JP2750331B2 - エピタキシャル成長用基板およびエピタキシャル成長方法 - Google Patents
エピタキシャル成長用基板およびエピタキシャル成長方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ウェーハ上へのエピタ
キシャル成長技術に関し、特に化合物半導体単結晶ウェ
ーハ上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル成長
法）によりエピタキシャル層を形成する場合に利用して
効果的な技術に関する。
キシャル成長技術に関し、特に化合物半導体単結晶ウェ
ーハ上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル成長
法）によりエピタキシャル層を形成する場合に利用して
効果的な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＭＯＣＶＤ法によって化合物半導
体単結晶ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させた場
合、一定の方向を向いた微小な楕円状の凹凸がウェーハ
上に点在した表面欠陥（以下、涙状欠陥と称する）が生
じるという欠点があった。上記欠点を解決するため、本
出願人は先にＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長法
用基板として、面方位を〈１００〉方向から角度で０．
１〜０．５°傾けたウェーハを用い、かつ基板温度を６
００℃以上７００℃以下の条件でエピタキシャル成長さ
せるという方法の発明を出願した（特開平２−２３９１
８８号）。
体単結晶ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させた場
合、一定の方向を向いた微小な楕円状の凹凸がウェーハ
上に点在した表面欠陥（以下、涙状欠陥と称する）が生
じるという欠点があった。上記欠点を解決するため、本
出願人は先にＭＯＣＶＤ法によるエピタキシャル成長法
用基板として、面方位を〈１００〉方向から角度で０．
１〜０．５°傾けたウェーハを用い、かつ基板温度を６
００℃以上７００℃以下の条件でエピタキシャル成長さ
せるという方法の発明を出願した（特開平２−２３９１
８８号）。
【０００３】面方位を０．１〜０．５°傾けたウェーハ
を用いてエピタキシャル成長させるという上記先願発明
方法にあっては、上述した涙状欠陥を著しく低減させる
ことができるという利点を有している。しかしながら、
本発明者等のその後の研究により、上記先願発明は涙状
欠陥の低減には有効であるものの、面方位がある程度大
きくなるとウェーハ表面にしわ状の欠陥が生じるという
問題があることを見出した。また、上記先願発明におけ
る最小側の条件（０．１°）以下の傾きを持つウェーハ
を用いてエピタキシャル層の成長を行なった場合にも、
涙状欠陥の出ないものがあることを見出した。
を用いてエピタキシャル成長させるという上記先願発明
方法にあっては、上述した涙状欠陥を著しく低減させる
ことができるという利点を有している。しかしながら、
本発明者等のその後の研究により、上記先願発明は涙状
欠陥の低減には有効であるものの、面方位がある程度大
きくなるとウェーハ表面にしわ状の欠陥が生じるという
問題があることを見出した。また、上記先願発明におけ
る最小側の条件（０．１°）以下の傾きを持つウェーハ
を用いてエピタキシャル層の成長を行なった場合にも、
涙状欠陥の出ないものがあることを見出した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な背景の下になされたもので、その目的とするところ
は、ウェーハ表面にエピタキシャル層を気相成長させる
場合において、成長膜の表面に生じる涙状欠陥を大幅に
低減するとともに、成長膜表面の平滑性を向上させるこ
とができるようなエピタキシャル成長方法を提供するこ
とにある。
な背景の下になされたもので、その目的とするところ
は、ウェーハ表面にエピタキシャル層を気相成長させる
場合において、成長膜の表面に生じる涙状欠陥を大幅に
低減するとともに、成長膜表面の平滑性を向上させるこ
とができるようなエピタキシャル成長方法を提供するこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の気
