JPH06151304A - Compound semiconductor wafer - Google Patents

Compound semiconductor wafer

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JPH06151304A
JPH06151304A JP30276192A JP30276192A JPH06151304A JP H06151304 A JPH06151304 A JP H06151304A JP 30276192 A JP30276192 A JP 30276192A JP 30276192 A JP30276192 A JP 30276192A JP H06151304 A JPH06151304 A JP H06151304A
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JP
Japan
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substrate
chlorine
epitaxial growth
adsorption layer
compound semiconductor
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Application number
JP30276192A
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Japanese (ja)
Inventor
Takanobu Kamakura
孝信 鎌倉
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a compound semiconductor wafer which is covered with a protective film to obtain a surface whose cleanness is very high in the case of epitaxial growth. CONSTITUTION:The outermost surface of a substrate 12 to be subjected to epitaxial growth is covered with a chlorine adsorption layer 13 formed by terminating dangling bonds of gallium arsenide surface atoms with chlorine atoms. Impurities like carbon based impurities in the air react with chlorine of the chlorine adsorption layer 13 abundant in reactivity and are adsorbed by chlorine. But the impurities do not adhere to the substrate 12 When the temperature becomes 200 to 300 deg.C in the course of raising temperature in epitaxial growth, the chlorine adsorption layer 13 formed on the substrate 12 surface is desorbed, and at the same time, the adsorbed impurities also are desorbed. As the result of the desorption, the cleanness of the substrate 12 surface becomes very high, and epitaxial growth is performed in the state that the temperature is further raised.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ひ化ガリウムでなる化
合物半導体ウェーハに関し、特に電界効果トランジスタ
等の電子デバイスのエピタキシャル成長用基板に好適す
る化合物半導体ウェーハに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound semiconductor wafer made of gallium arsenide, and more particularly to a compound semiconductor wafer suitable as a substrate for epitaxial growth of electronic devices such as field effect transistors.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ひ化ガリウム(GaAs)の半絶
縁性結晶によって形成される化合物半導体ウェーハは、
GaAsの単結晶インゴットを引上法等によって作製
し、この単結晶インゴットから切り出されたウェーハに
よって形成される。切り出されたウェーハはその表面を
研磨、エッチング、ポリシングにより所定の厚さとなる
ように加工される。そして表面を鏡面化するために、次
亜塩素酸ナトリウムを含む溶液でのメカノケミカルポリ
ッシュ加工が施される。
2. Description of the Related Art Conventionally, compound semiconductor wafers made of gallium arsenide (GaAs) semi-insulating crystals are
A GaAs single crystal ingot is produced by a pulling method or the like, and is formed by a wafer cut from this single crystal ingot. The surface of the cut-out wafer is processed by polishing, etching, and polishing so as to have a predetermined thickness. Then, in order to make the surface mirror-finished, mechanochemical polishing with a solution containing sodium hypochlorite is performed.

【0003】このように鏡面研磨されたウェーハは、さ
らに図8に示す処理工程図のように処理がなされる。す
なわち、酸処理(HClボイル)あるいはアルカリ溶液
による処理によって表面不純物の除去が行われ、さらに
流水洗浄、有機処理し乾燥され窒素ガス(N2 )雰囲気
で包装される。この後移送されて、例えば電子デバイス
を形成するためウェーハ表面にエピタキシャル成長が行
われる。
The thus mirror-polished wafer is further processed as shown in the process chart of FIG. That is, surface impurities are removed by acid treatment (HCl boil) or treatment with an alkaline solution, further washed with running water, organically treated and dried, and packaged in a nitrogen gas (N 2 ) atmosphere. After this, the wafer is transferred and epitaxially grown on the surface of the wafer to form an electronic device, for example.

【0004】上記のようにして形成された化合物半導体
ウェーハは図9に示す断面図のように、GaAsの基板
1の表面には流水洗浄中に生成されたガリウム(Ga)
とひ素(As)の厚さが数nmの極めて薄い自然酸化膜
(Ga2 3 /As2 3 )2が形成される。なお3は
自然酸化膜2の表面に形成された不純物吸着層で、この
不純物吸着層3の除去がエピタキシャル成長を行うに先
だって硫酸及び過酸化水素を含む酸系エッチング液(H
2 SO4 :H2 2 :H2 O=5:1:1)を用いたエ
ッチング処理によって実施される。
As shown in the sectional view of FIG. 9, the compound semiconductor wafer formed as described above has gallium (Ga) generated during washing with running water on the surface of the GaAs substrate 1.
An extremely thin natural oxide film (Ga 2 O 3 / As 2 O 3 ) 2 having a thickness of several nm of arsenic (As) is formed. Reference numeral 3 denotes an impurity adsorption layer formed on the surface of the natural oxide film 2. Prior to removing the impurity adsorption layer 3 before performing epitaxial growth, an acid-based etching solution (H
2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 5: 1: 1).

