JPH03131593A - エピタキシヤル成長用基板の前処理方法 - Google Patents
エピタキシヤル成長用基板の前処理方法Info
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- JPH03131593A JPH03131593A JP26877889A JP26877889A JPH03131593A JP H03131593 A JPH03131593 A JP H03131593A JP 26877889 A JP26877889 A JP 26877889A JP 26877889 A JP26877889 A JP 26877889A JP H03131593 A JPH03131593 A JP H03131593A
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Landscapes
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は化合物半導体デバイス用基板の製造方法に関し
、特に分子線エピタキシャル成長用基板の前処理方法に
適用して効果的な技術に関する。
、特に分子線エピタキシャル成長用基板の前処理方法に
適用して効果的な技術に関する。
［従来の技術］
ＧａＡｓのようなｍ−Ｖ族化合物半導体を用いた電子デ
バイスには、ＭＥＳＦＥＴやＨＥ Ｍ Ｔなどの高速デ
バイスがある。この種の化合物半導体デバイスでは、半
導体基板の表面にエピタキシャル層を成長させ、このエ
ピタキシャル層を動作層とする。
バイスには、ＭＥＳＦＥＴやＨＥ Ｍ Ｔなどの高速デ
バイスがある。この種の化合物半導体デバイスでは、半
導体基板の表面にエピタキシャル層を成長させ、このエ
ピタキシャル層を動作層とする。
上記エピタキシャル層の成長方法には、液相エピタキシ
ャル成長法（ＬＰＥ）、気相エピタキシャル成長法（Ｖ
ＰＥ）、有機金属エピタキシャル成長法および分子線エ
ピタキシー成長法（ＭＢＥ）などがある。
ャル成長法（ＬＰＥ）、気相エピタキシャル成長法（Ｖ
ＰＥ）、有機金属エピタキシャル成長法および分子線エ
ピタキシー成長法（ＭＢＥ）などがある。
このうち、ＭＢＥは膜厚制御性が良好で低温成長が可能
であることから、ＧａＡｓ基板上へのエピタキシャル層
の成長に広く利用されている。
であることから、ＧａＡｓ基板上へのエピタキシャル層
の成長に広く利用されている。
ところで、エピタキシャル層を成長させる場合、前処理
として基板表面を洗浄しておかないと基板とエピタキシ
ャル層との界面に不純物が残留してデバイス特性を劣化
させる原因となる。
として基板表面を洗浄しておかないと基板とエピタキシ
ャル層との界面に不純物が残留してデバイス特性を劣化
させる原因となる。
従来、分子線エピタキシャル成長用ＧａＡｓ基板の前処
理としては、脱脂と硫酸系エッチャントによるエツチン
グが広く用いられている。
理としては、脱脂と硫酸系エッチャントによるエツチン
グが広く用いられている。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、従来の硫酸系のエッチャントを用いる前
処理方法では不純物を完全に除去するのが困難で、基板
とエピタキシャル層との界面に不純物（特に炭素）が蓄
積し、エピタキシャル成長した基板上にＦＥＴを作成し
た際に、そのＦＥＴの電極以外の独立した他の電極の電
圧によりＦＥＴのドレイン電流が変化してしまうという
いわゆるサイドゲート効果が大きくなる等の問題点があ
った・ また、基板とエピタキシャル層との界面の不純物を低減
させるため、ＭＢＥ装置のチャンバー内に基板を入れて
真空中で加熱し、ＧａＡｓを昇華させる方法が提案され
ている。しかしながら、このサーマルエツチングによる
方法にあっては、基板表面が荒れてしまい、エピタキシ
ャル層の表面が鏡面になりにくいという欠点があること
が分かった・ この発明は上記のような問題点に着目してなされたもの
で、基板とエピタキシャル層との界面の不純物を除去し
、鏡面のエピタキシャル層を成長させることができるよ
うな前処理方法を提供することにある。
処理方法では不純物を完全に除去するのが困難で、基板