相成長法においてウェーハの表面にしわ状欠陥が現われ
たり現われなかったりする原因および局部的に涙状欠陥
が現われる原因を究明すべく、表面の面方位を〈１０
０〉方向から０．３°以内で種々の角度に傾けたＩｎＰ
ウェーハを用いて、エピタキシャル成長させる実験を繰
り返した。そして、ウェーハ表面の面方位の面内バラツ
キをも考慮して、ウェーハ間および表面各部の面方位と
涙状欠陥との関係を調べた。その結果、成長速度Ｖと成
長温度Ｔをパラメータとしたときの涙状欠陥の現われる
ウェーハ表面の面方位の臨界の傾きは表１のようになる
ことを見出した。
相成長法においてウェーハの表面にしわ状欠陥が現われ
たり現われなかったりする原因および局部的に涙状欠陥
が現われる原因を究明すべく、表面の面方位を〈１０
０〉方向から０．３°以内で種々の角度に傾けたＩｎＰ
ウェーハを用いて、エピタキシャル成長させる実験を繰
り返した。そして、ウェーハ表面の面方位の面内バラツ
キをも考慮して、ウェーハ間および表面各部の面方位と
涙状欠陥との関係を調べた。その結果、成長速度Ｖと成
長温度Ｔをパラメータとしたときの涙状欠陥の現われる
ウェーハ表面の面方位の臨界の傾きは表１のようになる
ことを見出した。
【表１】
【０００６】そこで本発明者等は、上記実験結果から、
成長用基板の面方位の傾きθ（°）と、成長速度Ｖ（μ
ｍ／Ｈｒ）と、成長温度Ｔ（Ｋ）との関係を調べた。そ
の結果、次の実験式を得た。 θ＝０．０１１√Ｖ3＋６．２１×１０20／√Ｔ15 ただし、０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ），８５３≦Ｔ
≦１０２３（Ｋ） また、ウェーハ表面の面方位が〈１００〉方向から０．
２０°以上傾くと、表面にしわ状欠陥が出現し表面モホ
ロジーが劣化することを見出した。
成長用基板の面方位の傾きθ（°）と、成長速度Ｖ（μ
ｍ／Ｈｒ）と、成長温度Ｔ（Ｋ）との関係を調べた。そ
の結果、次の実験式を得た。 θ＝０．０１１√Ｖ3＋６．２１×１０20／√Ｔ15 ただし、０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ），８５３≦Ｔ
≦１０２３（Ｋ） また、ウェーハ表面の面方位が〈１００〉方向から０．
２０°以上傾くと、表面にしわ状欠陥が出現し表面モホ
ロジーが劣化することを見出した。
【０００７】この発明は、上記知見に基づいてなされた
もので、半導体単結晶基板上に気相成長法によりエピタ
キシャル層を成長させるに際し、エピタキシャル成長さ
せるときの成長速度をＶ、成長温度をＴとしたときに、
表面の有効利用領域の〈１００〉方向からの傾きθ
（゜）が、 ０．０１１√Ｖ３＋６．２１×１０２０／√Ｔ１５≦θ＜０．１０‥‥‥（１） である基板を用いることを提案するものである。ただ
し、０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ），８５３≦Ｔ≦１
０２３（Ｋ）、好ましくは０．５≦Ｖ≦１．５（μｍ／
Ｈｒ），８７３≦Ｔ≦９７３（Ｋ）とする。なお、ここ
で基板表面の有効利用領域とは、デバイスとして利用さ
れない鏡面加工の際に基板周縁に生じる縁だれ部分（外
周から約５ｍｍ内側まで）を除いた中央部分を指す。
もので、半導体単結晶基板上に気相成長法によりエピタ
キシャル層を成長させるに際し、エピタキシャル成長さ
せるときの成長速度をＶ、成長温度をＴとしたときに、
表面の有効利用領域の〈１００〉方向からの傾きθ
（゜）が、 ０．０１１√Ｖ３＋６．２１×１０２０／√Ｔ１５≦θ＜０．１０‥‥‥（１） である基板を用いることを提案するものである。ただ
し、０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ），８５３≦Ｔ≦１
０２３（Ｋ）、好ましくは０．５≦Ｖ≦１．５（μｍ／
Ｈｒ），８７３≦Ｔ≦９７３（Ｋ）とする。なお、ここ
で基板表面の有効利用領域とは、デバイスとして利用さ
れない鏡面加工の際に基板周縁に生じる縁だれ部分（外
周から約５ｍｍ内側まで）を除いた中央部分を指す。
【０００８】
【作用】前述した先願発明においては、ウェーハの一部
（例えば中央部）での傾きをもってウェーハ全体の傾き
とみなしていたためそれ以外の部位での傾きが小さいと
局部的に涙状欠陥が出現することがあり、エピタキシャ
ル層の成長面の面方位を０．１゜〜０．５゜傾けること
を条件としていた。そのため、本発明における条件のう