【0005】周知の通り、エピタキシャル成長において
は活性層が形成されるものであるから、エピタキシャル
成長前のGaAsのウェーハの表面の清浄度は非常に重
要で、GaAsの基板1の表面上に不純物吸着層3が存
在すると成長時に取り込まれて電子デバイスの動作時に
リーク源になってしまう。それ故、エピタキシャル成長
を行う直前のウェーハ表面の清浄化のために、サーマル
クリーニングやイオンスパッタリング等の手法が用いら
れていた。
As is well known, since the active layer is formed in the epitaxial growth, the cleanliness of the surface of the GaAs wafer before the epitaxial growth is very important, and the impurity adsorption layer 3 is formed on the surface of the GaAs substrate 1. If they exist, they are captured during growth and become a leak source when the electronic device operates. Therefore, methods such as thermal cleaning and ion sputtering have been used for cleaning the wafer surface immediately before epitaxial growth.

【0006】しかし、これらの清浄化では650℃程度
の高温での処理となるためウェーハ表面のGaAsの組
成比が所望するものからずれてしまったり、面孔等を起
こしてエピタキシャル成長へ悪影響を及ぼしていた。
However, since these cleaning processes are carried out at a high temperature of about 650 ° C., the composition ratio of GaAs on the wafer surface deviates from the desired one, and face holes are generated, which adversely affects the epitaxial growth. .

【0007】一方、比較的低温での処理が実施できるよ
う図10に処理工程図を示し、図11に断面図を示すよ
うに、酸処理(HClボイル)中に1.42eV以上の
紫外光(UV光)を照射することによってGaAsの基
板1の表面にAsリッチのGaAs層4及びAsリッチ
の自然酸化膜5の表面保護膜を形成することが試みられ
ている。
On the other hand, as shown in the process flow chart in FIG. 10 and the sectional view in FIG. 11 so that the treatment can be carried out at a relatively low temperature, an ultraviolet ray of 1.42 eV or more is generated during acid treatment (HCl boil). It has been attempted to form a surface protective film for the As-rich GaAs layer 4 and the As-rich natural oxide film 5 on the surface of the GaAs substrate 1 by irradiating it with (UV light).

【0008】このようにして形成された表面保護膜は比
較的低温で揮発するものであるが、AsリッチのGaA
s層4及びAsリッチの自然酸化膜5が、それぞれ45
0℃程度の低温で揮発するAs層及びAsの酸化膜のみ
によって形成されているものではなく、Gaの酸化膜が
混入したものであるため完全な揮発性の表面保護膜とは
言い難く、十分な清浄化を行うには高温処理における問
題が生じる虞があった。また大気中に晒した場合にはカ
ーボン系不純物等が表面保護膜に吸着し、これらがウェ
ーハの昇温中に基板1に入り込み、p型の導電層を形成
したりする問題があった。
The surface protective film thus formed volatilizes at a relatively low temperature.
The s-layer 4 and the As-rich natural oxide film 5 are 45
It is not formed of only an As layer and an As oxide film that volatilize at a low temperature of about 0 ° C., and it is difficult to say that it is a completely volatile surface protective film because it contains a Ga oxide film. There is a possibility that a problem in high temperature processing may occur in order to perform proper cleaning. Further, when exposed to the air, carbon-based impurities and the like are adsorbed on the surface protective film, and these enter the substrate 1 during the temperature rise of the wafer, and there is a problem that a p-type conductive layer is formed.

【0009】さらに、図12に処理工程図を示し、図1
3に断面図を示すようにGaAsの基板1の表面に自然
酸化膜6を形成した後、紫外光の照射下でオゾン
(O3 )処理を実施することも試みられているが十分な
ものではない。
Further, FIG. 12 shows a process chart, and FIG.
As shown in the cross-sectional view in FIG. 3, it has been attempted to form a natural oxide film 6 on the surface of the GaAs substrate 1 and then to perform ozone (O 3 ) treatment under irradiation of ultraviolet light, but it is not sufficient. Absent.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、活性層
が形成されるエピタキシャル成長では、エピタキシャル
成長を実施する化合物半導体ウェーハの表面が極めて高
い清浄度の表面であることが非常に重要である。このた
め、従来から種々の手法によって清浄化された表面がエ
ピタキシャル成長を行う直前に得られるように保護膜を
形成した化合物半導体ウェーハが示されているが、高温
処理を必要としたり不純物が吸着する等して十分なもの
になってはいなかった。このような状況に鑑みて本発明
はなされたもので、その目的とするところはエピタキシ
ャル成長を行うにあたり極めて清浄度が高い表面が得ら
れるよう保護膜で被覆した化合物半導体ウェーハを提供
することにある。
As described above, in the epitaxial growth in which the active layer is formed, it is very important that the surface of the compound semiconductor wafer on which the epitaxial growth is performed has a very high cleanliness. For this reason, a compound semiconductor wafer having a protective film formed so that a surface cleaned by various methods is obtained immediately before epitaxial growth has been shown, but high temperature treatment is required and impurities are adsorbed. And it wasn't enough. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a compound semiconductor wafer coated with a protective film so as to obtain a surface having extremely high cleanliness during epitaxial growth.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体ウ
ェーハは、ひ化ガリウムの半絶縁性結晶基板と、この基
板のエピタキシャル成長を行う最外表面と、この最外表
面を被覆する塩素原子で形成された吸着層とを備えてな
ること特徴とするものであり、また、基板表面のひ化ガ
リウム原子のダングリングボンドが塩素原子によって終
端されていることを特徴とするものであり、さらに、基
板表面のひ化ガリウムと吸着層との間にひ化ガリウムの
酸化膜が形成されていることを特徴とするものであり、
またさらに、基板表面のひ化ガリウムと吸着層との間
に、主としてひ素を含むひ化ガリウム層及び主としてひ
素を含むひ化ガリウムの酸化膜が形成されていることを
特徴とするものである。
A compound semiconductor wafer of the present invention is formed of a gallium arsenide semi-insulating crystal substrate, an outermost surface on which this substrate is epitaxially grown, and chlorine atoms covering this outermost surface. And a dangling bond of gallium arsenide atoms on the surface of the substrate is terminated by chlorine atoms. A gallium arsenide oxide film is formed between the surface gallium arsenide and the adsorption layer,
Furthermore, a gallium arsenide layer mainly containing arsenic and an oxide film of gallium arsenide mainly containing arsenic are formed between the gallium arsenide on the substrate surface and the adsorption layer.

