JPH07263454A - Forming method of wafer having low dislocation - Google Patents

Forming method of wafer having low dislocation

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JPH07263454A
JPH07263454A JP5415994A JP5415994A JPH07263454A JP H07263454 A JPH07263454 A JP H07263454A JP 5415994 A JP5415994 A JP 5415994A JP 5415994 A JP5415994 A JP 5415994A JP H07263454 A JPH07263454 A JP H07263454A
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JP
Japan
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wafer
semiconductor layer
layer
forming
film
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JP5415994A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Yamaichi
英治 山市
Nagayasu Yamagishi
長保 山岸
Takashi Ueda
孝 上田
Aotake Kou
青竹 高
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for forming a GaAs layer having low dislocation on an Si wafer. CONSTITUTION:After a GaAs layer 12 is formed on a wafer 10, an insulating film 14 whose thermal expansion coefficient is smaller than that of the GaAs layer is formed on the Gage layer. The insulating film is partly etched and eliminated, and a mask layer is formed by forming holes 15 in the insulating film. This formed structure body is annealed by at least one time heat cycle treatment in the temperature range, D from 400 deg.C to 950 deg.C. After that, at least a new second GaAs layer is formed on a semiconductor layer.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、低転位を有するウエ
ハの形成方法、特に、シリコン(Si)ウエハ上にII
I−V族系半導体層を積層させる、低転位を有するウエ
ハの形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a wafer having low dislocations, and more particularly to a method for forming a wafer on a silicon (Si) wafer.
The present invention relates to a method for forming a wafer having low dislocations, in which IV group semiconductor layers are stacked.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、シリコン(Si)ウエハ上に高品
質のIII−V族系半導体層(例えばGaAs層)を成
長させた新しい機能デバイスが注目を集めている。この
機能デバイスは、シリコンとGaAsのそれぞれの特徴
を生かして構成することができる。しかしながら、文献
I(「The Influence of Growt
h Temperature and Thermal
Annealingon the Stress i
n GaAs Layeres Grownon Si
Substrates」、T.Ueda、at a
l,Japanese Jounal of Appl
ied Physics,Vol.27,No.10,
(1988)、PP.1815〜1818)にも開示さ
れているように、シリコン及びGaAs材料のそれぞれ
の熱膨張係数が異なるため、シリコンウエハ上にGaA
s層を形成したとき、GaAsとシリコンとの界面或い
はGaAs層中に多数の転位が発生する。この転位は、
所定の温度のもとでシリコンウエハ上にGaAs層をエ
ピタキシャル成長させた後、室温まで冷却する際に発生
する。例えば、シリコンウエハ上にGaAs層を成長さ
せる場合、成長温度のもとでは、GaAs層中に発生す
る転位密度が1×10 (cm-2)のオーダであった
ものが、冷却過程において1×106 (cm-2)のオー
ダに増加してしてしまうことが文献IIに開示されてい
る(文献II参照:「Dislocation gen
eration of GaAs on Si in
thecooling stage」、Appl,Ph
ys,Lett,56,(22)、P2225、(19
90))。
2. Description of the Related Art In recent years, a new functional device in which a high quality III-V group semiconductor layer (for example, GaAs layer) is grown on a silicon (Si) wafer has attracted attention. This functional device can be constructed by taking advantage of the characteristics of silicon and GaAs. However, reference I (“The Influence of Growth”
h Temperature and Thermal
Annealing on the Stress i
n GaAs Layers Grownon Si
Substates ", T.W. Ueda, at a
l, Japanese Journal of Appl
ied Physics, Vol. 27, No. 10,
(1988), PP. 1815-1818), since silicon and GaAs materials have different thermal expansion coefficients, GaA on a silicon wafer is
When the s layer is formed, many dislocations occur at the interface between GaAs and silicon or in the GaAs layer. This dislocation is
It occurs when a GaAs layer is epitaxially grown on a silicon wafer at a predetermined temperature and then cooled to room temperature. For example, in the case of growing a GaAs layer on a silicon wafer, the dislocation density generated in the GaAs layer at the growth temperature was on the order of 1 × 10 4 (cm −2 ), but was 1 during the cooling process. It is disclosed in Document II that the number increases to the order of × 10 6 (cm −2 ) (see Document II: “Dislocation gen”).
association of GaAs on Si in
"the cooling stage", Appl, Ph
ys, Lett, 56, (22), P2225, (19
90)).

