JP2004193407A

JP2004193407A - 化合物半導体ウエハの洗浄方法

Info

Publication number: JP2004193407A
Application number: JP2002360761A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takeuchi; 隆竹内; Jiro Wada; 次郎和田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】基板表面に付着・残留するＳｉを除去して、その基板上に製造される化合物半導体素子におけるソース−ドレイン電極間のリーク電流を低減できる化合物半導体ウエハの洗浄方法を提供する。
【解決手段】化合物半導体ウエハ上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる前に、化合物半導体ウエハを洗浄剤にて洗浄する化合物半導体ウエハの洗浄方法において、洗浄剤として、アンモニア水、過酸化水素水、硫酸及び純水の混合溶液を用いる。この洗浄液により、化合物半導体ウエハ表面に残留するＳｉが溶解除去される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：ＨｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに用いられる化合物半導体をエピタキシャル成長させる前に施される化合物半導体ウエハの洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、化合物半導体結晶を用いたＦＥＴやＨＥＭＴ、ＨＢＴは、シリコン半導体に比べて電子移動度が高いため、携帯電話や衛星放送受信器などの高速動作や高効率が要求される高周波機器の増幅器などに幅広く使用されている。
【０００３】
化合物半導体結晶を成長する方法の一つに、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法がある。
【０００４】
ＭＯＶＰＥ法は、ＩＩＩ族有機金属原料ガスとＶ族原料ガスとを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応炉内に導入し、その反応炉内で加熱された基板付近で原料ガスが熱分解され、基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる方法である。
【０００５】
基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウェハ（以下「エピウエハ」という）の代表例として、図２にＨＥＭＴ用エピウエハの断面図を示す。
【０００６】
図２に示すように、ＨＥＭＴ用エピウエハは、半絶縁性基板１上に、高抵抗の単層以上のバッファ層２と、高純度のチャネル層３と、スペーサ層４と、自由電子を発生すると共にチャネル層３に電子を供給するキャリア供給層５と、ショットキー層６と、ソース・ドレイン電極とオーミック接合するコンタクト層７とが順次成長されて構成されている。
【０００７】
バッファ層２は半絶縁性基板１上の残留不純物によるデバイス特性劣化を抑える働きがある。また、スペーサ層４は、チャネル層３を流れる自由電子がキャリア供給層５のｎ型不純物によって散乱されるのを防ぐ働きをもつ。
【０００８】
ＨＥＭＴは、キャリア供給層５に隣接したチャネル層３に二次元電子ガス（２ＤＥＧ：２ＤｉｍｅｎｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＧａｓ）を形成することにより、イオン化不純物散乱を受けにくい高移動度の電子を利用する。
ところで、このＨＥＭＴ用エピウエハは、半絶縁性基板１とエピタキシャル層２〜７との界面に、低抵抗の導電層が存在する。
【０００９】
このようなＨＥＭＴ用エピウエハを用いてＨＥＭＴ等のトランジスタを製造すると、その導電層を通じてソース電極とドレイン電極との間にリーク電流が流れ、トランジスタの電気特性を悪化させる。
【００１０】
この低抵抗の導電層が形成される原因は、大気中など至る所に存在しているシリコン（Ｓｉ）が基板表面に付着・残留しており、このＳｉが成長後もエピタキシャル層−基板界面に存在してｎ型キャリアとなってしまうためである。
【００１１】
このため、従来は、半絶縁性基板上に化合物半導体結晶を成長させる前に、有機溶剤洗浄及びアルカリ洗浄を行う方法（例えば、特許文献１参照。）や、冷却した純水で洗浄する方法（例えば、特許文献２参照。）や、ソフトアルキルベンゼン型陰イオン界面活性剤、混合溶剤、グリコールエーテル類、けい酸ナトリウムおよび水からなる洗浄剤にて洗浄する方法（例えば、特許文献３参照。）により、基板を洗浄している。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２０４４７１号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】
特開平６−７７２０２号公報（第２頁）
【特許文献３】