【0012】[0012]

【作用】上記のように構成された化合物半導体ウェーハ
は、エピタキシャル成長を行う基板の最外表面を塩素原
子で形成された吸着層によって被覆する構成としたこと
により、反応性に富む吸着層の塩素に大気中のカーボン
系不純物等の不純物が反応して吸着し、基板には不純物
が付着しない。そしてエピタキシャル成長を行う際の基
板の昇温過程で、基板が200〜300℃の状態になる
と、基板表面に形成されていた吸着層が脱離し、この脱
離と同時に吸着層に吸着されていた不純物も脱離する。
この脱離によって基板表面は極めて高い清浄度となり、
さらに温度が上昇した状態でエピタキシャル成長が行わ
れることになる。このように、エピタキシャル成長を行
うにあたって極めて清浄度が高い表面が得られるように
保護膜で被覆した化合物半導体ウェーハを得ることがで
きる。
The compound semiconductor wafer configured as described above has a structure in which the outermost surface of the substrate on which epitaxial growth is performed is covered with an adsorption layer formed of chlorine atoms. Impurities such as carbon-based impurities in the atmosphere react and adsorb, and the impurities do not adhere to the substrate. When the temperature of the substrate during the epitaxial growth is 200 to 300 ° C., the adsorption layer formed on the surface of the substrate is desorbed, and at the same time as the desorption, impurities adsorbed on the adsorption layer are desorbed. Also desorb.
Due to this desorption, the substrate surface becomes extremely clean,
Epitaxial growth is carried out with the temperature further increased. In this way, it is possible to obtain a compound semiconductor wafer coated with a protective film so as to obtain a surface having extremely high cleanliness in performing epitaxial growth.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】先ず第1の実施例を図1乃至図5により説
明する。図1は断面図であり、図2は処理工程図であ
り、図3は塩素の吸着量を示す図であり、図4はエピタ
キシャル成長を行った化合物半導体ウェーハの不純物濃
度プロファイルを示す図であり、図5はエピタキシャル
成長後にメサエッチングを行った化合物半導体ウェーハ
のI−V特性を示す特性図である。
First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is a sectional view, FIG. 2 is a process step diagram, FIG. 3 is a diagram showing an adsorption amount of chlorine, and FIG. 4 is a diagram showing an impurity concentration profile of a compound semiconductor wafer on which epitaxial growth is performed. FIG. 5 is a characteristic diagram showing IV characteristics of a compound semiconductor wafer which has been subjected to mesa etching after epitaxial growth.

【0015】図1において、11はGaAsによって形
成された化合物半導体ウェーハで、GaAsの基板12
のエピタキシャル成長を行おうとする側の表面上には、
そのGaAs表面原子のダングリングボンド(dang
ling bond)に塩素(Cl)原子が結合してな
る塩素吸着層13が基板12の保護膜として形成されて
いる。なお塩素吸着層13はClの1〜2原子層でなる
ものである。
In FIG. 1, 11 is a compound semiconductor wafer made of GaAs, and a GaAs substrate 12
On the surface where the epitaxial growth of
The dangling bond (dangling bond) of the GaAs surface atoms
A chlorine adsorption layer 13 in which chlorine (Cl) atoms are bonded to a ring bond is formed as a protective film of the substrate 12. The chlorine adsorption layer 13 is composed of 1 to 2 atomic layers of Cl.

【0016】このように基板12の表面に塩素吸着層1
3を形成したGaAsウェーハ11は、次のような工程
を経て作成される。すなわち、初めにGaAsの単結晶
インゴットからウェーハを切り出し、切り出されたウェ
ーハの表面を研磨、エッチング、ポリシングにより所定
の厚さとなるように加工する。さらにこの所定の厚さと
なったウェーハを、次亜塩素酸ナトリウムを含む溶液で
のメカノケミカルポリッシュ加工によって表面を鏡面化
し、基板12を形成するGaAsのウェーハを形成す
る。
As described above, the chlorine adsorption layer 1 is formed on the surface of the substrate 12.
The GaAs wafer 11 on which No. 3 has been formed is manufactured through the following steps. That is, first, a wafer is cut from a GaAs single crystal ingot, and the surface of the cut wafer is processed by polishing, etching, and polishing so as to have a predetermined thickness. Further, the wafer having a predetermined thickness is mirror-polished by mechanochemical polishing with a solution containing sodium hypochlorite to form a GaAs wafer for forming the substrate 12.

