方法で処理しているので、表面モフォ
ロジーが悪化しておらず、ほぼＧａＡｓ基板１と同等の
平坦度を保っている。すなわち、単結晶膜の成長に有害
な、基板表面の凹凸が少ないので、この表面にエピタキ
シャル成長した単結晶膜３は結晶性が良く、単結晶膜３
のキャリア移動度などの電気的特性が悪化することがな
い。また、凹凸が少ない基板表面にエピタキシャル成長
した単結晶膜の表面は、表面モフォロジーが悪化しない
ので、単結晶膜３の表面も平坦度がよく、さらに多数の
エピタキシャル層４を積層しても、これらのエピタキシ
ャル層４のキャリア移動度などの電気的特性が悪化する
ことがない。

【００３２】したがって、本発明のオゾン水による表面
処理をしてから、次の化合物単結晶膜を形成する本発明
の半導体装置は、Ｓｉ及びＳｉ化合物がドナーとして作
用することによる実質的なキャリアの蓄積がなく、しか
も、表面モフォロジーが良いので、キャリアの蓄積及び
表面モフォロジーの悪化による特性劣化が無い。なお、
上記した実施の形態では、下地膜を表面処理する例につ
いて説明したが、必要に応じて、積層したエピタキシャ
ル層に次のエピタキシャル層を成長させる際に、本発明
による表面処理を施しても同等の効果が得られる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の表面処理方法の実施の効果
を、従来の表面処理方法による実施例と比較しながら説
明する。なお、以下で説明する本発明の実施例や従来の
表面処理方法による比較例は、装置の状態や基板の表面
または下地膜の表面の状態等が同じ状態で実施された。

【００３４】（１）実施例１本実施例１の半導体装置の製造工程を以下に示す。最初
に、化合物半導体基板の表面にオゾン水による表面処理
を施した。基板は、ＧａＡｓ半導体から成るアンドープ
半絶縁性基板を用い、オゾン水による表面処理は下記の
条件Ａを用いた。ここで、処理時間とは基板表面にオゾ
ン水を供給している時間である。条件Ａ：オゾン水中の溶存オゾン濃度・・・１０ｐｐｍ処理時間・・・１分そして、この表面処理が終了後、アンドープ半絶縁性基
板の上に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長に
よって、不純物を含まない約５０００Åの厚さのＧａＡ
ｓエピタキシャル層（以下、「ＧａＡｓバッファ層」と
いう）を形成した。このＧａＡｓバッファ層の形成に用
いた原料ガスは、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）及びＡ
ｓＨ₃である。また、この原料ガスを希釈するためのキ
ャリアガスには、Ｈ₂ガスを用いた。

【００３５】このＧａＡｓバッファ層の形成後、連続し
て、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長によっ
て、ｎ型不純物をドープした約１５００Åの厚さのＧａ
Ａｓエピタキシャル層（以下、「ｎ−ＧａＡｓ層」とい
う）を形成した。この不純物濃度は、約３×１０¹⁷ｃｍ
^-3である。このｎ−ＧａＡｓ層の形成には、原料ガス及
び希釈するためのキャリアガスに、ＧａＡｓバッファ層
を形成する場合と同じガスを用い、ドーパントガスとし
ては、Ｓｉ₂Ｈ₆（ジシラン）を用いた。

【００３６】（２）実施例２本実施例２の半導体装置の製造工程を以下に示す。本実
施例２の製造条件は、表面処理の処理条件を除いて、実
施例１と同じである。すなわち、本実施例では表面処理
に下記の条件Ｂを用いた。この条件Ｂでは、オゾン水中
の溶存オゾン濃度が条件Ａと同じで、処理時間は条件Ａ
の５倍となっている。条件Ｂ：オゾン水中の溶存オゾン濃度・・・１０ｐｐｍ処理時間・・・５分

【００３７】（３）実施例１及び実施例２の比較上述した二つの実施例１及び２によって製造された二つ
の半導体装置について、Ｓｉ（Ｓｉ化合物に含まれるＳ
ｉも含む）の濃度と酸素濃度をＳＩＭＳ(Secondary Ion
Mass Spectroscopy) で分析すると共に、キャリア濃度
をＣＶ法(Capacitance Voltage Method)によって評価し
た。