特開平１０−１１２４５１号公報（第４−６頁、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術は、基板上の酸化膜や有機物、純水分、ワックスなどを除去することはできるが、基板表面に付着・残留するＳｉは除去できず、その基板上に製造される化合物半導体素子におけるソース−ドレイン電極間のリーク電流を低減することはできなかった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、基板表面に付着・残留するＳｉを除去して、その基板上に製造される化合物半導体素子におけるソース−ドレイン電極間のリーク電流を低減できる化合物半導体ウエハの洗浄方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、化合物半導体ウエハ上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる前に、化合物半導体ウエハを洗浄剤にて洗浄する化合物半導体ウエハの洗浄方法において、洗浄剤として、アンモニア水、過酸化水素水、硫酸及び純水の混合溶液を用いる方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、洗浄剤の温度を１℃〜５０℃とし、かつ洗浄時間を１分間〜１５分間とする方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は本発明が適用されるＨＥＭＴの断面構造を示す概略図である。
【００１９】
図１に示すように、ＨＥＭＴは、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１と、この半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に形成されたエピタキシャル層２０とで主に構成されており、そのエピタキシャル層２０は、例えばｕｎ−ＧａＡｓ層１２、Ａｌ_0.22ＧａＡｓ層１３、ｕｎ−Ｉｎ_0.16ＧａＡｓ層１４、ｕｎ−Ａｌ_0.22ＧａＡｓ層１５、ｎ−Ａｌ_0.22ＧａＡｓ層１６、ｕｎ−Ａｌ_0.25ＧａＡｓ層１７、ｎ−ＧａＡｓ層１８が順次積層されて構成されている。そして、そのｎ−ＧａＡｓ層１８上にはソース電極２１及びドレイン電極２３が設けられていると共に、そのｎ−ＧａＡｓ層１８の一部が除去されて露出したｕｎ−Ａｌ_0.25ＧａＡｓ層１７上にゲート電極２２が設けられている。
【００２０】
このようなＨＥＭＴを製造するに際しては、エピタキシャル層２０を成長する前に、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を洗浄剤にて洗浄する。
【００２１】
具体的には、洗浄剤として、アンモニア水（例えば２９％溶液）と過酸化水素水（例えば３１％溶液）と硫酸（例えば９６％溶液）と超純水とを、例えばそれぞれ１０：１：１：１００で混合した溶液を用い、溶液温度を１℃から５０℃の範囲内（例えば２５℃）とし、この洗浄剤に半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を１分間から１５分間の範囲内（例えば１０分間）浸漬させた後、純水にて１分間洗浄し、乾燥させる。
【００２２】
これにより、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１の表面に付着したＳｉが溶解され、残留Ｓｉが除去される。
【００２３】
そして、この溶液処理を行った半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法にてＨＥＭＴ構造のエピタキシャル層２０を成長させる。
【００２４】
図１に示したＨＥＭＴにあっては、ガリウム（Ｇａ）原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルミニウム（Ａｌ）原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、インジウム（Ｉｎ）原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、砒素（Ａｓ）原料としてアルシン（ＡｓＨ₃ ）、ドーピングの原料としてジシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）を用い、各層１２〜１８が表１に示すようなキャリア濃度及び厚さになるように成長させる。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１中、Ａｌ_0.22ＧａＡｓとは、Ａｌ_0.22Ｇａ_0.78Ａｓの略であり、Ａｌ：Ｇａ＝０．２２：０．７８であることを示している。また、「ｎ−」はその結晶がｎ型、「ｕｎ−」はその結晶が半絶縁性であることを示している。
【００２７】
最後に、成長したエピタキシャル層２０の表面に、ソース電極２１、ゲート電極２２及びドレイン電極２３を設け、ＨＥＭＴが製造される。
【００２８】
このように、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１を洗浄してＳｉを除去した後、エピタキシャル層２０を成長することにより、製造されたＨＥＭＴは、エピタキシャル層−基板界面にｎ型キャリアとなるＳｉが存在しないので、ソース−ドレイン電極間のリーク電流が低減される。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明により処理した半絶縁性ＧａＡｓ基板表面のＳｉ濃度と、本発明により洗浄した基板より製造したＨＥＭＴのソース−ドレイン電極間のリーク電流を、従来技術と比較する。
【００３０】
まず、実施例として、本発明により洗浄した半絶縁性ＧａＡｓ基板よりＨＥＭＴを製造し、また比較例として、未処理の半絶縁性ＧａＡｓ基板よりＨＥＭＴを製造し、これらのＨＥＭＴのゲート電極にピンチオフ電圧を印加したときのソース−ドレイン電極間のリーク電流を測定した。さらに、これら実施例と比較例のＳＩＭＳ分析を実施し、エピタキシャル層−基板界面付近のＳｉ濃度を調べた。尚、ＳＩＭＳ分析によるＳｉの検出下限は０．６〜１．０×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｃである。それらの測定結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】