【0017】続いて図2に示す処理工程にしたがって処
理がなされる。まずHClボイルによる酸処理によって
ウェーハ表面の表面不純物の除去を行う。HClボイル
は〜110℃に加温したHClに約15分間浸す処理
で、これにより汚染された表面不純物の自然酸化膜が除
去されると共に基板12のGaAs原子のダングリング
ボンドにCl原子が結合され、基板12の表面にClが
吸着される。
Subsequently, processing is performed according to the processing steps shown in FIG. First, surface impurities on the wafer surface are removed by acid treatment with HCl boil. The HCl boil is immersed in HCl heated to 110 ° C. for about 15 minutes to remove the natural oxide film of the contaminated surface impurities and to bond Cl atoms to the dangling bonds of GaAs atoms on the substrate 12. Cl is adsorbed on the surface of the substrate 12.

【0018】このような表面不純物の除去等の処理を行
った後、さらに超純水による流水洗浄を行って基板12
表面の塩素吸着量が1013〜1015at/cm2 で、層
厚さがClの1〜2原子層でなる塩素吸着層13を形成
する。流水洗浄は、例えば内容積が約4lの槽を用い4
l/分の流量のもとで約5分間行なっているが、その結
果は図3に横軸に流水時間を取り、縦軸に塩素吸着量を
取って示すように、塩素吸着量は流水時間が長くなれば
なるほど基板12の表面に吸着したClが純水中に溶け
出し、減少してしまう。
After the surface impurities are removed, the substrate 12 is washed with running water.
A chlorine adsorption layer 13 having a surface chlorine adsorption amount of 10 13 to 10 15 at / cm 2 and a layer thickness of 1 to 2 atomic layers of Cl is formed. For washing with running water, use a tank with an internal volume of about 4 l
It is carried out for about 5 minutes under the flow rate of 1 / min. The result is that the horizontal axis shows the flowing water time and the vertical axis shows the chlorine adsorption amount. The longer is, the Cl adsorbed on the surface of the substrate 12 is dissolved in pure water and reduced.

【0019】この洗浄時間の決定は、工程条件を決定す
る初期の段階に、各流水時間で処理した基板12の塩素
吸着量を、基板12表面に全反射条件の下で励起X線を
入射させ、これによって得られる全反射蛍光X線(TR
XF:Total Reflection of Fl
uorescent X−rays)のエネルギースペ
クトルを用いて検出して行う。そして洗浄時間は1013
〜1015at/cm2の塩素吸着量が得られる、例えば
2l/分の流量のもとで4〜8分の間で決定し、基板1
2表面にClの1〜2原子層の塩素吸着層13が形成さ
れるようにする。
In the determination of the cleaning time, in the initial stage of determining the process conditions, the amount of chlorine adsorbed on the substrate 12 treated for each flowing water time is applied to the surface of the substrate 12 by the excitation X-ray under the condition of total reflection. , Total reflection X-ray fluorescence (TR
XF: Total Reflection of Fl
It is detected by using the energy spectrum of the uorecent X-rays). And the cleaning time is 10 13
A chlorine adsorption of -10 15 at / cm 2 is obtained, for example determined under a flow rate of 2 l / min for 4-8 min.
The chlorine adsorption layer 13 having 1 to 2 atomic layers of Cl is formed on the surface 2.

【0020】なお、流水洗浄が長すぎ塩素吸着量が少な
くなり過ぎて所定範囲外となった場合には、再度HCl
ボイルの処理工程を行った後に流水洗浄を行い、また塩
素吸着量が多くて所定範囲外となっている場合には、流
水洗浄を継続して所定範囲に入るようにする。そしてT
RXFによる塩素吸着量の測定・確認は、洗浄条件が決
められた後には省略され、必要に応じて製造条件が変わ
る時やロットが変わる時などに抜き取りを行う等して実
施される。
If the washing with running water is too long and the amount of chlorine adsorbed is too small to be out of the predetermined range, the amount of HCl
After the boiling process is performed, washing with running water is performed. If the amount of adsorbed chlorine is out of the predetermined range, the washing with running water is continued to bring it into the predetermined range. And T
The measurement and confirmation of the amount of adsorbed chlorine by RXF is omitted after the cleaning conditions are determined, and is carried out by, for example, sampling when the manufacturing conditions change or when the lot changes as necessary.

【0021】こうして所定の洗浄が終わった後に乾燥工
程で乾燥されて本実施例のGaAsウェーハ11が形成
される。これによってGaAsウェーハ11は、イオン
性の高い結晶からなりシリコン(Si)よりもアクティ
ブなGaAsの基板12表面が、反応性に富むClによ
って被覆され、このClに大気中のカーボン系不純物が
反応することで保護された状態になる。この後GaAs
ウェーハ11はエピタキシャル成長工程に移送され、表
面にエピタキシャル成長が行われる。
After the predetermined cleaning, the GaAs wafer 11 of this embodiment is formed by being dried in the drying process. As a result, the GaAs wafer 11 is made of a crystal having a high ionicity, and the surface of the GaAs substrate 12 that is more active than silicon (Si) is coated with Cl having a high reactivity, and this Cl is reacted with carbon-based impurities in the atmosphere. It will be protected. After this GaAs
The wafer 11 is transferred to the epitaxial growth step, and the surface is epitaxially grown.