【００３８】図２及び図３は、それぞれ実施例１及び２
におけるＳｉ濃度と酸素濃度の分析結果とキャリア濃度
の評価結果を示す特性図である。これらの図において、
横軸は、半導体装置の表面（ｎ−ＧａＡｓ層の表面）か
らの深さ（Å）を示し、左側の縦軸は、Ｓｉ濃度と酸素
濃度（ａｔｏｍｓ／ｃｍ³）を示し、右側の縦軸は、キ
ャリア濃度（個／ｃｍ³）を示す。また、特性曲線Ｃ１
１及びＣ２１はそれぞれ実施例１及び２のＳｉ濃度の分
析結果、Ｃ１２及びＣ２２はそれぞれ実施例１及び２の
酸素濃度の分析結果を示し、特性曲線Ｃ１３及びＣ２３
はそれぞれ実施例１及び２のキャリア濃度の評価結果
（ＣＶプロファイル）を示す。

【００３９】図２及び図３に示すように、ＳＩＭＳ測定
結果から、アンドープ半絶縁性基板とＧａＡｓバッファ
層との界面に、Ｓｉ及びＳｉ化合物が多く存在してお
り、同時に酸素も多く存在していることがわかる。一
方、ＣＶ測定結果から、界面にキャリアの蓄積が無いこ
とがわかる。これによって基板上に存在していたＳｉ及
びＳｉ化合物がオゾン水によって酸化され、電気的に不
活性化されていることがわかる。また、実施例１（図
２）と実施例２（図３）の酸素濃度分布の比較から、オ
ゾン水による処理時間を増やしても酸化膜の厚さがほと
んど増加しないことがわかる。

【００４０】（４）比較例１本比較例１の半導体装置の製造工程は、Ｓｉがドナーと
して作用することによるキャリアの蓄積を防止するため
の表面処理方法を除いて、実施例１及び２と同じであ
る。すなわち、本比較例１では、Ｓｉがドナーとして作
用することによるキャリアの蓄積を防止するための表面
処理方法として、前述した従来の第三の方法（ＵＶオゾ
ン処理法）を用いた。この場合、処理条件としては、次
の条件Ｃを用いた。条件Ｃ：ＵＶオゾン処理時間・・・２０分

【００４１】（５）比較例２本比較例２の半導体装置の製造工程は、Ｓｉがドナーと
して作用することによるキャリアの蓄積を防止するため
の表面処理方法を除いて、比較例１と同じである。この
場合、処理条件としては、次の条件Ｄを用いた。条件Ｄ：ＵＶオゾン処理時間・・・１０分

【００４２】（６）比較例３比較例３の半導体装置の製造工程は、Ｓｉがドナーとし
て作用することによるキャリアの蓄積を防止するための
表面処理方法を除いて、実施例１及び２と同じである。
すなわち、本比較例３では、オゾンによる基板表面のＳ
ｉ又はＳｉ化合物の不活性化の効果を確認するため、表
面処理をなにも施さない基板を用いた。

【００４３】（７）比較例１から３と、実施例１から２
との比較比較例１から３におけるＳｉ濃度、酸素濃度、及びキャ
リア濃度を、実施例１から２と同じ方法で分析、評価し
た。比較例１から３及び実施例１から２の表面モフォロ
ジーを、レーザ光散乱を利用して測定した。

【００４４】図４から図６は、比較例１から３における
Ｓｉ濃度と酸素濃度の分析結果と、キャリア濃度の評価
結果を示す特性図である。図において、特性曲線Ｃ３
１、Ｃ４１及びＣ５１はそれぞれ比較例３から５のＳｉ
濃度の分析結果を示し、特性曲線Ｃ３２、Ｃ４２及びＣ
５２はそれぞれ比較例３から５の酸素濃度の分析結果を
示し、特性曲線Ｃ３３、Ｃ４３及びＣ５３はそれぞれ比
較例３から５のキャリア濃度の評価結果を示す。

【００４５】図４に示すように、比較例１では、アンド
ープ半絶縁性基板とＧａＡｓバッファ層との界面に、実
施例１から２と同様にＳｉ及びＳｉ化合物が多く存在
し、酸素も多く存在している。また、界面にキャリアの
蓄積が見られない。これによりＳｉは酸化され不活性化
されていることがわかる。

【００４６】図５に示すように、比較例２ではアンドー
プ半絶縁性基板とＧａＡｓバッファ層との界面に、Ｓｉ
及びＳｉ化合物が比較例１と同様に多く存在している。
しかしながら、この場合には、ＣＶ測定において若干の
キャリアの蓄積が見られる。これは、比較例１に比べ処
理時間が短いため、Ｓｉ及びＳｉ化合物が十分に酸化さ
れていないためである。

