JPH07161666A - 化合物半導体ウェハ - Google Patents

化合物半導体ウェハ

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JPH07161666A
JPH07161666A JP31163393A JP31163393A JPH07161666A JP H07161666 A JPH07161666 A JP H07161666A JP 31163393 A JP31163393 A JP 31163393A JP 31163393 A JP31163393 A JP 31163393A JP H07161666 A JPH07161666 A JP H07161666A
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JP
Japan
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wafer
compound semiconductor
semiconductor wafer
curve
back surface
Prior art date
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JP31163393A
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English (en)
Inventor
Takehiko Tani
毅彦 谷
Harunori Sakaguchi
春典 坂口
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】サーマルクリーニングを安定且つ容易に行な
え、高品質なエピタキシャル層の成長を実現する。 【構成】化合物半導体ウェハの裏面を粗面化して放射吸
収能を高める。粗面化度は表面粗さをR=Rmax /Lで
定義するとき(但し、Rmax :基準長さls について平
均線に平行な二直線で断面曲線を挟んだときの二直線の
間隔、平均線:断面曲線または粗さ曲線までの偏差の自
乗和が最小になるように設定した線、L:基準長さls
において、隣り合う凸部の最高部までの平均距離で、L
≦15μmとする。)、R≧0.15とする。これによ
りウェハの放射熱の吸収能が増加する。

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ウェハに係
り、特にウェハ裏面の粗さを規定することにより放射吸
収能を高めてサーマルクリーニング特性を向上させるも
のに関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体は、ショットキゲート電界
効果トランジスタ(MESFET)、高移動度トランジ
スタ(HEMT)、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
(HBT)の他、種々の受発光デバイスの作製にも用い
られる。
【0003】これらの素子は鏡面ウェハ面にMBE(分
子線エピタキシャル成長)法、MOVPE(有機金属気
相エピタキシャル成長)法により能動層をエピタキシャ
ル成長することにより作製される。
【0004】鏡面ウェハは一般に次の手順で作製され
る。インゴットをスライスしてウェハを切り出す。この
ウェハの両面を粒径数μm の砥粒を用いてラッピングし
た後エッチングを施す。この段階で両面ともやや平坦に
なり擬似的鏡面となる。
【0005】エッチング後、片面研磨の場合には表面の
みをメカノケミカル研磨により鏡面に仕上げる。両面研
磨の場合には裏面も同時にメカノケミカル研磨により鏡
面に仕上げる。次いで洗浄を行ない、最後にウェハを乾
燥する。このような工程によりウェハの裏面は、擬似的
鏡面もしくは鏡面に仕上げられる。
【0006】エピタキシャル成長には、このウェハをそ
ままま用いる場合もあるが、多くの場合、エピタキシャ
ル成長前に前処理として、ウェハ表面を1〜2μm エッ
チングしたウェハを用いる。そしてエピタキシャル炉内
で熱処理(サーマルクリーニング)によりウェハ表面の
清浄化を行なった後、エピタキシャル成長する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、MB
E法によるエピタキシャル成長では、ウェハはInハン
ダによってモリブデンブロックに貼り付けられ、そのブ
ロックをヒータで加熱する方法がとられていた。つまり
ウェハはブロックからの熱伝導によって加熱されてい
た。この間接加熱方法をとっている限りにおいてはサー
マルクリーニングは問題とならなかった。
【0008】これに対して最近、ウェハ裏面から放射熱
で直接加熱される方法がとられるようになってきた。し
かし、この新しい直接加熱方法では、前述した擬似的鏡
面もしくは鏡面を裏面に有するウェハを用いると、MB
E炉内でのサーマルクリーニングに時間がかかり、その
時間が安定しないという問題があった。
【0009】また、サーマルクリーニングを完全に行な
えないため、ウェハ表面の酸化物が残留し、その後のエ
ピタキシャル成長において良好な結晶成長ができない場
合もあった。
【0010】本発明者等は、そのような問題のあるサー
マルクリーニングがウェハ裏面の表面粗さと関係がある
という知見に基づいて本発明を創案するに致ったもので
ある。
【0011】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、サーマルクリーニングを安定且つ容易に行な
え、高品質なエピタキシャル層を成長できる新規な化合
物半導体結晶ウェハを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体ウ