【0022】次に、上述のように構成されたGaAsウ
ェーハ11の作用について、エピタキシャル成長工程を
示しながら説明する。
Next, the operation of the GaAs wafer 11 having the above structure will be described with reference to the epitaxial growth process.

【0023】エピタキシャル成長工程は、分子線エピタ
キシャル成長装置(MBE装置)にGaAsウェーハ1
1を装荷し、MBE装置の内部を10−10Torr台の
高真空状態にまで排気した後、加熱して650℃でGa
Asウェーハ11表面に約2μmの厚さのエピタキシャ
ル層を形成した。同時に、この約650℃まで加熱・昇
温する過程でのGaAsウェーハ11の表面回折パター
ンを反射形高速電子線回折(RHEED:Reflec
tion of High Energy Elect
oron Diffraction)にて観察したとこ
ろ、約200℃から回折パターンが明瞭なものとなり、
約300℃で清浄な表面が得られたことが観察され、こ
の清浄な表面となったGaAsウェーハ11の基板表面
に650℃でエピタキシャル層が形成された。
In the epitaxial growth process, the GaAs wafer 1 is added to the molecular beam epitaxial growth equipment (MBE equipment).
1 was loaded and the inside of the MBE device was evacuated to a high vacuum state of 10 −10 Torr level, and then heated and Ga at 650 ° C.
An epitaxial layer having a thickness of about 2 μm was formed on the surface of the As wafer 11. At the same time, the surface diffraction pattern of the GaAs wafer 11 in the process of heating and raising the temperature to about 650 ° C. is taken as a reflection type high-speed electron beam diffraction (RHEED: Reflect).
tion of High Energy Elect
Oron Diffraction), the diffraction pattern became clear from about 200 ℃,
It was observed that a clean surface was obtained at about 300 ° C., and an epitaxial layer was formed at 650 ° C. on the substrate surface of the GaAs wafer 11 which became this clean surface.

【0024】高温処理の問題が生じる虞のない200〜
300℃と比較的低温の状態で基板12表面が清浄化さ
れたのは、この温度で基板12表面に形成されていた塩
素吸着層13が脱離し、またこの脱離と同時に塩素吸着
層13に吸着されていた大気中から供給されたカーボン
系不純物も脱離したからである。なお650℃までの昇
温は、100℃から50度ステップで行い、各温度状態
を10分間づつ保持するようにして行った。
[0024] There is no risk of high temperature processing problems.
The surface of the substrate 12 was cleaned at a relatively low temperature of 300 ° C. because the chlorine adsorption layer 13 formed on the surface of the substrate 12 was desorbed at this temperature, and at the same time as this desorption, the chlorine adsorption layer 13 was formed on the chlorine adsorption layer 13. This is because the carbon-based impurities supplied from the adsorbed atmosphere were also desorbed. The temperature was raised to 650 ° C. in steps of 50 ° C. from 100 ° C., and each temperature state was maintained for 10 minutes.

【0025】この基板12表面の清浄化は、図4に示す
エピタキシャル層を形成した本発明のGaAsウェーハ
11の不純物濃度プロファイルを、2次イオン質量分析
(SIMS:Secondary Ion Mass
Spectroscopy)で測定した結果、実線aで
示すSiや実線bで示す炭素(C)のように検出限界以
下にあり、鉄(Fe)やClについても同様であること
によって確認された。なお、比較のため従来のHClボ
イル後に有機処理する製法によって形成されたGaAs
ウェーハの基板についてもエピタキシャル層を形成し、
同時に不純物濃度プロファイルを見たところ、エピタキ
シャル層と基板との界面に、破線cで示すSiについて
は1017at/cm3 のピークが見られ、破線dで示す
Cについては1018at/cm3 のピークが見られた。
For cleaning the surface of the substrate 12, the impurity concentration profile of the GaAs wafer 11 of the present invention on which the epitaxial layer shown in FIG. 4 is formed is measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
As a result of measurement by Spectroscopy), it was confirmed that it was below the detection limit like Si shown by a solid line a and carbon (C) shown by a solid line b, and the same was true for iron (Fe) and Cl. For comparison, GaAs formed by the conventional method of organically treating after HCl boil is formed.
An epitaxial layer is formed on the substrate of the wafer,
At the same time, looking at the impurity concentration profile, at the interface between the epitaxial layer and the substrate, a peak of 10 17 at / cm 3 was seen for Si shown by the broken line c and 10 18 at / cm 3 for C shown by the broken line d. The peak of was seen.

【0026】また、従来例に示した他のHClボイル中
に1.42eV以上の紫外光を照射するようにして形成
したGaAsウェーハの基板、あるいは紫外光の照射下
でオゾン(O3 )処理を実施して形成したGaAsウェ
ーハの基板についてもエピタキシャル層を形成し、同時
に不純物濃度プロファイルを見たが、エピタキシャル層
と基板との界面にピーク濃度は下がってはいるがSi及
びCについてピークが見られた。
Further, a substrate of a GaAs wafer formed by irradiating with ultraviolet light of 1.42 eV or more in another HCl boil shown in the conventional example, or ozone (O 3 ) treatment under irradiation of ultraviolet light. An epitaxial layer was also formed on the substrate of the GaAs wafer formed by the execution, and at the same time, the impurity concentration profile was observed, but peaks were observed for Si and C although the peak concentration was lowered at the interface between the epitaxial layer and the substrate. It was