とエピタキシャル層との界面に不純物（特に炭素）が蓄
積し、エピタキシャル成長した基板上にＦＥＴを作成し
た際に、そのＦＥＴの電極以外の独立した他の電極の電
圧によりＦＥＴのドレイン電流が変化してしまうという
いわゆるサイドゲート効果が大きくなる等の問題点があ
った・ また、基板とエピタキシャル層との界面の不純物を低減
させるため、ＭＢＥ装置のチャンバー内に基板を入れて
真空中で加熱し、ＧａＡｓを昇華させる方法が提案され
ている。しかしながら、このサーマルエツチングによる
方法にあっては、基板表面が荒れてしまい、エピタキシ
ャル層の表面が鏡面になりにくいという欠点があること
が分かった・ この発明は上記のような問題点に着目してなされたもの
で、基板とエピタキシャル層との界面の不純物を除去し
、鏡面のエピタキシャル層を成長させることができるよ
うな前処理方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、この発明は■−ｖ族化合物半
導体の基板をプラズマ酸化して表面に酸化膜を形成させ
た後、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置内にてｍ−■
族化合物半導体のＶ族構成元素の蒸気圧を印加しながら
昇温して上記基板表面の上記酸化膜を除去させるように
した。具体的には、分子線エピタキシャル成長に用いる
ＧａＡＳ半導体の基板をプラズマ発生装置に入れ、真空
排気した後、Ｏ，＋Ａｒガスを導入して、プラズマを発
生させ、基板表面を酸化させる。その後基板をＭＢＥ装
置内に導入し、準儂室内で１００〜３００℃に加熱し、
基板表面に吸着した水分等を脱ガスした後、成長室に移
動して１，０ＸＩＯ−”ＰａからＧａＡｓとの平衡蒸気
圧までのＡｓ蒸気圧を印加しながら基板温度を５８０〜
６００℃のようなりリーンアップ温度（Ｇ ａ Ａ ｓ
酸化膜が昇華する温度）まで昇温し、酸化膜を除去する
ようにした。
導体の基板をプラズマ酸化して表面に酸化膜を形成させ
た後、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）装置内にてｍ−■
族化合物半導体のＶ族構成元素の蒸気圧を印加しながら
昇温して上記基板表面の上記酸化膜を除去させるように
した。具体的には、分子線エピタキシャル成長に用いる
ＧａＡＳ半導体の基板をプラズマ発生装置に入れ、真空
排気した後、Ｏ，＋Ａｒガスを導入して、プラズマを発
生させ、基板表面を酸化させる。その後基板をＭＢＥ装
置内に導入し、準儂室内で１００〜３００℃に加熱し、
基板表面に吸着した水分等を脱ガスした後、成長室に移
動して１，０ＸＩＯ−”ＰａからＧａＡｓとの平衡蒸気
圧までのＡｓ蒸気圧を印加しながら基板温度を５８０〜
６００℃のようなりリーンアップ温度（Ｇ ａ Ａ ｓ
酸化膜が昇華する温度）まで昇温し、酸化膜を除去する
ようにした。
［作用］
上記手段に従うと、基板がＧａＡｓの場合、プラズマ酸
化により表面にはＧａ、○、、ＡｓＯ等が形成され、こ
のとき基板表面の炭素その他の不純物が同様に酸化され
てＧａＡｓ酸化膜中に取り込まれるか、もしくはＣＯ８
又はＣ○の形となって、基板上から除去されるとともに
、その後のＭＢＥ装置のチャンバー内でＡｓ蒸気圧を印
加しながらの加熱処理により基板表面の不純物の酸化物
もＧａＡｓ酸化膜と同時に除去され、荒れのない清浄な
基板表面が得られる。
化により表面にはＧａ、○、、ＡｓＯ等が形成され、こ
のとき基板表面の炭素その他の不純物が同様に酸化され
てＧａＡｓ酸化膜中に取り込まれるか、もしくはＣＯ８
又はＣ○の形となって、基板上から除去されるとともに
、その後のＭＢＥ装置のチャンバー内でＡｓ蒸気圧を印
加しながらの加熱処理により基板表面の不純物の酸化物
もＧａＡｓ酸化膜と同時に除去され、荒れのない清浄な
基板表面が得られる。
このようにして得られた清浄な表面にエピタキシャル成
長を行なうと、基板とエピタキシャル膜の界面の不純物
の蓄積量を１桁程度低減することができるとともに、基
板表面の荒れを防止して鏡面のエピタキシャル層を得る
ことができる。
長を行なうと、基板とエピタキシャル膜の界面の不純物
の蓄積量を１桁程度低減することができるとともに、基