ち最小側の条件（ＩｎＰの場合、成長温度６５０℃で
０．０５５゜以上）を満たしているので涙状欠陥を低減
させることができていたが、本発明によればウェーハの
表面の有効利用領域全域に亘って〈１００〉方向からの
角度が、上記不等式（１）の左項（０．０１１√Ｖ３＋
６．２１×１０２０／√Ｔ１５）で決定される角度θ
（゜）以上傾くように加工されたエピタキシャル成長用
基板を用いているので、より低い条件であっても成長膜
の表面に生じる涙状欠陥を大幅に低減することができ
る。これとともに、本発明によれば最大側の条件を０．
１０゜以下としたので成長膜の表面にしわ状欠陥が現わ
れるのを防止し、これによって成長膜の表面平滑性を向
上させることができる。
（例えば中央部）での傾きをもってウェーハ全体の傾き
とみなしていたためそれ以外の部位での傾きが小さいと
局部的に涙状欠陥が出現することがあり、エピタキシャ
ル層の成長面の面方位を０．１゜〜０．５゜傾けること
を条件としていた。そのため、本発明における条件のう
ち最小側の条件（ＩｎＰの場合、成長温度６５０℃で
０．０５５゜以上）を満たしているので涙状欠陥を低減
させることができていたが、本発明によればウェーハの
表面の有効利用領域全域に亘って〈１００〉方向からの
角度が、上記不等式（１）の左項（０．０１１√Ｖ３＋
６．２１×１０２０／√Ｔ１５）で決定される角度θ
（゜）以上傾くように加工されたエピタキシャル成長用
基板を用いているので、より低い条件であっても成長膜
の表面に生じる涙状欠陥を大幅に低減することができ
る。これとともに、本発明によれば最大側の条件を０．
１０゜以下としたので成長膜の表面にしわ状欠陥が現わ
れるのを防止し、これによって成長膜の表面平滑性を向
上させることができる。
【０００９】なお、成長速度Ｖ（μｍ／Ｈｒ）と、成長
温度Ｔ（Ｋ）を、それぞれ０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈ
ｒ），８５３≦Ｔ≦１０２３（Ｋ）の範囲としたのは、
成長速度Ｖが０．１μｍ／Ｈｒ未満であると、成長時間
が長くなりすぎ原料消費量も多くなるためコストが嵩み
量産性に劣るためである。また、成長速度Ｖが１０μｍ
／Ｈｒを超えると、涙状欠陥以外の表面欠陥（突起等）
が増加して表面モホロジーが劣化するためである。さら
に、成長温度Ｔが８５３Ｋ未満である場合も涙状欠陥以
外の表面欠陥（突起等）が増加して表面モホロジーが劣
化する。また、成長温度Ｔが１０２３Ｋを超えると、基
板の揮発性元素（リン）が抜けて基板表面が荒れてしま
うためである。
温度Ｔ（Ｋ）を、それぞれ０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈ
ｒ），８５３≦Ｔ≦１０２３（Ｋ）の範囲としたのは、
成長速度Ｖが０．１μｍ／Ｈｒ未満であると、成長時間
が長くなりすぎ原料消費量も多くなるためコストが嵩み
量産性に劣るためである。また、成長速度Ｖが１０μｍ
／Ｈｒを超えると、涙状欠陥以外の表面欠陥（突起等）
が増加して表面モホロジーが劣化するためである。さら
に、成長温度Ｔが８５３Ｋ未満である場合も涙状欠陥以
外の表面欠陥（突起等）が増加して表面モホロジーが劣
化する。また、成長温度Ｔが１０２３Ｋを超えると、基
板の揮発性元素（リン）が抜けて基板表面が荒れてしま
うためである。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を、ＩｎＰ基板上へＭＯＣＶＤ
法によりＩｎＰ単結晶膜をエピタキシャル成長させる場
合を例にとって説明する。先ず、ＩｎＰ基板の表面を通
常の方法により鏡面加工し、〈１００〉方向から種々の
傾き（オフアングル）を有する基板を準備した。次に、
各ＩｎＰ基板の表面に、ＭＯＣＶＤ法により種々の成長
条件でＩｎＰエピタキシャル層を３μｍの厚みに成長さ
せた。それから、ウェーハ表面の涙状欠陥の現われてい
る部分と現われていない部分との境界近傍のオフアング
ルを測定した。
法によりＩｎＰ単結晶膜をエピタキシャル成長させる場
合を例にとって説明する。先ず、ＩｎＰ基板の表面を通
常の方法により鏡面加工し、〈１００〉方向から種々の
傾き（オフアングル）を有する基板を準備した。次に、
各ＩｎＰ基板の表面に、ＭＯＣＶＤ法により種々の成長
条件でＩｎＰエピタキシャル層を３μｍの厚みに成長さ
せた。それから、ウェーハ表面の涙状欠陥の現われてい