【0003】このため、機能デバイスにGaAs/Si
ウエハを用いる場合、GaAs層中の転位密度を低減さ
せる方法がどうしても必要となり、このため従来、例え
ば文献IIIや文献IVに開示されているような方法が
提案されている(文献III:「Defect str
uctures at the GaAs/Si in
terface after annealing」、
Appl,Phys,Lett,51,No.2、P1
30、(1987)、文献IV:「Defect re
duction in GaAs epitaxial
layerusing a GaAsP−InGaP
strained layersuperlatti
ce」、Appl,Phys,Lett,Vol.4
6,No.3、P294、(1985))。
Therefore, GaAs / Si is used as a functional device.
When a wafer is used, a method of reducing the dislocation density in the GaAs layer is inevitably necessary. Therefore, conventionally, methods such as those disclosed in Documents III and IV have been proposed (Document III: "Defect str").
structures at the GaAs / Si in
interface after annealing ”,
Appl, Phys, Lett, 51, No. 2, P1
30, (1987), Reference IV: "Defect re.
reduction in GaAs epitaxy
layering a GaAsP-InGaP
trained layer superlatti
ce ”, Appl, Phys, Lett, Vol. Four
6, No. 3, P294, (1985)).

【0004】先ず、文献IIIでは、Si基板上に成長
させたGaAs層に対して900℃程度の加熱温度でア
ニールを繰り返す方法が提案されており、文献IVで
は、Si基板上にGaAsP/InGaPなどの歪超格
子を形成し、その後、この歪超格子上にGaAs層を成
長させる方法が提案されている。
First, in Document III, a method of repeating annealing at a heating temperature of about 900 ° C. for a GaAs layer grown on a Si substrate is proposed, and in Document IV, GaAsP / InGaP or the like on a Si substrate is proposed. Has been proposed, and then a GaAs layer is grown on this strained superlattice.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の文献III及び文献IVに開示されているいず
れの方法であっても、Siウエハ上に形成されたGaA
s層中の転位密度を1×106 (cm-2)以下にするこ
とが難かしかった。Siウエハ上の形成されたGaAs
中に転位が多く発生して、転位密度が大きくなると、デ
バイス特性(例えば出力)に悪影響を及ぼすことにな
る。
However, in any of the methods disclosed in the above-mentioned conventional literatures III and IV, the GaA formed on the Si wafer is used.
It was difficult to set the dislocation density in the s layer to 1 × 10 6 (cm −2 ) or less. GaAs formed on Si wafer
If a large number of dislocations are generated therein and the dislocation density increases, the device characteristics (for example, output) will be adversely affected.

【0006】このため、シリコンウエハ上に低転位を有
するIII−IV族系の半導体層を形成する方法が望ま
れていた。
Therefore, a method for forming a III-IV group semiconductor layer having a low dislocation on a silicon wafer has been desired.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このため、この発明によ
れば、Siウエハ上にIII−IV族系の半導体層を形
成した後、この半導体層上に、この半導体層の熱膨張係
数より熱膨張係数の小さな絶縁膜を形成する。その後、
この絶縁膜を部分的にエッチング除去し、この絶縁膜に
穴を設けて、マスク層を形成する。
Therefore, according to the present invention, after the III-IV group semiconductor layer is formed on the Si wafer, the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer is higher than that of the semiconductor layer on the semiconductor layer. An insulating film having a small expansion coefficient is formed. afterwards,
The insulating film is partially removed by etching, a hole is formed in the insulating film, and a mask layer is formed.

【0008】続いて、マスク層を有する構造体を400
℃から950℃の温度範囲で少なくとも一回の熱サイク
ル処理を行って、アニールを行い、その後、半導体層上
に少なくとも一層のIII−V族系の第二半導体層を形
成する。
Subsequently, a structure having a mask layer is formed into 400
A thermal cycle treatment is performed at least once in the temperature range of 950 ° C. to 950 ° C., annealing is performed, and then at least one III-V group second semiconductor layer is formed on the semiconductor layer.

