JPH01238113A

JPH01238113A - 半導体基板の作成方法

Info

Publication number: JPH01238113A
Application number: JP6649888A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Endo; 遠藤　伸裕; Hiroshi Matsumoto; 比呂志松本; Naoki Kasai; 直記笠井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-22

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】（産業上の利用分野）本発明は半導体装置を製造するための半導体基板の形成
方法に関する。

（従来の技術）シリコンは現在のほとんどすべての半導体集積回路の構
成材料であり、他の半導体材料の追随をまったく許さな
いほどである。しかし、キャリアの走行時間に限界があ
ったり、発光素子を作製できないという本質的な問題点
ももっており、ガリウム砒素などのＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化
合物半導体が研究されるに至っている。ところが現状で
はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に大規模な集積回路を安価
に量産することは困難で、限られた用途のみに利用され
ようとしている。このため、今まで蓄積されてきた集積
回路プロセスを使用できるシリコンと新しい機能を可能
とするＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化合物半導体基板とを一体化し
た結晶基板を形成することが要求されてきた。ただし、
ここで重要なことはそれぞれの半導体結晶層は結晶学的
にも電気的にも良好な特性を維持できていることである
。

従来の、シリコンとＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化合物との一体結
晶基板は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属ガ
スを用いた気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などを用いてシリ
コン基板に０．１〜５ｐｍのＩＩＩ　−Ｖ族化合物を単
結晶成長していた。シリコン基板にガリウムリンをＭＢ
Ｅ法で成長した例はニス・エル・ホワイト（Ｓ、　Ｌ、
　Ｗｈｉｔｅ）らによってジャーナル・オン・アプライ
ド・フィジイックス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌ
ｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）　５５巻、８号、１９８４年
の２９１６頁から２９２７頁に掲載されている。この論
文では、（２１１）面方位以外の面方位をもつシリコン
基板を用いるとアンチフェーズドメインを有するガリウ
ムリン単結晶層が得られたり、表面粗れが生じたりする
ことが述べられている。アンチ・フェーズ・ドメインと
はＩＩＩ　＋　Ｖ族化合物でＩＩＩ族とＶ族の原子層が
順番に並ぶべき位置に逆にＶ族とＩＩＩ族の原子層が順
番に並んでいる領域のことをいい、異種接合の界面に生
じ易いものである。このアンチ・フェーズ・ドメインが
存在することは結晶欠陥の発生を意味することになり、
接合にリーク電流が増大する原因となっていた。

（発明が解決しようとする課題）このような従来方法を用いるとシリコンとガリウムリン
の格子定数不整合が０．４％と小さいにもがかわらず、
集積回路で多用される対称性の良い（１００）や（１１
１）面方位基板上に均一で結晶性の優れた単結晶層が得
られない問題点があった。

（課題を解決するための手段）本発明は、ＩＶ旗手導体とＩＩＩ　＋　Ｖ族化合物半導
体の異種接合を形成する工程において、前記それぞれの
半導体基板の平坦面同士を減圧下もしくは真空下で接触
させた後熱処理を施こすことによって前記２種類の半導
体基板を結合させ、しかる後、この一体化した半導体基
板の一方を所望の厚さまで薄くすることによって、良質
の異種接合半導体基板を形成することを特徴としている
。

２種類の半導体基板を接触させるには、空気などの層の
介在を防ぐ必要があるので、半導体基板の表面は平坦で
あり、かつ減圧もしくは真空下で行うことが重要である
。さらにその後節こす熱処理は接触させた面がずれない
ように、接触させた真空度よりも低い真空度の環境下で
行うのが望ましい。また、それぞれの半導体基板がスト
レスなどの影響によって結晶欠陥が生じないように結合
させるには、それぞれの結晶軸を１０°以下に設定する
ことが望ましい。

（作用）高品質の単結晶ＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化合物半導体基板の表
面をＩＩＩ族あるいはＶ族の原子層にあらかじめ揃えて
おき、Ｖ族生導体基板と接触させ、その後熱処理によっ
て互いの未結合手（ダングリング・ボンド）を結合させ
るため、アンチ・フェーズ・ドメインのない良好な異種
接合界面を容易に形成できる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例を工程順に示
した模式的断面図である。

