JP2704931B2 - 選択成長用マスクの形成方法及びその除去方法 - Google Patents

選択成長用マスクの形成方法及びその除去方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、選択成長用マスクの形
成方法に関し、特に真空一貫プロセスで利用可能な選択
成長用マスクの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、真空一貫プロセスで、GaAs等
の化合物半導体の選択エピタキシャル成長を可能にする
ために、GaN膜や、GaAs酸化膜を選択成長用マス
ク材として用いる方法が知られている。
【0003】GaN膜を用いて選択成長を行う方法は、
GaAs(100)基板を加熱しながら、その表面にク
ラッキングしたアンモニアガスを照射して、極めて膜厚
の薄いGaN膜を形成する。このGaN膜は、電子ビー
ムを照射すると脱離するので、所定の領域に電子ビーム
を走査させてパターニングを行う。この後、トリメチル
ガリウム(TMG)とAs(As4 )等を用いてGaA
sを成長させると、マスク(GaN膜)の開口部にのみ
GaAsが成長するというものである。
【0004】また、GaAs酸化膜を用いる方法は、G
aAs(100)基板表面に酸素を照射しながら、光を
照射して、非常に薄い酸化膜(膜厚1.5nm程度)を
形成し、この酸化膜を電子ビームと塩素ガスとを用いて
パターニングする。この後、トリメチルガリウム(TM
G)とAs(As4 )等を用いてGaAsを成長させる
と、マスク(GaAs酸化膜)の開口部にのみGaAs
が成長するというものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】GaN膜を用いる方法
では、GaNの結晶性が非常に重要で、結晶性が良くな
い場合は、結晶成長に使用される原料ガスに対する耐性
が弱く、選択成長を実現できないという問題点がある。
【0006】また、GaAs酸化膜を用いる方法では、
トリメチルガリウム(TEG)に対する耐性がGaAs
酸化膜が基板温度450℃で失われる。即ち、原料ガス
の種類によっては、選択成長を行うことができないとい
う問題点がある。
【0007】本発明は、真空一貫プロセスに利用可能
で、結晶性の影響を受け難く、どの様な原料ガスに対し
ても必要な耐性を有する選択成長用マスクを形成する方
法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板表面に窒素を含有する原料ガスを照射して前記半導
体基板表面に窒化膜を形成する工程と、前記半導体基板
を酸素及びオゾンの一方の雰囲気下に置き、前記窒化膜
の表面に光を照射して酸化膜を形成する工程と、前記酸
化膜の表面に塩素ガスを照射するとともに、前記酸化膜
の表面の所定領域に電子ビームを照射して前記酸化膜及
び前記窒化膜を選択的に除去する工程とを有することを
特徴とする選択成長用マスクの形成方法が得られる。な
お、酸化膜を形成する工程では、半導体基板に電圧を印
加して加熱することによって酸化膜を形成してもよい。
【0009】また、本発明によれば、Gaを含む化合物
半導体基板の表面に形成されたGaN膜と、該GaN膜
の表面に形成されたGaO1-x x とを有する選択成長
用マスクを除去する方法において、GaO1-x x の表
面にGaを堆積させる工程と、前記化合物半導体基板を
加熱する工程とを含むことを特徴とする選択成長用マス
クの除去方法が得られる。
【0010】
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。初めに、本実施例で使用される装置について図1を
参照して説明する。この装置は、成長室(チャンバー)
101、表面処理室(チャンバー)102、及びエッチ
ング室103を有している。そして、成長室101と表
面処理室102、及び表面処理室102とエッチング室
103とは、それぞれゲートバルブ104a及び104
bで接続されている。これら、成長室101、表面処理
室102、及びエッチング室103は、それぞれ独立し
て真空排気することが可能であり、予め所定の真空度に
まで真空排気されている。
【0011】成長室101の内部には、ヒーター105
を備えた基板ホルダー(図示せず)が設けられている。
また、成長室101を規定する側壁には、Gaセル10
6、Asセル107、ガスノズル108及び109、四
重極質量分析器110、及びRHEED(高速電子線回
折)電子銃111が、基板ホルダーに向けて配設されて
いる。同じく成長室101の側壁には、RHEED電子
銃111に対向するようにRHEEDスクリーン112
が設けられている。
【0012】また、表面処理室102の側壁には、ハロ
ゲンランプ113、酸素導入ノズル114、及び四重極
質量分析器115が設けられ、エッチング室103の側