【0009】[0009]

【作用】上述したこの発明は、Siウエハ上にIII−
V族系の半導体層を形成した後、この半導体上に、この
半導体層の熱膨張係数より熱膨張係数の小さな絶縁膜を
形成する。このため、絶縁膜と半導体層との熱膨張係数
の違いによって、Siウエハと半導体層との引張応力が
調整される。そして、この絶縁膜を部分的にエッチング
除去して、マスク層を形成し、その後、上述した構造体
を、400℃から950℃の温度範囲で所定の回数の熱
サイクル処理を行ってアニールする。このとき、400
℃の温度から転位が動き易い状態になり、シリコン(S
i)ウエハ、半導体層、及びマスク層間の引張応力の相
互作用によって、半導体層と接触しているマスク層の端
面及び側面周縁部分に半導体層中の転位が集中して発生
するようになる。また、上限値950℃にしたのは、製
造時の作業性(時間の短縮化)が良いためである。この
とき、マスク層で覆われていない半導体層中の転位は低
減される(詳細は後述する)。
The present invention described above has III-
After forming the V-group semiconductor layer, an insulating film having a thermal expansion coefficient smaller than that of the semiconductor layer is formed on the semiconductor layer. Therefore, the tensile stress between the Si wafer and the semiconductor layer is adjusted due to the difference in thermal expansion coefficient between the insulating film and the semiconductor layer. Then, the insulating film is partially removed by etching to form a mask layer, and then the above-described structure is annealed by performing a predetermined number of thermal cycles in the temperature range of 400 ° C. to 950 ° C. At this time, 400
From the temperature of ° C, dislocations become easy to move and silicon (S
i) Due to the interaction of the tensile stress between the wafer, the semiconductor layer, and the mask layer, dislocations in the semiconductor layer are concentrated on the end face and the side peripheral portion of the mask layer in contact with the semiconductor layer. Further, the upper limit value of 950 ° C. is set because workability (reduction of time) during manufacturing is good. At this time, dislocations in the semiconductor layer not covered with the mask layer are reduced (details will be described later).

【0010】そして、転位の発生の少ない半導体層上に
少なくとも一層の新たな第二半導体層を形成するが、こ
の第二半導体層は、半導体層と熱膨張係数がほぼ同一で
ある材料を用いるため、歪みの少ない第二半導体層を半
導体層上に形成することができる。このため、Siウエ
ハ上に低転位を有する半導体層及び第二半導体層を形成
することができる。
Then, at least one new second semiconductor layer is formed on the semiconductor layer in which dislocations are less likely to occur. This second semiconductor layer uses a material having a thermal expansion coefficient substantially the same as that of the semiconductor layer. A second semiconductor layer with less strain can be formed on the semiconductor layer. Therefore, a semiconductor layer having a low dislocation and a second semiconductor layer can be formed on the Si wafer.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の低転位を
有するウエハの形成方法について説明する。なお、各図
は、この発明が理解できる程度に、各構成成分の形状、
大きさ及び配置を概略的に示してあるにすぎない。ま
た、以下、説明する実施例は単なる好適例にすぎず、し
たがって、この発明はこれら実施例のみになんら限定さ
れるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming a wafer having low dislocations according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, each figure is, to the extent that the present invention can be understood, the shape of each component,
The size and arrangement are only shown schematically. The embodiments described below are merely preferred examples, and the present invention is not limited to these embodiments.

【0012】図1の(A)〜(C)、図2及び図3は、
この発明の実施例の形成方法を説明するための工程図及
び熱処理の説明図である。なお、図3の熱処理の説明図
は、横軸に時間をとり、縦軸に温度を取って表してい
る。
1A to 1C, 2 and 3,
6A to 6C are process diagrams and heat treatment explanatory diagrams for explaining a forming method according to an embodiment of the present invention. In the explanatory view of the heat treatment in FIG. 3, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature.

