JPH04275427A - 化合物半導体保護膜の製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体の製造方法
に関し、特に化合物半導体の表面保護膜の製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体を用いた化合物半導体集積
回路、半導体レーザ、光検知素子などの製造工程におい
て、表面保護技術は極めて重要な工程の１つである。

【０００３】従来技術による化合物半導体装置の製造工
程において、結晶表面は大気または水溶液などに直接露
出している場合が多い。結晶表面は大気などから炭素、
酸素、硫黄などの汚染に曝される。

【０００４】従来技術による試料の作成工程について図
３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

【０００５】はじめに図３（ａ）に示すように、分子線
エピタキシャル成長法などによりガリウム砒素基板１上
にシリコンを３×１０１６ｃｍ−３ドープしたＮ型ガリ
ウム砒素層２を形成する。

【０００６】つぎに図３（ｂ）に示すように、いったん
大気中に取り出して２４時間放置すると大気汚染層５が
形成される。

【０００７】つぎに図３（ｃ）に示すように、再び分子
線エピタキシャル成長法などによりシリコンを３×１０
１６ｃｍ−３ドープしたＮ型ガリウム砒素層４を形成す
る。

【０００８】図２（ｂ）の曲線（Ｙ）に結晶表面からの
深さにおけるキャリア（自由電子）濃度を示す。再成長
した結晶の表面（図３（ｃ）の５）付近に相当する境界
面で自由電子の枯渇がみられる。これは大気中からの汚
染のうち炭素によるものと考えられている。

【０００９】従来技術による結晶表面の汚染を除去する
方法として、第１に真空中での加熱、第２に塩素、水素
などのガスプラズマによるエッチング、第３に塩素など
のガスによるエッチングがある。

【００１０】真空中での基板加熱による結晶表面の酸化
膜除去は、分子線エピタキシャル成長法において一般的
に成長前の処理として行なわれている。基板温度を５８
０℃程度に加熱することにより酸化膜が除去されるが炭
素の汚染は除去できない。

【００１１】さらに基板温度を砒素加圧しながら７００
℃以上に上げると、表面がエッチングされて炭素を除去
することができるが、高温のため砒素が蒸発し、結晶表
面にガリウムのみが残ってくもりが生じる。

【００１２】塩素、水素などのガスプラズマによるエッ
チングは酸化シリコン膜などをマスクとする垂直開口を
形成する方法としてよく用いられるが、プラズマによる
表面損傷は避けられない。結晶中の不純物の不活性化や
結晶欠陥の生成につながる。

【００１３】塩素などのガスエッチングによって表面損
傷なしにシリコン、酸素、硫黄などの不純物を除去でき
るが、炭素の汚染は除去できない。

【００１４】結晶表面に保護膜を堆積する方法は、河合
らが電子情報通信学会技術研究報告（ＳＳＤ８４−２６
）１９８４，２３頁に報告している。分子線エピタキシ
ャル成長装置内で基板温度を−２０℃に保って砒素ビー
ムを照射して砒素膜を形成した。つぎに装置から取り出
して結晶表面を大気にさらしてから再び分子線エピタキ
シャル成長装置内に挿入し、９０℃、３０分間加熱して
シリコンをドープしたＧａＡｓ層を形成した。こうして
できた再成長表面を電圧容量測定により評価した結果、
大気の汚染は認められなかった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】砒素による表面保護が
大気からの炭素の汚染を防ぐ唯一の方法であるが、表面
保護膜形成方法および化学的な安定性に種々の問題があ
る。

【００１６】通常砒素を堆積する前に結晶成長を行なう
。そのとき基板温度を６００℃前後にする。一方砒素層
を堆積するには基板温度を−２０℃まで下げなければな
らないので、通常２時間ほど基板を放置しなければなら
ない。また砒素層を形成したあとも９０℃で砒素が昇華
するので室温では長期保存ができない。

【００１７】本発明の目的は結晶表面を大気による汚染
から防ぐ保護膜を容易に形成し、長期保存に耐える手段
を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体保
護膜の製造方法は、化合物半導体基板を超高真空室内で
エッチングする工程と、前記超高真空室内で前記化合物
半導体基板を２００℃以下に保つ工程と、前記超高真空
室内でアンチモンを蒸発させて前記化合物半導体基板に
堆積する工程とを含むものである。

【００１９】また本発明の化合物半導体保護膜の製造方
法は、化合物半導体基板に超高真空室内でエピタキシャ
ル層を成長させる工程と、前記超高真空室内で前記化合
物半導体基板を２００℃以下に保つ工程と、前記超高真
空室内でアンチモンを蒸発させて前記化合物半導体基板
に堆積する工程とを含むものである。