ェハは、粗面化して放射吸収能を高めた裏面を有するも
のである。
【0013】裏面の粗面化度は、ウェハ裏面の表面粗さ
Rを次式で定義したとき、 R=Rmax /L(無次元) Rmax :基準長さls について平均線に平行な二直線で
断面曲線を挟んだときの二直線の間隔(最大高さ) 平均線:断面曲線または粗さ曲線までの偏差の自乗和が
最小になるように設定した線 L:基準長さls において、隣り合う凸部の最高部まで
の平均距離。L≦15μm とする。
【0014】R≧0.15 とする。なお、0.1<R<0.15としてもよいが、
そのウェハは特性が不安定であるので、上記R値とする
ことが好ましい。
【0015】なお、粗面化する方法として、粒径数μm
のアルミナやジルコニウムなどの砥粒で研磨する方法や
サンドブラストする方法がある。これらの方法で研磨し
た後、さらにエッチングしてもよい。また、化合物半導
体はIII −V族化合物半導体等であり、III −V族化合
物半導体はGaAsやInP等である。
【0016】
【作用】裏面が粗面化されたウェハは放射熱の吸収能が
増加する。この理由は、ウェハ裏面に入射した赤外線
は、裏面の微小な凹凸部において多重乱反射してウェハ
に吸収される率が増加し、またウェハ裏面から外部に反
射され、あるいはウェハを透過する赤外線の割合が低下
するためである。この効果はR<0.15であるとあま
り表れないが、特に表面粗さRが0.15以上の場合に
顕著に表れる。
【0017】このように本発明によればウェハの裏面を
粗面化したことにより、ウェハの放射吸収能が向上する
ため、MBE炉によりウェハ裏面から放射熱で直接加熱
される方法がとられても、炉内でのサーマルクリーニン
グに時間がかからず、安定かつ容易となる。またサーマ
ルクリーニングが完全に行なえるため、ウェハ表面の酸
化物が残留するというようなこともない。したがって、
その後のエピタキシャル成長で良好な結晶ができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の化合物半導体ウェハをGaA
sに適用した実施例を説明する。GaAs単結晶インゴ
ットをスライスしてGaAsウェハを切り出す。このウ
ェハの両面を粒径数μm のアルミナ砥粒を用いてラッピ
ングした後エッチングを施す。エッチング液には硫酸系
エッチャント(H2 SO4 −H2 2 −H2 O)やアン
モニア系エッチャント(NH4 OH−H2 2 −H
2 O)等を使用し、ウェハ表面を数μm エッチングす
る。このときのエッチングで裏面の表面粗さを R≧0.15 (1) に制御する。
【0019】ここで、表面粗さは R=Rmax /L (2) と定義している。但し、 Rmax :基準長さls について平均線に平行な二直線で
断面曲線を挟んだときの二直線の間隔(図2参照) 平均線:断面曲線または粗さ曲線までの偏差の自乗和が
最小になるように設定した線 L:基準長さls において、隣り合う凸部の最高部まで
の平均距離。L≦15μm とする(図3参照)。
【0020】上記のようにウェハ両面をエッチング後、
さらに表面のみをメカノケミカル研磨により鏡面に仕上
げる。次に脱脂洗浄、極く僅かなエッチング作用をもつ
洗浄液での洗浄および超純粋洗浄を行なう。最後にウェ
ハをIPA(イソプロピールアルコール)乾燥法または
スピン乾燥法により乾燥する。この工程によりウェハの
裏面は従来よりも粗面化されることになる。
【0021】このようなウェハを、MBE法によってエ
ピタキシャル成長させるために、MBE装置内に入れ、
Inハンダによってモリブデンブロックに貼り付ける。
そしてウェハ裏面から放射熱で直接加熱してサーマルク
リーニングを行ない、ウェハ表面の酸化物を昇華、蒸発
させ表面清浄化を行なった後、エピタキシャル成長す
る。
【0022】この際、この直接加熱法によってサーマル
クリーニングを行なっても、ウェハ裏面が粗面化されて
いるので、放射熱の吸収能が良く、サーマルクリーニン
グに時間がからず、安定に行なうことができる。このた
めMBEプロセスの時間を短縮することができる。また
高品質で安定なエピタキシャルウェハが得られる。
【0023】次に上記したGaAsウェハの具体例を説
明する。
【0024】(実施例1)試料には半絶縁性LECGa
As結晶ウェハを用いた。裏面は粒径1〜20μm のア
ルミナ砥粒で研磨した後、H2 SO4 −H2 2 −H2
Oのエッチャントで1〜2μm エッチングし、裏面の表
面粗さRを0から0.4まで変化させた。なお、従来の
ウェハのRは0〜0.1程度である。表面には通常のメ
カノケミカル研磨を施して鏡面に仕上げた。
【0025】これらのウェハの表面を1〜2μm エッチ
ング前処理した後、MBE装置に投入し、次に述べるプ
ロセスでエピタキシャル成長した。
【0026】まず、ウェハ温度600℃でAs分子線を
照射しながらサーマルクリーニングを行なった。ウェハ
温度が600℃に達してからRHEED(反射高エネル
ギー電子回折)観察により、ウェハの最表面が最も安定
な状態になる原子配列を示す(2×4)パターンが現わ
れるまでの時間をサーマルクリーニング時間とし、この
時間を測定した。この後、520℃に降温し、アンドー
プGaAsを0.8μm 、SiドープGaAsを0.2
μm 成長した。
【0027】ウェハ裏面の表面粗さのサーマルクリーニ
ング時間に及ぼす影響を図1に示す。図中のプロットに
おいて良好なエピタキシャル層表面であったものは白
丸、くもり等の表面異常が発生したものは黒丸で表し
た。サーマルクリーニング時間は表面粗さが大きくなる
と共に減少し、0.15以上で1分以内と極く短時間と
なる。またそのばらつきも40秒以内と安定していた。
Rが0.15よりも小さい場合は、エピタキシャル層表
面にくもり等の異常が発生するものも見られたが、0.