【００４７】図６に示すように、比較例３ではアンドー
プ半絶縁性基板とＧａＡｓバッファ層との界面にＳｉ及
びＳｉ化合物が実施例１から２と同様に多く存在してい
る。しかし、この場合は酸素がほとんど存在していな
い。さらに、ＣＶ測定においてキャリアの蓄積が見られ
る。したがって、実施例１から２及び比較例１から２
と、比較例３との比較から、Ｓｉがドナーとして作用す
ることによるキャリア蓄積の防止に、オゾンによる酸化
処理が有効であることがわかる。

【００４８】しかしながら、比較例１から２では、表面
処理方法として、ＵＶオゾン処理法が用いられている。
そのため、実施例１から２に比較して、図４及び図５に
示すように界面の酸素濃度が非常に高くなっている。

【００４９】また、比較例１から２では、表面モフォロ
ジーが悪化している。図７は、実施例１から２と比較例
１から３におけるヘイズ（ｐｐｍ）の測定結果を示す図
である。このヘイズの測定にはテンコール社の商品名
「Surfscan6200」を使用した。図６に示すように、比較
例１から２では半導体装置の表面にヘイズが多く、半導
体装置の表面モフォロジーが悪化している。これは、前
述のようにＵＶオゾン処理では、基板表面の酸化膜が著
しく厚くなるためである。この値が５０ｐｐｍ以下、さ
らに好ましくは１０ｐｐｍ以下であると表面の光沢が保
たれ、高い商品価値を発揮する。これに対し、実施例１
から２ではヘイズが多くなく、本発明の表面処理方法に
よれば、表面モフォロジーが悪化しないことがわかる。

【００５０】以上、本発明の実施形態について詳細に説
明したが、本発明は上述したような実施の形態に限定さ
れるものではない。上述した実施形態においては、化合
物半導体基板として、ＧａＡｓ半導体から成るアンドー
プ半絶縁性基板を用いる場合について説明したが、これ
に限らず、ＧａＡｓ化合物以外の化合物から成る半導
体、たとえばＩｎＰ化合物半導体、ＣｄＴｅ化合物半導
体から成る基板に対して、本発明による表面処理方法を
適用するようにしてもよいことは明らかである。

【００５１】また、上述した実施形態においては、下地
膜として、ＧａＡｓ化合物から成るエピタキシャル層を
用いる場合について説明したが、ＧａＡｓ化合物以外の
化合物から成る半導体、例えばＩｎＰ化合物半導体、Ｃ
ｄＴｅ化合物半導体から成るエピタキシャル層に対し
て、本発明による表面処理方法を適用するようにしても
よいことは明らかである。

【００５２】さらにまた、上述した実施形態において
は、基板または下地膜の表面に形成されるエピタキシャ
ル層として、ＧａＡｓ化合物から成るエピタキシャル層
を用いる場合について説明したが、ＧａＡｓ化合物以外
の化合物から成る半導体、たとえばＩｎＰ化合物半導
体、ＣｄＴｅ化合物半導体から成るエピタキシャル層を
用いるようにしてもよい。

【００５３】さらにまた、本発明は、ＭＥＳＦＥＴ、Ｈ
ＥＭＴ以外の半導体装置にも適用することができると共
に、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形実施可能な
ことは勿論である。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明表面処理方法によれば、基板又は下地膜とエピタキシ
ャル層の界面、又はエピタキシャル層とエピタキシャル
層の界面に存在するＳｉ及びＳｉ化合物のＳｉがドナー
として作用することによるキャリア蓄積を防止でき、表
面モフォロジーが悪化することなく、しかも、半導体製
造装置の構成も複雑化せず、かつ、基板の表面または下
地膜の表面が汚染することも無い。

【００５５】さらに、本発明の半導体装置及び化合物半
導体基板によれば、基板または下地膜の表面或いは一つ
以上の単結晶膜の表面に存在するＳｉ及びＳｉ化合物
が、本発明の表面処理方法で不活性化されているので、
Ｓｉがドナーとして作用することによるキャリアの蓄積
が無く、かつ、表面モフォロジーが悪化しないので、キ
ャリア蓄積及び表面モフォロジーの悪化による特性劣化
のない半導体装置及び化合物半導体基板を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置の構成模式断面図であ
り、（ａ）は化合物半導体基板を用いて形成したもの、
（ｂ）はＧａＡｓ化合物のエピタキシャル層を成長させ
た下地膜を用いて形成したものを示す。

