JPH01184815A - 半導体ウエハ及びその製造方法 - Google Patents

半導体ウエハ及びその製造方法

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JPH01184815A
JPH01184815A JP63003803A JP380388A JPH01184815A JP H01184815 A JPH01184815 A JP H01184815A JP 63003803 A JP63003803 A JP 63003803A JP 380388 A JP380388 A JP 380388A JP H01184815 A JPH01184815 A JP H01184815A
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JP
Japan
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silicon
buffer layer
semiconductor
layer made
gaas
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JP63003803A
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Kuninori Kitahara
邦紀 北原
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 シリコン半導体基板上にシリコンを除く半導体からなる
単結晶半導体層をエピタキシャル成長させてなる半導体
ウェハ及びその製造方法の改頁に関し、 従来の二段階結晶成長方法を改良して、転位密度を充分
に低減させ、良質のシリコン以外の半導体/シリコンか
らなる半導体ウェハが得られるようにすることを目的と
し、 シリコン半導体基板上にシリコン・バッファ層とシリコ
ンを除く半導体からなるバッファ層と該シリコンを除く
半導体からなるバッファ層と同材質の単結晶半導体層と
が順に積層されてなるよう構成し、また、シリコン半導
体基板上に多結晶状或いはアモルファス状のシリコンか
らなるバッファ層を形成する工程と、次いで、多結晶状
或いはアモルファス状のシリコンを除く半導体からなる
バッファ層を形成する工程と、次いで、前記シリコン・
バッファ層及びシリコンを除く半導体からなるバッファ
層を形成した際の温度よりも高い温度で該シリコンを除
く半導体からなるバッファ層と同材質の単結晶半導体層
を形成する工程とが含まれてなるよう構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、シリコン半導体基板上にシリコンを除く半導
体からなる単結晶半導体層をエピタキシャル成長させて
なる半導体ウェハ及びその製造方法の改良に関する。
〔従来の技術〕
近年、シリコン半導体基板上に例えばGaAsなと化合
物半導体をエピタキシャル成長させる試みが盛んである
これは、現在、シリコン半導体を製造する技術が確立さ
れ、極めて良質の基板が安価に供給され得る状態にある
こと、シリコン半導体基板の熱伝導性が良好であること
に起因し放熱効率が改善されること、GaAs系及びシ
リコン系のモノリシック集積回路装置を実現できること
などが可能となるからである。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記したように、シリコン半導体基板上にGaAs層を
エピタキシャル成長させたウェハを作成する場合、シリ
コンとGaAsとは格子定数に4〔%〕の相違が見られ
ることから、GaAs層中にミスフィツト転位が発生す
る旨の問題がある。
一般に、ミスフィツト転位は、格子不整合を緩和する為
、自然に発生するものであり、格子定数のずれを基にし
て単純に転位密度を計算して見ると1012(cm−”
) ニも達する。
通常、シリコン半導体基板上にGaAs層をエピタキシ
ャル成長させる際には、有機金属化学気相成長(met
a、lorganic  chemical  vap
or  deposition:MOCVD)法が多用
されている。
第2図はMOCVD法を適用してシリコン半導体基板に
GaAs層をエピタキシャル成長させる場合について説
明する為の半導体ウェハの要部切断側面図を表している
図示の半導体ウェハを得るには、 (1)  シリコン半導体基板l上に温度400(’C
)〜450(’C)の低温で多結晶状或いはアモルファ
ス状のGaAsバッファ層2を厚さ約lO(nm)程度
に成長させる。
(2)次いで、温度700(’C)〜750(t’)の
高温で単結晶のGaAs層3を例えば約3〔μm〕程度
に成長させる。
なる二段階の工程を採っている。
このようにすると格子定数のずれが緩和され、ミスフィ
ツト転位の発生が抑制されることは事実であり、現在、
他の技術と併用することで、転位密度が10’  (a