板表面の荒れを防止して鏡面のエピタキシャル層を得る
ことができる。
［実施例］
エピタキシャル成長用基板としてＬＥＣ法により育成さ
れた直径２インチのＧａＡｓ単結晶を薄板状に切断した
後、面方位が［１０］ ジャストとなるように表面を研
磨したものを用意した。
れた直径２インチのＧａＡｓ単結晶を薄板状に切断した
後、面方位が［１０］ ジャストとなるように表面を研
磨したものを用意した。
この成長用基板をバレル型のプラズマ発生装置のチャン
バー内に設置して、真空ポンプで５〜１０ Ｘ １０−
”Ｔｏｒｒまで排気した後、チャンバー内に流量５Ｑ／
ｍｉｎで０３とＡｒの混合ガスを導入した。
バー内に設置して、真空ポンプで５〜１０ Ｘ １０−
”Ｔｏｒｒまで排気した後、チャンバー内に流量５Ｑ／
ｍｉｎで０３とＡｒの混合ガスを導入した。
このときチャンバー内の真空度は４〜５×１０−Ｔｏｒ
ｒであった。それから流量および真空度が安定した後、
高周波コイルのパワーを入れプラズマを発生させた。高
周波コイルのパワーは１００Ｗ−定とし、処理時間を２
〜２０分の間で変えてプラズマ酸化膜を形成した。
ｒであった。それから流量および真空度が安定した後、
高周波コイルのパワーを入れプラズマを発生させた。高
周波コイルのパワーは１００Ｗ−定とし、処理時間を２
〜２０分の間で変えてプラズマ酸化膜を形成した。
上記処理の終了後、装置より基板を取り出してＭＢＥ装
置内に入れ準備室で脱ガスを１時間行ない真空度を１０
−”Ｐａとした後、基板を成長室に移して、１．５Ｘ１
０〜”Ｐａの砒素（Ａｓ４）蒸気圧の砒素分子線を照射
することで砒素蒸気圧を印加し、反射型高エネルギー電
子線回折像（以下、ＲＨＥ Ｅ Ｄパターンと称する）
を観察しながら昇温した。５８０℃で基板の表面のＲＨ
Ｅ Ｅ Ｄパターンが、全体的に均一に光って見える酸
化膜のグローパターンから、ＧａＡｓ結晶の回折による
ストリークパターンに変わることで、酸化膜が除去され
たことを確認し、その温度よりもさらに２０℃高くし、
６００℃でアンドープＧａＡｓ層を５ｏＯ人の厚みまで
成長させた。
置内に入れ準備室で脱ガスを１時間行ない真空度を１０
−”Ｐａとした後、基板を成長室に移して、１．５Ｘ１
０〜”Ｐａの砒素（Ａｓ４）蒸気圧の砒素分子線を照射
することで砒素蒸気圧を印加し、反射型高エネルギー電
子線回折像（以下、ＲＨＥ Ｅ Ｄパターンと称する）
を観察しながら昇温した。５８０℃で基板の表面のＲＨ
Ｅ Ｅ Ｄパターンが、全体的に均一に光って見える酸
化膜のグローパターンから、ＧａＡｓ結晶の回折による
ストリークパターンに変わることで、酸化膜が除去され
たことを確認し、その温度よりもさらに２０℃高くし、
６００℃でアンドープＧａＡｓ層を５ｏＯ人の厚みまで
成長させた。
エピタキシャル成長した基板を取り出してノマルスキー
顕微鏡で表面モホロジー（表面状態）を観察した。また
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法により基板表面の不
純物分布を測定した。
顕微鏡で表面モホロジー（表面状態）を観察した。また
ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法により基板表面の不
純物分布を測定した。
比較のため、上記前処理を実施しない基板と、従来の硫
酸系エッチャントを用いた前処理を行なった基板につい
ても上記と同じ観察および分析を行なった。
酸系エッチャントを用いた前処理を行なった基板につい
ても上記と同じ観察および分析を行なった。
第１図にＳＩＭＳ分析による深さ方向の炭素濃度のプロ
ファイルを示す。同図において、符号ａは２分間のプラ
ズマ酸化処理を行なったもの、符号すは前処理なしのも
の、符号Ｃは硫酸系エッチャントで６０’Ｃ１９０秒の
エツチング処理を行なった基板についての炭素濃度分布
を示している。
ファイルを示す。同図において、符号ａは２分間のプラ
ズマ酸化処理を行なったもの、符号すは前処理なしのも
の、符号Ｃは硫酸系エッチャントで６０’Ｃ１９０秒の
エツチング処理を行なった基板についての炭素濃度分布
を示している。
第１図から明らかなように、基板−エピタキシャル層界
面の残留炭素は、プラズマ酸化処理を行なった基板が最