る部分と現われていない部分との境界近傍のオフアング
ルを測定した。
【００１１】なお、このＭＯＣＶＤ法によるエピタキシ
ャル成長ではIII族原料としてトリメチルインジウムを
用い、これを１．２×１０-6mol／分の流量で流すとと
もに、Ｖ族原料にはホスフィン（ＰＨ3）を用い、これ
を１．２×１０-3mol／分の流量で流し、成長室内圧力
７６Torrの条件で減圧成長を行なった。このとき、エピ
タキシャル層の成長速度は１μｍ／時間で、成長温度は
６２５℃であった。
ャル成長ではIII族原料としてトリメチルインジウムを
用い、これを１．２×１０-6mol／分の流量で流すとと
もに、Ｖ族原料にはホスフィン（ＰＨ3）を用い、これ
を１．２×１０-3mol／分の流量で流し、成長室内圧力
７６Torrの条件で減圧成長を行なった。このとき、エピ
タキシャル層の成長速度は１μｍ／時間で、成長温度は
６２５℃であった。
【００１２】上記のようにして気相成長されたＩｎＰ基
板の表面を微分干渉顕微鏡で観察して、表面欠陥（涙状
欠陥）の密度を測定した結果を図１に示す。図１は表面
欠陥密度を縦軸に、また基板表面の面方位の傾き（オフ
アングル）を横軸にとって示してある。ただし、図１に
は面方位の面内バラツキが±０．００５°以内であった
もののみを示してある。図１より、オフアングルが０．
０５５°以内の基板の表面に形成されたエピタキシャル
成長層の涙状欠陥密度は５×１０3〜４×１０4cm-2であ
るが、０．０５５°〜０．２０°のオフアングルの基板
では、涙状欠陥は発生していないことが分かる。また、
成長速度Ｖと成長温度Ｔをパラメータとしたときの涙状
欠陥の現われるウェーハ表面の面方位の臨界のオフアン
グルは表１のごとくであった。
板の表面を微分干渉顕微鏡で観察して、表面欠陥（涙状
欠陥）の密度を測定した結果を図１に示す。図１は表面
欠陥密度を縦軸に、また基板表面の面方位の傾き（オフ
アングル）を横軸にとって示してある。ただし、図１に
は面方位の面内バラツキが±０．００５°以内であった
もののみを示してある。図１より、オフアングルが０．
０５５°以内の基板の表面に形成されたエピタキシャル
成長層の涙状欠陥密度は５×１０3〜４×１０4cm-2であ
るが、０．０５５°〜０．２０°のオフアングルの基板
では、涙状欠陥は発生していないことが分かる。また、
成長速度Ｖと成長温度Ｔをパラメータとしたときの涙状
欠陥の現われるウェーハ表面の面方位の臨界のオフアン
グルは表１のごとくであった。
【００１３】さらに、上記実施例により得られたエピタ
キシャル層について顕微鏡観察を行なったところ、ウェ
ーハ表面の面方位が〈１００〉方向から０．２０°を超
えて傾いていた基板では、表面にしわ状欠陥が出現し表
面モホロジーが劣化していたが、オフアングルが０．０
８°以内の基板では、しわ状欠陥が出現せず、表面モホ
ロジーが良好であることを確認した。一方、面方位の面
内バラツキが±０．００５°以上の基板を用いたエピタ
キシャル成長では、オフアングルが小さい部位で成長膜
表面に局部的に涙状欠陥が出現していた。
キシャル層について顕微鏡観察を行なったところ、ウェ
ーハ表面の面方位が〈１００〉方向から０．２０°を超
えて傾いていた基板では、表面にしわ状欠陥が出現し表
面モホロジーが劣化していたが、オフアングルが０．０
８°以内の基板では、しわ状欠陥が出現せず、表面モホ
ロジーが良好であることを確認した。一方、面方位の面
内バラツキが±０．００５°以上の基板を用いたエピタ
キシャル成長では、オフアングルが小さい部位で成長膜
表面に局部的に涙状欠陥が出現していた。
【００１４】なお、表１には成長温度をそれぞれ６００
℃，６５０℃，７００℃、また成長速度を０．３μｍ／
Ｈｒ，１．０μｍ／Ｈｒ，２．０μｍ／Ｈｒとしてエピ
タキシャル成長させたときの結果を示したが、成長条件
はこれに限定されず、成長温度Ｔは８５３≦Ｔ≦１０２
３（Ｋ）好ましくは８７３≦Ｔ≦９７３（Ｋ）の範囲、
成長速度Ｖは０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ）好ましく
は０．５≦Ｖ≦１．５（μｍ／Ｈｒ）の範囲でよい。ま
た、上記実施例ではＩｎＰ基板上にＩｎＰ層をエピタキ
シャル成長させる場合を例にとって説明したが、この発
明はＩｎＰ基板のみでなく、ＧａＡｓ等他の化合物半導
体基板におけるエピタキシャル層の気相成長に適用でき
る。さらに、エピタキシャル層の成長方法はＭＯＣＶＤ