【0027】以上の通り本実施例によれば、GaAsウ
ェーハ11は基板12表面が反応性に富むClでなる塩
素吸着層13で保護被覆されており、高温処理による問
題や基板12に不純物が吸着する等の虞がなく、エピタ
キシャル成長を行う直前の加熱途中で塩素吸着層13が
脱離し、同時に塩素吸着層13に吸着していたカーボン
系不純物をも脱離して基板12表面が極めて清浄度の高
い表面となる。そして清浄度の高い表面に対し高純度の
エピタキシャル成長が行われ、エピタキシャル層と基板
12との界面の不純物濃度は低いものとなる。
As described above, according to this embodiment, the GaAs wafer 11 has the surface of the substrate 12 protected and protected by the chlorine adsorption layer 13 made of highly reactive Cl. The chlorine adsorption layer 13 is desorbed during the heating immediately before the epitaxial growth, and at the same time, the carbon impurities adsorbed on the chlorine adsorption layer 13 are also desorbed, so that the surface of the substrate 12 is extremely clean. It becomes the surface. Then, high-purity epitaxial growth is performed on the surface having high cleanliness, and the impurity concentration at the interface between the epitaxial layer and the substrate 12 becomes low.

【0028】このため、GaAsウェーハ11を用いて
所定のエピタキシャル成長が行い、高純度バッファー層
が求められる電界効果トランジスタ等の電子デバイスを
形成した場合には、耐圧が向上し、エピタキシャル層と
基板12との界面に導電性がないためパラレルコンダク
ションによる特性劣化が少ないものとなる。
Therefore, when a predetermined epitaxial growth is performed using the GaAs wafer 11 to form an electronic device such as a field effect transistor which requires a high-purity buffer layer, the breakdown voltage is improved, and the epitaxial layer and the substrate 12 are Since there is no conductivity at the interface of, the characteristic deterioration due to parallel conduction is small.

【0029】また、図5はGaAsウェーハ11の基板
12にエピタキシャル層を形成し、メサエッチングを行
ったものについてメサ−メサ間の電流I−電圧V特性を
測定したところ、本実施例のものでは実線eで示すよう
にキンクの発生のない良好なものであった。同図中に従
来のGaAsウェーハによる場合のものを実線fで示し
た。さらに本実施例は製造歩留についても安定した良好
なものであった。
Further, FIG. 5 shows that the current I-voltage V characteristic between the mesas of the GaAs wafer 11 having the epitaxial layer formed on the substrate 12 and subjected to the mesa etching was measured. As shown by the solid line e, it was a good one with no kink. In the same figure, the case of using a conventional GaAs wafer is shown by a solid line f. Further, the present example was also stable and favorable in manufacturing yield.

【0030】なお、本実施例で基板12表面に形成され
た塩素吸着層13を層厚さがClの1〜2原子層となる
よう塩素吸着量を1013〜1015at/cm2 としたの
は、塩素吸着量がこれよりも多すぎると余分となってい
るClが大気中の水分と反応して粒子状析出物を基板1
2表面に形成し望ましくなく、これよりも少ないとアク
ティブなGaAsの基板12表面にClによって保護さ
れていない部位が生じ、上記の効果が得られなくなる。
In this embodiment, the chlorine adsorption layer 13 formed on the surface of the substrate 12 has a chlorine adsorption amount of 10 13 to 10 15 at / cm 2 so that the layer thickness is 1 to 2 atomic layers of Cl. The reason is that if the amount of adsorbed chlorine is more than this, excess Cl reacts with moisture in the atmosphere to form particulate precipitates on the substrate 1.
2 is not desirable on the surface, and if less than this, a portion not protected by Cl is generated on the surface of the active GaAs substrate 12 and the above effect cannot be obtained.

【0031】また、基板12表面に塩素吸着層13を形
成するために、上述のものではウェーハ表面の酸化膜の
除去をHClボイルで行い、同時にこれによってGaA
s表面原子のダングリングボンドをCl原子で終端する
ようにしているが、これに限らず塩素プラズマによって
酸化膜の除去を行い、同時にこれによってGaAs表面
原子のダングリングボンドをCl原子で終端するように
してもよい。そしてCl原子で終端するようにした後に
Clの1〜2原子層でなる塩素吸着層13を形成するこ
とで同様の作用・効果が得られる。
Further, in order to form the chlorine adsorption layer 13 on the surface of the substrate 12, in the above-mentioned one, the removal of the oxide film on the wafer surface is performed by HCl boil, and at the same time, GaA
Although the dangling bond of the s surface atom is terminated by the Cl atom, the oxide film is removed by chlorine plasma without being limited to this, and at the same time, the dangling bond of the GaAs surface atom is terminated by the Cl atom. You may The same action and effect can be obtained by forming the chlorine adsorption layer 13 composed of 1 to 2 atomic layers of Cl after terminating with Cl atoms.