も少ないのに対し、硫酸系のエッチャントによる処理を
した基板は界面の炭素がほとんど除去されていないこと
がわかる。
面の残留炭素は、プラズマ酸化処理を行なった基板が最
も少ないのに対し、硫酸系のエッチャントによる処理を
した基板は界面の炭素がほとんど除去されていないこと
がわかる。
第２図にはプラズマ酸化の処理時間と炭素濃度との関係
を示す。同図より高周波コイルのパワーを１００Ｗとし
たときは、約２分の処理で十分に炭素濃度が低減される
ことが分かる。
を示す。同図より高周波コイルのパワーを１００Ｗとし
たときは、約２分の処理で十分に炭素濃度が低減される
ことが分かる。
表面モホロジーについては、プラズマ酸化処理の際のパ
ワーが大きく、処理時間を長くするとヘイズ（基板の微
小な凹凸により光を当てたとき曇って見える状＠）が見
られるようになるが、高周波コイルのパワーと処理時間
を適当に選ぶことによりヘイズは見られなくなることが
分かった。
ワーが大きく、処理時間を長くするとヘイズ（基板の微
小な凹凸により光を当てたとき曇って見える状＠）が見
られるようになるが、高周波コイルのパワーと処理時間
を適当に選ぶことによりヘイズは見られなくなることが
分かった。
なお、上記実施例ではＧａＡｓ基板へのエピタキシャル
成長の前処理について説明したが、この発明はＩｎＰそ
の他の化合物半導体基板上に分子線エピタキシーでエピ
タキシャル層を成長させる際の前処理に利用することが
できる。
成長の前処理について説明したが、この発明はＩｎＰそ
の他の化合物半導体基板上に分子線エピタキシーでエピ
タキシャル層を成長させる際の前処理に利用することが
できる。
［発明の効果］
以上説明したようにこの発明は■−Ｖ族化合物半導体の
基板をプラズマ酸化して表面に酸化膜を形成させた後、
分子線エピタキシー装置内にて上記■−ｖ族化合物半導
体のＶ族構成元素の蒸気圧を印加しながら昇温して上記
基板表面の酸化膜を除去させるようにしたので、プラズ
マ酸化により基板表面の炭素化合物その他の不純物が酸
化されて酸化膜中に取り込まれるか、もしくはＣＯ８又
はＣＯの形となって、基板上から除去されるとともに、
その後のＭＢＥ装置のチャンバー内でＶ族元素の蒸気圧
を印加しながらの加熱処理により基板表面の不純物の酸
化物が基板の酸化膜と同時に除去され、荒れのない清浄
な基板表面が得られる。
基板をプラズマ酸化して表面に酸化膜を形成させた後、
分子線エピタキシー装置内にて上記■−ｖ族化合物半導
体のＶ族構成元素の蒸気圧を印加しながら昇温して上記
基板表面の酸化膜を除去させるようにしたので、プラズ
マ酸化により基板表面の炭素化合物その他の不純物が酸
化されて酸化膜中に取り込まれるか、もしくはＣＯ８又
はＣＯの形となって、基板上から除去されるとともに、
その後のＭＢＥ装置のチャンバー内でＶ族元素の蒸気圧
を印加しながらの加熱処理により基板表面の不純物の酸
化物が基板の酸化膜と同時に除去され、荒れのない清浄
な基板表面が得られる。
このようにして得られた清浄な表面にエピタキシャル成
長を行なうと、基板とエピタキシャル膜の界面の不純物
の蓄積量を１桁程度低減することができるとともに、基
板表面の荒れを防止して鏡面のエピタキシャル層を得る
ことができる。さらに前処理として、プラズマ酸化を行
なうだけであるので、脱脂・エツチングという従来の前
処理に比べて工程数が少なく、前処理中の粒子の付着量
を抑えることができるとともに、時間的にも半分以下で
前処理が行なえ、しかも多数枚の同時処理も可能となる
という効果がある。加えて、Ｖ族元素の蒸気圧の印加を
、分子線照射により行なうことにより、結晶育成装置の
改造等は必要でないという効果がある。
長を行なうと、基板とエピタキシャル膜の界面の不純物
の蓄積量を１桁程度低減することができるとともに、基
板表面の荒れを防止して鏡面のエピタキシャル層を得る
ことができる。さらに前処理として、プラズマ酸化を行
なうだけであるので、脱脂・エツチングという従来の前
処理に比べて工程数が少なく、前処理中の粒子の付着量
を抑えることができるとともに、時間的にも半分以下で
前処理が行なえ、しかも多数枚の同時処理も可能となる
という効果がある。加えて、Ｖ族元素の蒸気圧の印加を
、分子線照射により行なうことにより、結晶育成装置の