【００３２】
表２に示すように、実施例（混合溶液処理あり）のリーク電流は１３μＡであったのに対して、比較例（未処理）のリーク電流は２１７μＡであった。このことから、実施例は比較例よりも良好な電気特性を得られることが分かる。
【００３３】
また、実施例のエピタキシャル層−基板界面付近のＳｉ濃度が０．７×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｃであったのに対し、比較例のエピタキシャル層−基板界面付近のＳｉ濃度が１．２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｃであった。このことから、本発明により、基板表面のＳｉを大幅に除去できることが分かる。
【００３４】
次に、本発明の最適条件についての根拠を述べる。
【００３５】
混合溶液の混合比を変えた洗浄剤を用意し、各洗浄剤を用いて洗浄した基板から製造されたＨＥＭＴのリーク電流を測定した。その測定結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】

【００３７】
表３に示すように、アンモニア水（２９％溶液）、過酸化水素水（３１％溶液）、硫酸（９８％溶液）、超純水の混合溶液の場合、どの割合においてもソース−ドレイン電極間のリーク電流は良好な結果が得られた。また、ＨＥＭＴの他の電気特性に悪影響が出ることもなく、所望の値が得られた。
【００３８】
特に、混合溶液の割合は、アンモニア水を１０とした場合、過酸化水素水が０．５〜４、硫酸が０．５〜４、超純水が５０〜２００の範囲内のときに、リーク電流が１２μＡから２２μＡの範囲内となり、処理しないものに比べて約１０分の１以下となった。この値は、ＨＥＭＴとして十分な電気特性が得られると思われる。
【００３９】
尚、本実施の形態では、化合物半導体ウエハを基板として使用し、その上にＭＯＶＰＥ法によりエピタキシャル層を成長させる場合について述べたが、本発明は、化合物半導体結晶の成長法、成長品を問わず、全てのエピタキシャル成長に利用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、基板表面に付着・残留するＳｉを除去して、その基板上に製造される化合物半導体素子におけるソース−ドレイン電極間のリーク電流を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＨＥＭＴの断面構造を示す概略図である。
【図２】ＨＥＭＴ用エピウエハの断面図である。
【符号の説明】
１１半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２バッファ層（ｕｎ−ＧａＡｓ層）
１３バッファ層（Ａｌ_0.22ＧａＡｓ層）
１４チャネル層（ｕｎ−Ｉｎ_0.16ＧａＡｓ層）
１５スペーサ層（ｕｎ−Ａｌ_0.22ＧａＡｓ層）
１６キャリア層（ｎ−Ａｌ_0.22ＧａＡｓ層）
１７ショットキー層（ｕｎ−Ａｌ_0.25ＧａＡｓ層）
１８コンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ層）
２０エピタキシャル層

Claims

化合物半導体ウエハ上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる前に、上記化合物半導体ウエハを洗浄剤にて洗浄する化合物半導体ウエハの洗浄方法において、上記洗浄剤として、アンモニア水、過酸化水素水、硫酸及び純水の混合溶液を用いることを特徴とする化合物半導体ウエハの洗浄方法。
上記洗浄剤の温度を１℃〜５０℃とし、かつ洗浄時間を１分間〜１５分間とする請求項１に記載の化合物半導体ウエハの洗浄方法。