【0013】先ず、シリコン(Si)ウエハの上面の酸
化膜とか不純物を除去するため、予め、Siウエハを例
えば900℃程度で加熱処理(図3の期間(I))を行
う。その後、Siウエハ上にIII−V族系の半導体層
12を形成する。この半導体層12として、例えばGa
As層を用いる。このときGaAs層12を形成する方
法としては、MOCVD(Metal Organic
−ChemicalVapor Depositio
n)法を用い、炉内に三塩化ひ素(AsCl3)とガリ
ウム(Ga)とを供給し、例えば650℃の加熱温度の
下で、Siウエハ上にGaAs層12を形成する(図1
の(A)及び図3の期間(II))。このとき、GaA
s層12の膜厚を、好ましくは3μm程度とするのが良
い。
First, in order to remove the oxide film and impurities on the upper surface of the silicon (Si) wafer, the Si wafer is preliminarily heat-treated at about 900 ° C. (period (I) in FIG. 3). After that, the III-V group semiconductor layer 12 is formed on the Si wafer. As the semiconductor layer 12, for example, Ga
An As layer is used. At this time, as a method for forming the GaAs layer 12, MOCVD (Metal Organic) is used.
-Chemical Vapor Deposition
n) method, arsenic trichloride (AsCl 3 ) and gallium (Ga) are supplied into the furnace to form the GaAs layer 12 on the Si wafer at a heating temperature of, for example, 650 ° C. (FIG. 1).
(A) and period (II) of FIG. 3). At this time, GaA
The thickness of the s layer 12 is preferably about 3 μm.

【0014】次に、Siウエハ10上にGaAs層12
が形成されてなる構造体を自然冷却または強制冷却した
後、この構造体を別の炉に移してGaAs層12上にこ
のGaAs層12の熱膨張係数より熱膨張係数の小さい
絶縁膜14を形成する(図1の(B))。この絶縁膜1
4として、この実施例ではシリコン酸化(SiO2 )膜
を用いる。また、SiO2 膜14を形成する方法とし
て、例えばCVD法を用いて以下の好適な条件のもと
で、GaAs層12上にSiO2 膜14を形成する。
Next, the GaAs layer 12 is formed on the Si wafer 10.
After naturally cooling or forcibly cooling the structure formed by forming the structure, the structure is transferred to another furnace and an insulating film 14 having a thermal expansion coefficient smaller than that of the GaAs layer 12 is formed on the GaAs layer 12. ((B) of FIG. 1). This insulating film 1
4, a silicon oxide (SiO 2 ) film is used in this embodiment. As a method of forming the SiO 2 film 14, for example, the CVD method is used to form the SiO 2 film 14 on the GaAs layer 12 under the following preferable conditions.

【0015】SiO2 膜の形成条件 ガスの組成:モノシラン(SiH4 )+酸素(O2 ) 減圧CVDのガス圧:2〜3Torr 炉内温度:約300℃ このとき、SiO2 膜14の膜厚を約3000Åとす
る。なお、このとき形成されるSiO2 膜14の熱膨張
係数は5×10-7であり、これに対してGaAs層12
の熱膨張係数は6.86×10-6である。
Conditions for forming SiO 2 film Gas composition: monosilane (SiH 4 ) + oxygen (O 2 ) Gas pressure of low pressure CVD: 2-3 Torr Furnace temperature: about 300 ° C. At this time, film thickness of SiO 2 film 14 To about 3000Å. The thermal expansion coefficient of the SiO 2 film 14 formed at this time is 5 × 10 −7 , whereas the GaAs layer 12 is
Has a thermal expansion coefficient of 6.86 × 10 −6 .