壁には、電子銃116及び塩素ガス導入ノズル117が
設けられている。
【0013】次に、図1及び図2を参照して本発明の一
実施例を説明する。まず、GaAs(100)基板20
1を成長室101に導入する。GaAs(100)基板
201の表面には、自然酸化膜が形成されているので、
ヒーター105で基板温度を610〜630℃として、
自然酸化膜を除去する。こうして、図2(a)に示すよ
うに清浄な表面を有するGaAs(100)基板201
が得られる。
【0014】次に、基板温度を550℃にまで下げ、基
板201の表面に、ガスノズル108からトリエチルガ
リウム(TEG)を、Asセルから107からAs4
照射する。すると、基板201の表面には、図2(b)
に示すようにGaAsバッファ層202が形成される。
【0015】この後、基板温度を630℃に上げ、Ga
Asバッファ層202の表面をGaリッチな表面とす
る。そして、ガスノズル109からジメチルヒドラジン
を導入し、図2(c)に示すようにGaAsバッファ層
202の表面にGaN膜203を形成する。ここで、G
aN膜203の膜厚は1〜2nm程度とする。
【0016】GaN膜203を形成後、ゲートバルブ1
04aを通して、基板201を成長室101から表面処
理室102へ移す。そして、酸素導入ノズル114から
酸素を導入して、表面処理室102内を酸素圧10Torr
とする。この状態で、GaN膜203の表面にハロゲン
ランプ113からの光を15分間照射する。すると、G
aN膜203の表面は酸化され、図2(d)に示すよう
にGaO1-x x 204が形成される。
【0017】次に、ゲートバルブ104bを通して、基
板201を表面処理室102からエッチング室103へ
移動させる。そして、GaO1-x x 204に、塩素導
入ノズル117からの塩素ガスを照射すると共に、電子
銃116からの電子ビームを照射する。GaO1-x x
204及びGaN膜203は、塩素ガスと電子ビームと
がともに照射された領域のみがエッチングされる。従っ
て、電子ビームを所定の走査パターンで走査させること
により、図2(e)に示すように、GaO1-xx 20
4及びGaN203を選択的にエッチングしてパターン
205を形成することができる。
【0018】パターン205を形成した後、再び基板2
01を成長室101へ移動させる。そして、基板温度を
450℃として、ガスノズル108からトリエチルガリ
ウム(TEG)を、Asセル107からAs4 を照射し
て、GaAs層を成長させる。このとき、GaAsは、
GaAsバッファ層202上のみ成長し、GaO1-x
x 204上では成長しない。このため、成長させたGa
As層は、図2(f)に示すようにパターン205を形
成した部分にのみ成長し、GaAs選択成長層206と
なる。
【0019】最後に、GaO1-x x 204を除去す
る。除去の方法は次のとうりである。まず、Gaセル1
06でメタルGaを蒸発させ、GaO1-x x 204の
表面に照射して数モノレーヤー(5〜15ML)のGa
を堆積させる。その後、基板温度を550℃として、こ
の状態を30分程度保持する。次に、Asセル107か
らAsを照射してAs圧を印加しつつ、基板温度を65
0℃に上げて30分以上保持する。するとGaO1-x
x 204は熱的に分解し蒸発する。こうして、GaO
1-x x 204は完全に除去することができる。なお、
Gaの照射によりGaAs選択成長層206上に堆積し
たGaは、その後のAs照射によりGaAsになるの
で、ここでは問題にならない。
【0020】この様に本実施例では、トリメチルガリウ
ムによる選択成長が可能である。また、GaNの結晶性
によらずに選択成長を行うことができる。
【0021】なお、上記実施例では、ジメチルヒドラジ
ンを用いてGaN膜を形成したが、クラッキングしたア
ンモニアガスや、ラジカル化した窒素等、他の原料ガス
を用いてもよい。また、上記実施例では、GaN膜の表
面を酸化させるために酸素とハロゲンランプを用いた
が、酸素に代えてオゾンガスを用いてもよいし、光酸化
に代えて抵抗加熱により酸化させてもよい。さらに、上
記実施例では、GaO1- x x を除去する際にメタルの
Gaを用いたが、TMGや、TEGなどの有機金属ガス
を用いてもよい。さらにまた、上記実施例では、GaA
s基板を用いたが、その他InP、GaP、Si等、他
の半導体基板に対しても適用することができる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、半導体表面を窒化して
窒化膜を形成し、さらに窒化膜の表面を酸化して酸化膜
を形成して、これら酸化膜及び窒化膜を選択成長用マス
ク材としたことで、半導体原料ガスの種類によらず、ま
た、選択成長用マスク材の結晶性によらず、選択成長を
安定して行うことができる。
【0023】また、本発明によれば、GaO1-x x