m−”)のオーダーまで低減される状態にある。尚、こ
の程度の転位密度は分子線エピタキシャル成長(mol
ecular  beam  apitaxy:MBE
)法を実施する場合に於いても達成されている。
然しなから、前記したように、転位密度が低減されても
、実際の半導体装置に要求される品質に程遠い状態であ
り、より一層の改善が希求されている。
本発明は、従来の二段階結晶成長方法を改良して、転位
゛密度を充分に低減させ、良質のシリコン以外の半導体
/シリコンからなる半導体ウェハを、得ようとする。
〔課題を解決するための手段〕
前記説明した二段階結晶成長方法で転位密度が低減され
る理由は未だ不分明であるが、温度を上昇させる過程に
於いて、多結晶状或いはアモルファス状のGaAsバッ
ファ層2が固相成長と同様にして単結晶化し、その過程
途上で、転位が結晶表面方向に伝播するのを防止するメ
カニズムが存在するものと考えられている。
然しなから、この技術に於いては、シリコンとGaAs
との格子定数の差を緩和させる機構が存在せず、従って
、ミスフィツト転位そのものを抑制することはできない
そこで、本発明に依る半導体ウェハ及びその製造方法で
は、シリコン半導体基板(例えばシリコン半導体基板1
)上にシリコン・バッファ層(例えばシリコン・バッフ
ァ層4)とシリコンを除く半導体からなるバッファ層(
例えばGaAsバッファ層2)と該シリコンを除く半導
体からなるバッファ層と同材質の単結晶半導体層(例え
ば単結晶GaAsバッファ層3)とが順に積層されてな
るよう構成し、また、シリコン半導体基板上に多結晶状
或いはアモルファス状のシリコンからなるバッファ層を
形成する工程と、次いで、多結晶状或いはアモルファス
状のシリコンを除く半導体からなるバッファ層を形成す
る工程と、次いで、前記シリコン・バッファ層及びシリ
コンを除く半導体からなるバッファ層を形成した際の温
度よりも高い温度で該シリコンを除く半導体からなるバ
ッファ層と同材質の単結晶半導体層を形成する工程とが
含まれてなるよう構成する。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、格子不整合に起因する歪の
緩和は、シリコンを除く半導体からなるバッファ層中の
みならず、シリコン・バッファ層中でも行われることに
なり、これに依り、転位密度を二指以上も低減させるこ
とができ、半導体発光装置やヘテロ接合を有するトラン
ジスタなどの製造が大変容易となる。
〔実施例〕
第1図は本発明一実施例の要部切断側面図を表し、第2
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは
同じ意味を持つものとする。
本実施例が第2図について説明した従来の技術と相違す
る点は、シリコン半導体基板l上に多結晶状或いはアモ
ルファス状のシリコン・バッファ層4を形成し、その上
に多結晶状或いはアモルファス状のGaAsバッファ層
2及び単結晶のGaAs層3を順に成長させたことであ
る。
ここで、第1図に見られる半導体ウェハを製造する場合
について説明しよう。
+1)  シリコン半導体基板1をフッ酸(HF)溶液
中に浸漬して表面酸化膜を除去し、乾燥後、直ちに成長
炉中に収容する。
(2)  シリコン半導体基板lを水素(H2)雰囲気
中で温度を900(’C)乃至1000(℃)とし、ま
た、時間を10(分〕乃至30〔分〕として熱処理を行
い、その後、温度を低下させて200(℃)乃至600
(’C)とする。
(3)  温度が安定してからモノシラン(SiH4)
を流し、所謂、MOCVD法にて多結晶状或いはアモル
ファス状のシリコン・バッファ層4を厚さ例えば5〜1
0100(nの範囲で成長させる。このシリコン・バッ
ファ層4を余り厚く成長させた場合には後に単結晶化さ
せることができず、また、薄くし過ぎるとバッファ効果
が得られない。
(4)そのままの温度、或いは、200(、’C)乃至
600(”c)の範囲で適宜に選択した温度に設定し直
してから、アルシン(AsH3)とトリメチルガリウム
(TMG:  (CH3)aGa)とを流し、同じく、
MOCVD法にてGaAsバッファ層2を厚さ例えば5
〜10100(nの範囲で成長させる。
(5)温度を600(”C)乃至800(’C)の高温
にし、ソース・ガスは工程(4)と同様に選択し、MO
CVD法にて単結晶のGaAs層3を厚さ例えば0.3
〜4〔μm〕程度に成長させる。
尚、この段階で、シリコン・バッファ層4及びGaAs
バッファ層2の再結晶化が行われる。
ところで、前記工程を実施するに際しては、転位密度の
低減を図る為、温度の上昇速度、単結晶GaAs層3を
成長させるタイミング、シリコン半導体基Fi1に於け
る面方位の選定や表面処理などの最適が必要である。例
えば、工程(5)に於いて、単結晶のGaAs層3を成
長する際、同時にシリコン・バッファ層4とGaAsバ
ッファ層2とを自然に再結晶化することが結晶性改善の