【0016】次に、フォトリソグラフィー法を用いて、
SiO2 膜14にレジストパタンを形成した後(図示せ
ず)、ふっ化水素(HF)溶液に試料を浸漬して、Si
2膜14をエッチングする。その後、アセトン溶液を
用いてレジストパタンを除去してSiO2 膜に穴をもう
けて、マスク層を形成する(図1の(C))。この図1
の(C)の(i)は平面図であり、(ii)は(i)の
ii線断面図である。このとき、SiO2 膜14の形状
は、部分的に複数の穴15を設けるように形成してもよ
く(図1の(C))、或いは図4の(A)及び(B)に
示すように、ストラリプ状の穴13を設けても良い。な
お、図1の(C)では、上部に概略的平面図を示し、下
部に窓15の中心に対して水平に沿って切断したときの
要部断面図を示している。また、図4の(A)及び
(B)は、GaAs層12上にストライプ状のSiO2
膜14を形成した例を示している。このとき、図1の
(C)及び図4の(A)及び(B)のいずれのSiO2
膜の形状にもSiO2 膜14の存在する領域とSiO2
膜の存在しない領域とが形成される。なお、マスク層の
材料として、SiO2 膜の代わりに、シリコン窒化膜を
用いても良い。
Next, using the photolithography method,
After forming a resist pattern on the SiO 2 film 14 (not shown), the sample is dipped in a hydrogen fluoride (HF) solution to form Si.
The O 2 film 14 is etched. After that, the resist pattern is removed using an acetone solution to make a hole in the SiO 2 film to form a mask layer ((C) of FIG. 1). This Figure 1
(C) of (i) is a plan view, and (ii) is a sectional view taken along line ii of (i). At this time, the shape of the SiO 2 film 14 may be formed such that a plurality of holes 15 are partially provided ((C) of FIG. 1), or as shown in (A) and (B) of FIG. Alternatively, a stralip-shaped hole 13 may be provided. In addition, in FIG. 1C, a schematic plan view is shown in the upper part, and a main part cross-sectional view taken along a horizontal line with respect to the center of the window 15 is shown in the lower part. In addition, FIGS. 4A and 4B show stripe-shaped SiO 2 on the GaAs layer 12.
An example in which the film 14 is formed is shown. At this time, any of the SiO 2 of FIG. 1 (C) and FIG. 4 (A) and (B)
Also present in the SiO 2 film 14 into the shape of the membrane area and the SiO 2
Regions where no film is present are formed. As a material for the mask layer, a silicon nitride film may be used instead of the SiO 2 film.

【0017】次に、図1の(C)の構造体を、MOCV
D法を用いたときと同様な加熱炉を用いて、400℃か
ら950℃の温度範囲で少なくとも一回の熱サイクル処
理を行ってアニールする。この実施例では、熱サイクル
処理温度を以下の通り行った。すなわち、高温部を90
0℃に設定して、低温部を600℃に設定する。そし
て、炉内に水素(H2 )ガスとアルシン(AsH3 )ガ
スの混合ガスを供給して、加熱温度を900℃から60
0℃の熱サイクル処理を3回繰り返した。このとき、好
ましくは、900℃での保持時間を約3分程度とするの
が良い(図3の期間(III))。このとき、GaAs
層12中の転位は、400℃の温度から動き出して、高
温度になるにしたがってSiO2 膜とGaAs層との引
張応力によるストレスが調整される。このとき、ストレ
スは、900℃の加熱温度で、構造体を3分間処理すれ
ばほぼ調整できる。この実施例では、熱サイクル処理を
3回行うことによって、転位をGaAs層12と接触す
るSiO2 膜14の側縁面に転位を完全に集中できた。
Next, the structure of FIG.
Using a heating furnace similar to that used in method D, annealing is performed by performing thermal cycle treatment at least once in the temperature range of 400 ° C to 950 ° C. In this example, the thermal cycle processing temperature was as follows. That is, 90
Set to 0 ° C and set low temperature to 600 ° C. Then, a mixed gas of hydrogen (H 2 ) gas and arsine (AsH 3 ) gas is supplied into the furnace to increase the heating temperature from 900 ° C. to 60 ° C.
The heat cycle treatment at 0 ° C. was repeated 3 times. At this time, the holding time at 900 ° C. is preferably about 3 minutes (period (III) in FIG. 3). At this time, GaAs
The dislocations in the layer 12 start to move from the temperature of 400 ° C., and the stress due to the tensile stress between the SiO 2 film and the GaAs layer is adjusted as the temperature rises. At this time, the stress can be almost adjusted by treating the structure at a heating temperature of 900 ° C. for 3 minutes. In this example, by performing the thermal cycle treatment three times, the dislocations could be completely concentrated on the side edge surface of the SiO 2 film 14 in contact with the GaAs layer 12.