高濃度ｎ型シリコン層１１および低濃度ｎ型シリコン層
１２および高濃度ｐ型シリコン層１３を有する（１００
）面方位シリコン基板の鏡面と１０１７ｃｍ’のシリコ
ンを含むｎ型ガリウムリン（１００）面方位基板１４の
鏡面をそれぞれフッ酸水溶液で自然酸化膜を除去した後
、あらかじめそれぞれの基板に設けた目合せマークを基
準に１０°以内に結晶軸を合わせ、第２図に示したよう
なバネ２１の付設した固定治具２２によって窒素中で軽
く接触させる。次に真空を可能とする容器の中に入れ、
１０’Ｔｏｒｒ程度の真空度に設定すると、互いの基板
間に界在する窒素は系外に排出され、基板同士は強く接
触することになる。その後固定治具を取りはずした後、
１０’Ｔｏｒｒの真空度に設定して、接触した基板を４
００°Ｃに加熱する。１時間の熱処理後、大気中に取り
出すと、シリコン基板とガリウムリン基板は完全に接合
し、第１図（ａ）を得る。

次にガリウムリン基板１４の裏面を接合面と平行を保ち
つつメカニカル・ケミカル・ボリシングを施こし、２ｐ
ｍ程度まで薄くする。こうして得た薄膜ガリウムリン層
１５の上にホトレジスト１６をスピン塗布し、エミッタ
領域のパターン形成を行うと第１図（ｂ）を得る。レジ
ストをマスクとしてガリウムリンのエツチング加工を施
こし、さらにホトレジストをスピン塗布し、ベース領域
をパターン形成して高濃度ｎ型シリコンが露呈するよう
にエツチング加工を施こすと第１図（ｃ）が得られる。

最後に４００°Ｃ以下の低温で層間絶縁膜用のシリコン
酸化膜１７をＣＶＤ法で堆積してコンタクト穴のパター
ン形成とシリコン酸化膜のエツチングを行う。さらに、
エミッタ、ベース、コレクタ電極とすべき金属を順次被
着させ、エミッタ電極１８、ベース電極１９、コレクタ
電極２０を形成すると第１図（ｄ）となり、ｎｐｎ型へ
テロ・バイポーラ・トランジスタが得られる。

本実施例では、ガリウムリン基板をメカニカル、ケミカ
ル、ボリシングを行った場合を示したが、シリコン基板
を同様の技法でボリシングを行い、第３図に示すように
コレクタが上になる素子構造を形成しても良好なヘテロ
・バイポーラ・トランジスタの特性が得られる。

また、シリコンとガリウムリンとの異種接合の他にゲル
マニウムとガリウム砒素、シリコンとガリウム砒素、シ
リコンとインジウムリンなどの異種接合の形成において
も本発明は適用でき、従来よりも優れた接合特性が得ら
れる。

実施例では１０’Ｔｏｒｒ程度の真空下で熱処理を施こ
したが、基板同士を強く接触させた真空下よりも高い圧
力の大気下あるいは加圧下で熱処理しても同様の基板結
合の効果が得られることは言うまでもない。

（発明の効果）本発明によって得られた異種接合界面は結晶欠陥が極め
て少なく、界面準位密度も従来の結晶成長法に比、較し
て１桁以上小さい。このため本発明で形成したヘテロ・
バイポーラ・トランジスタの電子の注入効率は増大し、
接合リーク電流は低減されるという高速・低消費電流の
半導体装置を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例を示すシリコ
ン上のガリウムリンを用いたヘテロ・バイポーラ・トラ
ンジスタの製造方法を模式的に示した図で、第２図は２
つの基板を重ね合せて固定した固定治具の例を示した模
式図である。第３図は第１図においてシリコンを薄膜化
して形成したヘテロ・バイポーラ・トランジスタ構造の
模式図である。１１・・・高濃度ｎ型シリコン　１２・・・低濃度ｎ型
シリコン１３・・・高濃度ｐ型シリコン１４・・・ｎ型ガリウムリン基板１５、・・薄膜ガリウムリン層　１６・・・ホトレジス
ト１７、・・層間絶縁膜　　　　　１８・・・エミッタ
電極１９・・・ベース電極　　　　　２０・・・コレク
タ電極２１・・・バネ　　　　　　　　　２２・・・固
定治具２３・・・シリコン基板　　　　２４・・・ガリ
ウムリン基板３１・・・高濃度ｎ型ガリウムリン３２、・・半絶縁性ガリウムリン ′（ＦＩ！人ｔｐ埋上内原　東日第１図

Claims

【特許請求の範囲】

　IV旗手導体とIII−Ｖ族化合物半導体の異種接合を形
成する工程において、前記それぞれの半導体基板の平坦
面同士を減圧下もしくは真空下で接触させた後熱処理を
施こすことによって前記２種類の半導体基板を結合させ
る工程と、前記一体化した半導体基板の少くとも一方を
所望の厚さまで薄くする工程からなることを特徴とする
異種接合をもつ半導体基板の作成方法。