重要なポイントとなるが、温度を上昇させた後に直ちに
単結晶のGaAs層3を成長させることはせずに、しば
らくの間、再結晶化が進行するのを待つことが有効な場
合もある。
前記した製造工程に、従来から有効とされている手段、
例えばシリコン半導体基板lの面を面指数(100)の
面から数度傾ける(要すれば、T。
Ueda、  S、  N15ht、M、  Akiy
amaand   K、  Kaminishi  r
Jpn、  J。
Appl、Phys、25  (1986)L789J
参照) 、1nGaAs/GaAsPの超格子を介挿す
る(要すれば、T、NishN15hi、K。
Mizuguchi、N、Hayafujiand  
T、Murotani rJpn、J、Appl、Ph
ys、26 (1987)L1141J参照)、結晶成
長途上或いは成長後にアニールする(要すれば、J、W
、Lee、H,5hichijo、H,L、Tsai 
 and  R,r、Matyi rAppl、Phy
s、Lett、50(19B?)31J参照)などの技
術を併用することで、更に転位密度の低減を図ることが
できる。
前記したところは、発明の要旨を変更することなく他に
種々の改変を実施することができる。
例えば、前記MOCVD法を実施する際に用いたソース
・ガスは他のそれに代替することは容易であり、例えば
、モノシランは四塩化シリコンにすると成長の安全性を
向上することができ、TMGは例えばトリエチルガリウ
ム(TEG:  (C2H5)3Ga)にするとGaA
s層の純度を向上することができる。
また、本発明に依る三段階結晶成長方法は、前記説明し
たMOCVD法のみならず、MBE法についても適用す
ることができ、その場合、前記工程(3)乃至(5)は
両者とも同じであるが、唯、成長原料が異なること、ま
た、成長温度が低いことの点で相違し、特に、多結晶状
或いはアモルファス状の層は室温でも成長可能になる。
この場合に於ける主要データを例示すると、 成長原料:As、Ga、Si バッファN4及び2の成長温度:室温以上単結晶G、a
 A s層の成長温度:500(”C)以上である。
前記何れの場合にも、シリコン半導体基板上に単結晶G
aAs層を成長させることについて説明したが、他の化
合物半導体層或いはゲルマニウム(Ge)層を成長させ
る場合についても実施することができる。
〔発明の効果〕
本発明に依る半導体ウェハ及びその製造方法に於いては
、シリコン半導体基板上にシリコン・バッファ層、シリ
コンを除く半導体からなるバッファ層、該シリコンを除
く半導体と同材質の単結晶半導体層を順に形成するよう
にしている。
前記構成を採ることに依り、格子不整合に依る歪の緩和
は、シリコンを除く半導体からなるバッファ層中のみな
らず、シリコン・バッファ層中に於いても行われること
になり、これに依り、転位密度を二指以上も低減させる
ことが可能になり、半導体発光装置やヘテロ接合を有す
るトランジスタなどの製造が大変容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例の要部切断側面図、第2図は従
来例の要部切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、1はシリコン半導体基板、2は多結晶状或
いはアモルファス状のGaAsバッファ層、3は単結晶
のGaAs層、4は多結晶状或いはアモルファス状のシ
リコン・バッファ層をそれぞれ示している。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司 代理人弁理士  渡 邊 弘 − 一実施例の要部切断側面図 第1図 従来例の要部切断側面図 第2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン半導体基板上にシリコン・バッファ層と
    シリコンを除く半導体からなるバッファ層と該シリコン
    を除く半導体からなるバッファ層と同材質の単結晶半導
    体層とが順に積層されてなることを特徴とする半導体ウ
    ェハ。
  2. (2)シリコン半導体基板上に多結晶状或いはアモルフ
    ァス状のシリコンからなるバッファ層を形成する工程と
    、 次いで、多結晶状或いはアモルファス状のシリコンを除
    く半導体からなるバッファ層を形成する工程と、 次いで、前記シリコン・バッファ層及びシリコンを除く
    半導体からなるバッファ層を形成した際の温度よりも高
    い温度で該シリコンを除く半導体からなるバッファ層と
    同材質の単結晶半導体層を形成する工程と が含まれてなることを特徴とする半導体ウェハの製造方
    法。
JP63003803A 1988-01-13 1988-01-13 半導体ウエハ及びその製造方法 Pending JPH01184815A (ja)

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