【0018】また、この熱サイクル処理を行うことによ
って、上述したようにGaAs層12とSiO2 膜14
の熱膨張係数が異なるため、SiO2 膜14の存在する
部分とSiO2 膜14の存在しない部分との境界領域1
7に大きなストレスが集中して発生する。そして、この
ストレスにより、GaAs層12中に発生する転位また
は移動する転位が境界領域17に集中して発生するよう
になる。この様子を示したのが図5の(A)〜(C)で
ある。なお、図5の(C)のエッチピットの観察には、
水酸化カリウム(KOH)溶液を用いて、試料をエッチ
ングした後、光学顕微鏡でエッチピットを観察した結果
を図5の(C)に示してある。また、図5の(A)〜
(C)では、図面を理解し易くするため、断面を示すハ
ッチングを一部除いてある。
Further, by performing this thermal cycle treatment, as described above, the GaAs layer 12 and the SiO 2 film 14 are formed.
For thermal expansion coefficients are different, the boundary region 1 between nonexistent part of the portion and the SiO 2 film 14 in the presence of SiO 2 film 14
Large stress is concentrated on 7. Then, due to this stress, dislocations generated or moved in the GaAs layer 12 are concentrated in the boundary region 17. This is shown in FIGS. 5A to 5C. In addition, for the observation of the etch pit of FIG.
The results of observing the etch pits with an optical microscope after etching the sample with a potassium hydroxide (KOH) solution are shown in FIG. 5 (C). In addition, FIG.
In (C), hatching showing a cross section is partially removed to facilitate understanding of the drawing.

【0019】図5の(A)は、Siウエハ10上にGa
As層12を形成した段階での転位18の発生状況を示
す。なお、ここでは、SiO2 膜14は、図4に示した
ストライプ状のパタンを例にとって説明する。
In FIG. 5A, Ga is formed on the Si wafer 10.
The generation state of dislocations 18 at the stage of forming the As layer 12 is shown. Here, the SiO 2 film 14 will be described by taking the striped pattern shown in FIG. 4 as an example.

【0020】図5の(A)から理解できるように、転位
18は、Siウエハ10とGaAs層12との界面方向
から、GaAs層12の上面に沿って多数発生してい
る。
As can be understood from FIG. 5A, many dislocations 18 are generated along the upper surface of the GaAs layer 12 from the interface direction between the Si wafer 10 and the GaAs layer 12.

【0021】次に、このGaAs層12上にSiO2
14を形成した後、熱サイクル処理を行ったときの転位
の状況を図5の(B)及び(C)に示す。
Next, FIGS. 5B and 5C show the state of dislocations when the thermal cycle process is performed after the SiO 2 film 14 is formed on the GaAs layer 12.

【0022】図5の(B)及び(C)からも理解できる
ように、熱サイクルを行った後の転位20は、GaAs
層12と接合するストライプ状のSiO2 膜14の境界
領域17に集中して発生している。また、図5の(C)
の平面図からも理解できるように、SiO2 膜が存在し
ない領域aには、殆どエッチピット22は、発生しない
のに対し、SiO2 膜が存在する領域bには、エッチピ
ット22がSiO2 膜14の側縁面に沿って多数発生
し、かつSiO2 膜14の存在する領域bにもエッチピ
ット22がわずかに存在する。この理由については、以
下のように考えられる。
As can be understood from FIGS. 5B and 5C, the dislocations 20 after the thermal cycle are GaAs.
It is concentrated on the boundary region 17 of the stripe-shaped SiO 2 film 14 that is joined to the layer 12. Also, FIG. 5 (C)
As it can be understood from the plan view of, in the region a where the SiO 2 film is not present, almost the etch pit 22, while not occur in a region b where the SiO 2 film is present, the etch pits 22 are SiO 2 A large number of etch pits 22 are formed in the region b where the SiO 2 film 14 is present, which are generated in large numbers along the side edge surface of the film 14. The reason for this is considered as follows.

【0023】熱サイクル処理を行うことによって、Ga
As層12とSiO2 膜14との熱膨張係数が異なるた
め、GaAs層12と接触しているSiO2 膜14の境
界領域17の部分にストレスがかかり、このストレスに
よってGaAs層12中の転位が発生或いは移動するの
で、GaAs層12と接触しているSiO2 膜14の境
界領域17に転位が集中するものと推測される。また、
GaAs層12上にSiO2 膜14があるため、熱膨張
係数の異なるSiウエハ10とGaAs層12との引張
応力が、調整され、かつ緩和される。このため、SiO
2 膜14が存在しない領域aのGaAs層12の引張応
力が低減されので、SiO2 膜14の存在しないGaA
s層12中には転位が発生しなくなるものと推測され
る。
By performing the thermal cycle treatment, Ga
Since the As layer 12 and the SiO 2 film 14 have different thermal expansion coefficients, stress is applied to the boundary region 17 of the SiO 2 film 14 in contact with the GaAs layer 12, and this stress causes dislocations in the GaAs layer 12. It is presumed that dislocations are concentrated in the boundary region 17 of the SiO 2 film 14 which is in contact with the GaAs layer 12 because it is generated or moved. Also,
Since the SiO 2 film 14 is provided on the GaAs layer 12, the tensile stress between the Si wafer 10 and the GaAs layer 12 having different thermal expansion coefficients is adjusted and relaxed. Therefore, SiO
Since the tensile stress of the GaAs layer 12 in the region a where the 2 film 14 does not exist is reduced, GaA where the SiO 2 film 14 does not exist.
It is presumed that dislocations do not occur in the s layer 12.