15以上では安定して良好なエピタキシャル層が得られ
た。
【0028】n型、p型GaAs結晶ウェハにも同様の
実験を行なったところ、上記と同様の結果が得られた。
【0029】(実施例2)試料に半絶縁性、n型および
p型InP結晶ウェハを用いて実施例1と同じ実験を行
なったところ、実施例1の場合と同じ結果が得られた。
この結果から見て、II−VI族結晶ウェハへの適用も可能
と思われる。
【0030】以上述べたように本実施例によれば、今ま
で余り重要視されていなかったウェハ裏面の表面粗さを
規定して放射熱の吸収能を高めるようにしたので、今後
ますます普及するものと予測される直接加熱方式をとる
MBEのニーズに十分応えることができる。
【0031】
【発明の効果】(1) 請求項1に記載の発明によれば、裏
面を粗面化して放射吸収能を高めるようにしたので、サ
ーマルクリーニングを安定且つ容易に行なえ、高品質な
エピタキシャル層を成長できる。
【0032】(2) 請求項2に記載の発明によれば、最適
なウェハ裏面の粗さを規定したので、放射吸収能を確実
に向上させることができ、サーマルクリーニングを安
定、短時間、かつ完全に行なうことができる。また、完
全にサーマルクリーニングできるため、高品質なエピタ
キシャル層を安定して成長でき、歩留りを上げることが
できる。
【0033】さらに本発明のウェハを製造するにあたっ
ては、新たな装置は必要はなく、これまでのウェハ加工
装置を使用でき、ウェハ加工工程の極く一部の条件を変
更するだけで良いので、経済的に有利である。
【0034】(3) 請求項3〜5に記載の発明によれば、
化合物半導体を量産化されているIII −V族化合物半導
体やGaAsやInPとしたから経済性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の化合物半導体ウェハの実施例を説明す
るためのGaAsウェハ裏面の表面粗さがサーマルクリ
ーニング時間に及ぼす影響を説明する分布特性図。
【図2】最大高さRmax の定義の説明図。
【図3】平均距離Lの定義の説明図。
【符号の説明】
s 基準長さ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放射吸収能をもたせるために粗面化した裏
    面を有する化合物半導体ウェハ。
  2. 【請求項2】上記粗面化度は表面粗さを次式で定義した
    とき、 R=Rmax /L Rmax :基準長さls について平均線に平行な二直線で
    断面曲線を挟んだときの二直線の間隔 平均線:断面曲線または粗さ曲線までの偏差の自乗和が
    最小になるように設定した線 L:基準長さls において、隣り合う凸部の最高部まで
    の平均距離(L≦15μm とする) R≧0.15 である請求項1に記載の化合物半導体ウェハ。
  3. 【請求項3】上記化合物半導体はIII −V族化合物半導
    体である請求項1または2に記載の化合物半導体ウェ
    ハ。
  4. 【請求項4】上記III −V族化合物半導体はGaAsで
    ある請求項3に記載の化合物半導体ウェハ。
  5. 【請求項5】上記III −V族化合物半導体はInPであ
    る請求項3に記載の化合物半導体ウェハ。
JP31163393A 1993-12-13 1993-12-13 化合物半導体ウェハ Pending JPH07161666A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014159052A (ja) * 2013-02-19 2014-09-04 Rohm Co Ltd チップ部品およびその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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