【0032】次に、第2の実施例を図6により説明す
る。図6は断面図であって、14はGaAsによって形
成された化合物半導体ウェーハで、GaAsの基板12
のエピタキシャル成長を行おうとする側の表面上には、
自然酸化膜15が形成されており、さらに自然酸化膜1
5上の最表面には塩素吸着層16が形成されている。な
お塩素吸着層16はClの1〜2原子層でなるものであ
る。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view, 14 is a compound semiconductor wafer made of GaAs, and is a GaAs substrate 12.
On the surface where the epitaxial growth of
The natural oxide film 15 is formed, and the natural oxide film 1 is further formed.
A chlorine adsorption layer 16 is formed on the outermost surface on the surface 5. The chlorine adsorption layer 16 is composed of 1 to 2 atomic layers of Cl.

【0033】このように基板12の表面に自然酸化膜1
5及び塩素吸着層16を形成したGaAsウェーハ14
は、次のような工程を経て作成される。すなわち、メカ
ノケミカルポリッシュ加工によって表面が鏡面化した基
板12を形成する。続いてNH4 FあるいはNaOH溶
液の処理等によって汚染された自然酸化膜を除去し、引
き続き流水洗浄を行うことによって基板12の表面に再
び自然酸化膜15を形成する。
Thus, the natural oxide film 1 is formed on the surface of the substrate 12.
5 and a GaAs wafer 14 on which a chlorine adsorption layer 16 is formed
Is created through the following steps. That is, the substrate 12 having a mirror-finished surface is formed by the mechanochemical polishing process. Subsequently, the natural oxide film contaminated by the treatment of NH 4 F or NaOH solution or the like is removed, and then, the natural oxide film 15 is formed again on the surface of the substrate 12 by washing with running water.

【0034】そして第1の実施例と同様の条件によるH
Clボイル、あるいは塩素プラズマによって自然酸化膜
15の除去を、その一部が残るように行う。このような
処理によって自然酸化膜15が一部残っている基板12
の最表面に塩素吸着層16を形成する。
H under the same conditions as in the first embodiment
The native oxide film 15 is removed by Cl boil or chlorine plasma so that a part of it is left. The substrate 12 on which the native oxide film 15 is partially left by such processing
The chlorine adsorption layer 16 is formed on the outermost surface of the.

【0035】このように構成されたものにおいては、エ
ピタキシャル成長を行う際の清浄化のために従来と同様
の比較的高い温度を必要とするが、加熱中に塩素吸着層
16等が脱離して表面が清浄化され、純度の高いエピタ
キシャル成長を行うことができ、エピタキシャル層と基
板12との界面の不純物濃度は低いものとなる。
In the case of such a structure, a relatively high temperature as in the conventional case is required for cleaning during the epitaxial growth, but the chlorine adsorption layer 16 and the like are desorbed during heating and the surface is removed. Are cleaned, epitaxial growth with high purity can be performed, and the impurity concentration at the interface between the epitaxial layer and the substrate 12 becomes low.

【0036】なお、基板12の表面を鏡面化した後、汚
染された自然酸化膜の除去を硫酸及び過酸化水素を含む
酸系エッチング液(H2 SO4 :H2 2 :H2 O=
5:1:1)を用いたエッチング処理によって実施し、
以後は上記した第2の実施例での処理と同様に処理して
自然酸化膜15の一部を残し、基板12の最表面に塩素
吸着層16を形成するようにしても同様の作用・効果が
得られる。
After the surface of the substrate 12 is mirror-finished, the contaminated natural oxide film is removed by using an acid-based etching solution containing sulfuric acid and hydrogen peroxide (H 2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O =
5: 1: 1), and
After that, the same operation and effect can be obtained even if the same processing as in the second embodiment described above is performed to leave a part of the natural oxide film 15 and form the chlorine adsorption layer 16 on the outermost surface of the substrate 12. Is obtained.

【0037】次に、第3の実施例を図7により説明す
る。図7は断面図であって、17はGaAsによって形
成された化合物半導体ウェーハで、GaAsの基板12
のエピタキシャル成長を行おうとする側の表面上には、
AsリッチなGaAs層18とAsリッチな酸化膜19
が形成されており、さらに酸化膜19上の最表面には塩
素吸着層20が形成されている。なお塩素吸着層20は
Clの1〜2原子層でなるものである。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a sectional view, and 17 is a compound semiconductor wafer made of GaAs, which is a GaAs substrate 12.
On the surface where the epitaxial growth of
As-rich GaAs layer 18 and As-rich oxide film 19
And a chlorine adsorption layer 20 is formed on the outermost surface of the oxide film 19. The chlorine adsorption layer 20 is composed of 1 to 2 atomic layers of Cl.

【0038】このように基板12の表面にAsリッチな
GaAs層18とAsリッチな酸化膜19及び塩素吸着
層20を形成したGaAsウェーハ17は、次のような
工程を経て作成される。すなわち、メカノケミカルポリ
ッシュ加工によって表面が鏡面化した基板12を形成す
る。続いて1.42eV以上のUV光を照射しながらの
HClボイルの処理によって汚染された自然酸化膜を除
去し、AsリッチのGaAs層18及びAsリッチの酸
化膜19を形成する。
The GaAs wafer 17 having the As-rich GaAs layer 18, the As-rich oxide film 19 and the chlorine adsorption layer 20 formed on the surface of the substrate 12 in this manner is manufactured through the following steps. That is, the substrate 12 having a mirror-finished surface is formed by the mechanochemical polishing process. Subsequently, the natural oxide film contaminated by the treatment of HCl boil while irradiating the UV light of 1.42 eV or more is removed to form the As-rich GaAs layer 18 and the As-rich oxide film 19.