【００２０】

【作用】結晶成長直後の正常な表面を大気などから保護
するには、大気にさらす前に除去し易い保護膜で覆う必
要がある。従来技術によって砒素層を形成するとき基板
温度を−２０℃と低く保たなければならない。さらに装
置から取り出したとき砒素の蒸気圧が高いため不安定で
ある。

【００２１】一方同じＶ族元素のアンチモン（Ｓｂ）は
砒素と比べて蒸気圧は１００万分の１程度と低い。例え
ば１０−５Ｔｏｒｒの蒸気圧を得るには砒素では２００
℃であるが、アンチモンでは３９０℃になる。

【００２２】砒素層のかわりにアンチモン層を保護膜と
することにより、２００℃付近の基板温度で清浄なＧａ
Ａｓ面に堆積することができ、基板冷却時間を短縮する
ことができる。さらに保護膜の大気中での安定性が飛躍
的に向上する。

【００２３】

【実施例】本発明の一実施例について、図１（ａ）〜（
ｄ）の工程順の断面図および図２（ａ）の基板温度を参
照して説明する。

【００２４】はじめに図１（ａ）に示すように、ガリウ
ム砒素基板１にＮ型ガリウム砒素層２を成長させる。分
子線エピタキシャル成長装置の成長室に挿入して図２（
ａ）の（Ａ）に示すように５８０℃に加熱して、（Ｂ）
に示すところで基板表面の自然酸化膜を除去する。つぎ
に（Ｃ）に示すように５５０℃の成長温度まで基板を加
熱してから、（Ｄ）に示すところで成長を開始する。

【００２５】つぎに図１（ｂ）に示すように、アンチモ
ン（Ｓｂ）の保護膜３を形成する。図２（ａ）の（Ｅ）
に示すように基板温度を２００℃まで下げて、（Ｆ）に
示すところでアンチモンを堆積させる。

【００２６】つぎに図１（ｃ），（ｄ）に示すように、
基板１を成長室から取り出して１時間大気にさらしたの
ち成長室に挿入してシリコンを５×１０１６ｃｍ−３ド
ープした厚さ１００００ＡのＮ型ＧａＡｓ層４を成長す
る。 図２（ａ）の（Ｇ）に示すように基板を３００℃まで加
熱してアンチモンを昇華させ、（Ｈ）に示すように基板
を５５０℃まで加熱してから、（Ｉ）のところでＧａＡ
ｓ層を成長する。

【００２７】図２（ｂ）の試料結晶の電子濃度の深さ方
向分布に示すように、従来技術によるものには（Ｙ）の
曲線のように再結晶表面に電子の枯渇がみられる。基板
を大気に露出したとき炭素の汚染が生じてアクセプタと
なり、電子を枯渇させたのである。

【００２８】一方本実施例によるものは（Ｘ）の曲線に
示すように電子の枯渇はみられない。アンチモンの保護
膜が大気からの炭素の汚染を完全に防ぐことがわかる。 しかも極端な低温まで冷却しないので保護膜の形成時間
の短縮でき、熱的な安定性も優れている。

【００２９】本実施例は清浄なエピタキシャル基板上に
清浄なエピタキシャル層を成長した場合であるが、エッ
チングにより清浄な結晶表面を形成した場合にも本発明
を適用して同様の効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】ガリウム砒素をはじめとする化合物半導
体表面にアンチモンからなる保護膜を形成する。その結
果保護膜形成までの時間を短縮することができた。さら
に保護膜の安定度が飛躍的に向上して再成長界面におけ
る電子キャリア濃度の枯渇を解消することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を工程順に示す断面図である
。

【図２】製造工程と基板温度との相関を示すグラフおよ
び再成長界面の電子キャリア濃度を示すグラフである。

【図３】従来技術による化合物半導体保護膜の製造方法
を工程順に示す断面図である。

【符号の説明】

１　　　　ガリウム砒素基板 ２　　　　Ｎ型ガリウム砒素層 ３　　　　アンチモン保護膜 ４　　　　Ｎ型ガリウム砒素層 ５　　　　大気汚染層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　化合物半導体基板を超高真空室内でエ
   ッチングする工程と、前記超高真空室内で前記化合物半
   導体基板を２００℃以下に保つ工程と、前記超高真空室
   内でアンチモンを蒸発させて前記化合物半導体基板に堆
   積する工程とを含む半導体保護膜の製造方法。
2. 【請求項２】　　化合物半導体基板に超高真空室内でエ
   ピタキシャル層を成長させる工程と、前記超高真空室内
   で前記化合物半導体基板を２００℃以下に保つ工程と、
   前記超高真空室内でアンチモンを蒸発させて前記化合物
   半導体基板に堆積する工程とを含む半導体保護膜の製造
   方法。