びGaNを選択成長用マスク材とした場合に、予めその
表面にGaを堆積した後、加熱するようにしたことで、
マスク材を完全に除去することができる。
【0024】さらに、本発明のマスク形成方法及びその
除去方法は、半導体基板を装置から取り出すこと無く実
施できるので真空一貫プロセスに利用することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例において使用される装置の概略
図である。
【図2】本発明の一実施例の工程図である。
【符号の説明】
101 成長室(チャンバー) 102 表面処理室(チャンバー) 103 エッチング室103 104a,104b ゲートバルブ 105 ヒーター 106 Gaセル 107 Asセル 108 ガスノズル 109 ガスノズル 110 四重極質量分析器 111 RHEED(高速電子線回折)電子銃 112 RHEEDスクリーン 113 ハロゲンランプ 114 酸素導入ノズル 115 四重極質量分析器 116 電子銃 117 塩素ガス導入ノズル 201 GaAs(100)基板 202 GaAsバッファ層 203 GaN膜 204 GaO1-x x 205 パターン 206 GaAs選択成長層

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板表面に窒素を含有する原料ガ
    スを照射して前記半導体基板表面に窒化膜を形成する工
    程と、前記半導体基板を酸素及びオゾンの一方の雰囲気
    下に置き、前記窒化膜の表面に光を照射して酸化膜を形
    成する工程と、前記酸化膜の表面に塩素ガスを照射する
    とともに、前記酸化膜の表面の所定領域に電子ビームを
    照射して前記酸化膜及び前記窒化膜を選択的に除去する
    工程とを有することを特徴とする選択成長用マスクの形
    成方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板の表面に窒素を含有する原料
    ガスを照射して前記半導体基板の表面に窒化膜を形成す
    る工程と、前記半導体基板を酸素及びオゾンの一方の雰
    囲気下に置き、前記半導体基板に電圧を印加することに
    より加熱して前記窒化膜の表面に酸化膜を形成する工程
    と、前記酸化膜の表面に塩素ガスを照射するとともに、
    前記酸化膜の表面の所定領域に電子ビームを照射して前
    記酸化膜及び前記窒化膜を選択的に除去する工程とを有
    することを特徴とする選択成長用マスクの形成方法。
  3. 【請求項3】 Gaを含む化合物半導体基板の表面に窒
    素を含有する原料ガスを照射してGaN膜を形成する工
    程と、前記化合物半導体基板を酸素及びオゾンの一方の
    雰囲気下に置き、前記GaN膜の表面に光を照射してG
    aO1-x x膜を形成する工程と、前記GaO1-x x
    膜の表面に塩素ガスを照射するとともに、前記GaO
    1-x x 膜の表面の所定領域に電子ビームを照射して前
    記GaO1-x x 及び前記GaN膜を選択的に除去する
    工程とを有することを特徴とする選択成長用マスクの形
    成方法。
  4. 【請求項4】 Gaを含む化合物半導体基板の表面に窒
    素を含有する原料ガスを照射してGaN膜を形成する工
    程と、前記化合物半導体基板を酸素及びオゾンの一方の
    雰囲気下に置き、前記化合物半導体基板に電圧を印加す
    ることにより加熱してGaO1-x x 膜を形成する工程
    と、前記GaO1-x x 膜の表面に塩素ガスを照射する
    とともに、前記GaO1-x x 膜の表面の所定領域に電
    子ビームを照射して前記GaO1-x x 及び前記GaN
    膜を選択的に除去する工程とを有することを特徴とする
    選択成長用マスクの形成方法。
  5. 【請求項5】 前記Gaを含む化合物半導体がGaAs
    基板であることを特徴とする請求項3または4の選択成
    長用マスクの形成方法。
  6. 【請求項6】 前記原料ガスが、ジメチルヒドラジン、
    クラッキングしたアンモニアガス、及びラジカル化した
    窒素のうちの一つであることを特徴とする請求項1、
    2、3、4、または5の選択成長用マスクの形成方法。
  7. 【請求項7】 Gaを含む化合物半導体基板の表面に形
    成されたGaN膜と、該GaN膜の表面に形成されたG
    aO1-x x とを有する選択成長用マスクを除去する方
    法において、GaO1-x x の表面にGaを堆積させる
    工程と、前記化合物半導体基板を加熱する工程とを含む
    ことを特徴とする選択成長用マスクの除去方法。
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