【0039】そして第1の実施例と同様の条件によるH
Clボイル、あるいは塩素プラズマによってAsリッチ
の酸化膜19の除去を、その一部が残るように行う。こ
のような処理によってAsリッチの酸化膜19が一部残
っている基板12の最表面に塩素吸着層20を形成す
る。
H under the same conditions as in the first embodiment
The As-rich oxide film 19 is removed by Cl boil or chlorine plasma so that a part thereof remains. By such a treatment, the chlorine adsorption layer 20 is formed on the outermost surface of the substrate 12 where a part of the As-rich oxide film 19 remains.

【0040】このように構成されたものにおいては、基
板12の表面にAsリッチなGaAs層18とAsリッ
チな酸化膜19でなる揮発性の高い保護膜と、塩素吸着
層20を形成するものであるため、比較的低い温度で清
浄度の高い表面を得ることができる。そして、C等の不
純物の混入が極めて少ない純度の高いエピタキシャル成
長を行うことができ、エピタキシャル層と基板12との
界面の不純物濃度は低いものとなる。
In such a structure, the chlorine-adsorbing layer 20 and the highly volatile protective film composed of the As-rich GaAs layer 18 and the As-rich oxide film 19 are formed on the surface of the substrate 12. Therefore, it is possible to obtain a highly clean surface at a relatively low temperature. Then, high-purity epitaxial growth in which impurities such as C are extremely mixed can be performed, and the impurity concentration at the interface between the epitaxial layer and the substrate 12 becomes low.

【0041】尚、本発明は上記の各実施例のみに限定さ
れるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更
して実施し得るものである。
The present invention is not limited to each of the above-mentioned embodiments, but can be carried out by appropriately modifying it within the scope of the invention.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
はエピタキシャル成長を行う基板の最外表面を塩素原子
で形成された吸着層によって被覆する構成としたことに
より、エピタキシャル成長を行うにあたって極めて清浄
度が高い表面が得られるように保護膜で被覆した化合物
半導体ウェーハを得ることができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, the outermost surface of the substrate on which the epitaxial growth is performed is covered with the adsorption layer formed of chlorine atoms. It is possible to obtain a compound semiconductor wafer coated with a protective film so as to obtain a high surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す第1の実施例に係る処理工程図であ
る。
FIG. 2 is a process step diagram according to the first embodiment shown in FIG.

【図3】図2における流水時間に対する塩素の吸着量を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an adsorption amount of chlorine with respect to flowing water time in FIG.

【図4】第1の実施例に係るエピタキシャル成長を行っ
た化合物半導体ウェーハの不純物濃度プロファイルを示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an impurity concentration profile of a compound semiconductor wafer which has been epitaxially grown according to the first embodiment.

【図5】第1の実施例に係るエピタキシャル成長後にメ
サエッチングを行った化合物半導体ウェーハのI−V特
性を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing IV characteristics of a compound semiconductor wafer subjected to mesa etching after epitaxial growth according to the first example.

【図6】本発明の第2の実施例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図8】従来の第1の例に係る処理工程図である。FIG. 8 is a process chart of a conventional first example.

【図9】従来の第1の例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a first conventional example.

【図10】従来の第2の例に係る処理工程図である。FIG. 10 is a process step diagram of a second conventional example.

【図11】従来の第2の例を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a second conventional example.

【図12】従来の第3の例に係る処理工程図である。FIG. 12 is a process chart of a conventional third example.

【図13】従来の第2の例を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a second conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12…基板 13…塩素吸着層 12 ... Substrate 13 ... Chlorine adsorption layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ひ化ガリウムの半絶縁性結晶基板と、こ
の基板のエピタキシャル成長を行う最外表面と、この最
外表面を被覆する塩素原子で形成された吸着層とを備え
てなること特徴とする化合物半導体ウェーハ。
1. A gallium arsenide semi-insulating crystal substrate, an outermost surface on which the substrate is epitaxially grown, and an adsorption layer formed of chlorine atoms which covers the outermost surface. Compound semiconductor wafer.
【請求項2】 基板表面のひ化ガリウム原子のダングリ
ングボンドが塩素原子によって終端されていることを特
徴とする請求項1記載の化合物半導体ウェーハ。
2. The compound semiconductor wafer according to claim 1, wherein dangling bonds of gallium arsenide atoms on the surface of the substrate are terminated by chlorine atoms.
【請求項3】 基板表面のひ化ガリウムと吸着層との間
にひ化ガリウムの酸化膜が形成されていることを特徴と
する請求項1記載の化合物半導体ウェーハ。
3. The compound semiconductor wafer according to claim 1, wherein an oxide film of gallium arsenide is formed between the gallium arsenide on the surface of the substrate and the adsorption layer.
【請求項4】 基板表面のひ化ガリウムと吸着層との間
に、主としてひ素を含むひ化ガリウム層及び主としてひ
素を含むひ化ガリウムの酸化膜が形成されていることを
特徴とする請求項1記載の化合物半導体ウェーハ。
4. A gallium arsenide layer mainly containing arsenic and an oxide film of gallium arsenide mainly containing arsenic are formed between the gallium arsenide on the surface of the substrate and the adsorption layer. 1. The compound semiconductor wafer according to 1.
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