改造等は必要でないという効果がある。
第１図は、本発明に係る前処理方法と従来の前処理方法
を適用してＭＢＥ法によるエピタキシャル層を成長させ
た場合の基板表面の深さ方向の炭素濃度分布を示すグラ
フ、 第２図は本発明に係る前処理方法におけるプラズマ酸化
処理の時間と基板−エピタキシャル層界面の炭素濃度と
の関係を示すグラフである。
を適用してＭＢＥ法によるエピタキシャル層を成長させ
た場合の基板表面の深さ方向の炭素濃度分布を示すグラ
フ、 第２図は本発明に係る前処理方法におけるプラズマ酸化
処理の時間と基板−エピタキシャル層界面の炭素濃度と
の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- III−Ｖ族化合物半導体の基板をプラズマ酸化して表
面に酸化膜を形成させた後、分子線エピタキシー装置内
にて上記III−Ｖ族化合物半導体のＶ族構成元素の蒸気
圧を印加しながら昇温して上記基板表面の上記酸化膜を
除去させるようにしたことを特徴とするエピタキシャル
成長用基板の前処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26877889A JPH03131593A (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | エピタキシヤル成長用基板の前処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26877889A JPH03131593A (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | エピタキシヤル成長用基板の前処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03131593A true JPH03131593A (ja) | 1991-06-05 |
Family
ID=17463161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26877889A Pending JPH03131593A (ja) | 1989-10-16 | 1989-10-16 | エピタキシヤル成長用基板の前処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03131593A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009182315A (ja) * | 2008-02-01 | 2009-08-13 | Nippon Mining & Metals Co Ltd | 半導体基板の表面処理方法、半導体基板、及び薄膜形成方法 |
| JP2010040649A (ja) * | 2008-08-01 | 2010-02-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光素子の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6158230A (ja) * | 1984-08-30 | 1986-03-25 | Fujitsu Ltd | 結晶成長方法 |
| JPS63160324A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分子線エピタキシヤル結晶成長方法 |
-
1989
- 1989-10-16 JP JP26877889A patent/JPH03131593A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6158230A (ja) * | 1984-08-30 | 1986-03-25 | Fujitsu Ltd | 結晶成長方法 |
| JPS63160324A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 分子線エピタキシヤル結晶成長方法 |
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