【図２】本発明による表面処理方法の実施例１における
Ｓｉ濃度と酸素濃度の分析結果とキャリア濃度の評価結
果を示す特性図である。

【図３】本発明による表面処理方法の実施例２における
Ｓｉ濃度と酸素濃度の分析結果とキャリア濃度の評価結
果を示す特性図である。

【図４】表面処理方法の比較例１におけるＳｉ濃度と酸
素濃度の分析結果とキャリア濃度の評価結果を示す特性
図である。

【図５】表面処理方法の比較例２におけるＳｉ濃度と酸
素濃度の分析結果とキャリア濃度の評価結果を示す特性
図である。

【図６】表面処理方法の比較例３におけるＳｉ濃度と酸
素濃度の分析結果とキャリア濃度の評価結果を示す特性
図である。

【図７】本発明の実施例１から２と比較例１から３にお
けるヘイズの測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１ＧａＡｓ半導体アンドープ半絶縁性基板２表面処理層３ＧａＡｓ化合物から成るエピタキシャル層４さらに多数のエピタキシャル層５電気的に不活性な状態のＳｉ及びＳｉ化合物６エピタキシャル層に付着する表面７ＧａＡｓ化合物エピタキシャル層を成長した下地膜Ｃ１１実施例１のＳｉ濃度の分析結果Ｃ１２実施例１の酸素濃度の分析結果Ｃ１３実施例１のキャリア濃度の評価結果Ｃ２１実施例２のＳｉ濃度の分析結果Ｃ２２実施例２の酸素濃度の分析結果Ｃ２３実施例２のキャリア濃度の評価結果Ｃ３１比較例３のＳｉ濃度の分析結果Ｃ３２比較例３の酸素濃度の分析結果Ｃ３３比較例３のキャリア濃度の評価結果Ｃ４１比較例４のＳｉ濃度の分析結果Ｃ４２比較例４の酸素濃度の分析結果Ｃ４３比較例４のキャリア濃度の評価結果Ｃ５１比較例５のＳｉ濃度の分析結果Ｃ５２比較例５の酸素濃度の分析結果Ｃ５３比較例５のキャリア濃度の評価結果ＵＶ紫外線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 29/812 (72)発明者池田弘幸東京都千代田区丸の内１丁目８番２号同和鉱業株式会社内Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE46 DB01 4M104 DD22 HH20 5F045 AA04 AB10 AB12 AB23 AC01 AC08 AF04 AF06 BB14 CA06 CA07 DA52 EB13 HA01 HA11 5F102 FA00 GJ05 HC00 HC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体基板表面又はこの基板上に
形成した一つ以上の化合物単結晶膜の表面に、次の化合
物単結晶膜を形成する際に、この化合物単結晶膜の形成前に、上記化合物半導体基板
表面又はこの基板上に形成した一つ以上の化合物単結晶
膜の表面に存在するＳｉまたはＳｉ化合物を、純水中に
オゾンを溶存させたオゾン水によって電気的に不活性化
させることを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】化合物半導体基板表面又はこの基板上に
形成した一つ以上の化合物単結晶膜の表面に、次の化合
物単結晶膜を形成する際に、この化合物単結晶膜の形成前に、上記化合物半導体基板
表面又はこの基板上に形成した一つ以上の化合物単結晶
膜の表面に存在するＳｉまたはＳｉ化合物を、純水中に
オゾンを溶存させたオゾン水によって電気的に不活性化
させ、かつ、この表面のヘイズが５０ｐｐｍ以下である
ことを特徴とする表面処理方法。
【請求項３】前記オゾン水中のオゾンの濃度が０．１
ｐｐｍから３０ｐｐｍの範囲であることを特徴とする、
請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項４】前記化合物半導体基板上に形成した一つ
以上の化合物単結晶膜を有する半導体装置であって、上記化合物半導体基板又はこの基板上に形成した一つ以
上の化合物単結晶膜の表面に存在するＳｉ及びＳｉ化合
物を、請求項１、請求項２及び請求項３記載の表面処理
方法によって処理した後に、次の化合物単結晶膜を形成
したことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】化合物半導体基板又はこの基板上に形成
した一つ以上の化合物単結晶膜の表面又は界面におい
て、Ｓｉ及びＳｉ化合物が酸化されることで電気的に不
活性化されて実質的なキャリヤの蓄積がなく、かつ、表
面のヘイズが５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする化
合物半導体基板又は半導体装置。