法に限定されず、クロライドＣＶＤ、ハイドライドＣＶ
Ｄその他の気相成長方法にも適用することができる。
℃，６５０℃，７００℃、また成長速度を０．３μｍ／
Ｈｒ，１．０μｍ／Ｈｒ，２．０μｍ／Ｈｒとしてエピ
タキシャル成長させたときの結果を示したが、成長条件
はこれに限定されず、成長温度Ｔは８５３≦Ｔ≦１０２
３（Ｋ）好ましくは８７３≦Ｔ≦９７３（Ｋ）の範囲、
成長速度Ｖは０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ）好ましく
は０．５≦Ｖ≦１．５（μｍ／Ｈｒ）の範囲でよい。ま
た、上記実施例ではＩｎＰ基板上にＩｎＰ層をエピタキ
シャル成長させる場合を例にとって説明したが、この発
明はＩｎＰ基板のみでなく、ＧａＡｓ等他の化合物半導
体基板におけるエピタキシャル層の気相成長に適用でき
る。さらに、エピタキシャル層の成長方法はＭＯＣＶＤ
法に限定されず、クロライドＣＶＤ、ハイドライドＣＶ
Ｄその他の気相成長方法にも適用することができる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、半導
体単結晶基板上に気相成長法によりエピタキシャル層を
成長させるに際し、エピタキシャル成長させるときの成
長速度をＶ、成長温度をＴとしたときに、表面の有効利
用領域の〈１００〉方向からの傾きθ（゜）が、 ０．０１１√Ｖ３＋６．２１×１０２０／√Ｔ１５≦θ＜０．１０ ただし、０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ），８５３≦Ｔ≦１０２３（Ｋ） である基板を用いるようにしたので、成長膜の表面に生
じる涙状欠陥を大幅に低減することができるとともに、
しわ状欠陥の発生を防止し、成長膜表面の平滑性を向上
させることができるという効果がある。
体単結晶基板上に気相成長法によりエピタキシャル層を
成長させるに際し、エピタキシャル成長させるときの成
長速度をＶ、成長温度をＴとしたときに、表面の有効利
用領域の〈１００〉方向からの傾きθ（゜）が、 ０．０１１√Ｖ３＋６．２１×１０２０／√Ｔ１５≦θ＜０．１０ ただし、０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ），８５３≦Ｔ≦１０２３（Ｋ） である基板を用いるようにしたので、成長膜の表面に生
じる涙状欠陥を大幅に低減することができるとともに、
しわ状欠陥の発生を防止し、成長膜表面の平滑性を向上
させることができるという効果がある。
【図１】本発明を適用して作成したＩｎＰ基板の面方位
の傾きとエピタキシャル成長層の表面の涙状欠陥密度と
の関係を示す図である。
の傾きとエピタキシャル成長層の表面の涙状欠陥密度と
の関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 修仁 埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号 日 本鉱業株式会社内 (72)発明者 池田 英治 埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号 日 本鉱業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 化合物半導体単結晶ウェーハの表面の
〈１００〉方向からの傾きをθ（゜）、またエピタキシ
ャル成長させるときの成長速度をＶ、成長温度をＴとし
たときに、ウェーハ表面の有効利用領域全域に亘って、 ０．０１１√Ｖ３＋６．２１×１０２０／√Ｔ１５≦θ＜０．１０ ただし、０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ），８５３≦Ｔ≦１０２３（Ｋ） なる条件を満たすことを特徴とするエピタキシャル成長
用基板。 - 【請求項２】 半導体単結晶基板上に気相成長法により
エピタキシャル層を成長させるに際し、エピタキシャル
成長させるときの成長速度をＶ、成長温度をＴとしたと
きに、表面の有効利用領域の〈１００〉方向からの傾き
θ（゜）が、 ０．０１１√Ｖ３＋６．２１×１０２０／√Ｔ１５≦θ＜０．１０ ただし、０．１≦Ｖ≦１０（μｍ／Ｈｒ），８５３≦Ｔ≦１０２３（Ｋ） である基板を用いることを特徴とするエピタキシャル成
長方法。
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