【0024】上述した理由により、SiO2 膜が存在し
ない領域aの転位密度を顕微鏡(例えば、光学顕微鏡)
で観察して、転位密度を測定した結果、転位密度が10
5 (cm-2)程度であることがわかった。
For the above-mentioned reason, the dislocation density of the region a where the SiO 2 film does not exist is measured by a microscope (for example, an optical microscope).
And the dislocation density was measured, the dislocation density was found to be 10
It was found to be about 5 (cm -2 ).

【0025】次に、再度MOCVD法を用いて、炉内に
トリメチルガリウム(TMG)、及びアルシン(AsH
3 )の混合ガスを水素と共に導入して、任意好適な加熱
処理を行って、SiO2 膜14上に新たなIII−V族
系の第二半導体層16を形成する(図2)。このとき、
SiO2 膜14上に形成された第二半導体層16を第二
GaAs層とする。この第二GaAs層16の膜厚をS
iO2 膜と同じ約3000Å程度としても良く、または
設計値に合わせて任意の膜厚にしてあっても良い。この
とき、SiO2 膜14上には第二GaAs層16が堆積
されず、SiO2 膜14の存在しない領域aにのみ、第
二GaAs層16が形成される、いわゆる選択成長が起
こる。したがって、転位密度が105 cm-2程度のGa
As層12の領域(SiO2 膜がない領域)上に形成さ
れた第二GaAs層16は、更に転位密度の小さい第二
GaAs層16が得られる。
Next, using the MOCVD method again, trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH) are placed in the furnace.
The mixed gas of 3 ) is introduced together with hydrogen, and any suitable heat treatment is performed to form a new III-V group second semiconductor layer 16 on the SiO 2 film 14 (FIG. 2). At this time,
The second semiconductor layer 16 formed on the SiO 2 film 14 is a second GaAs layer. The thickness of the second GaAs layer 16 is S
The thickness may be about 3000Å, which is the same as that of the iO 2 film, or may be an arbitrary film thickness according to the design value. At this time, on the SiO 2 film 14 is not deposited a second GaAs layer 16, only a nonexistent region a of the SiO 2 film 14, the second GaAs layer 16 is formed, a so-called selective growth occurs. Therefore, Ga having a dislocation density of about 10 5 cm -2
The second GaAs layer 16 formed on the region of the As layer 12 (region without the SiO 2 film) can obtain the second GaAs layer 16 having a smaller dislocation density.

【0026】上述した実施例で形成された低転位を有す
るウエハ上にデバイス素子を形成し、その後ダイシング
して使用することにより、電気特性の優れた機能デバイ
スが形成できる。
By forming a device element on the wafer having low dislocations formed in the above-described embodiment and then dicing and using it, a functional device having excellent electric characteristics can be formed.

【0027】また、この発明の実施例では、SiO2
14の膜厚を約3000Å程度にしたが、なんらこの値
に限定されるものではなく、SiO2 膜14のパタン形
状とかGaAs層12の膜厚によって任意に変えても良
い。
Further, in the embodiment of the present invention, the film thickness of the SiO 2 film 14 is set to about 3000 Å, but it is not limited to this value at all, and the pattern shape of the SiO 2 film 14 or the GaAs layer 12 is not limited. It may be arbitrarily changed depending on the film thickness.

【0028】また、この実施例では、半導体層12にG
aAs、第二半導体層16にGaAsの化合物材料をそ
れぞれ使用した例につき説明したが、なんらこの材料に
限定されるものではなく、例えば、半導体及び第二半導
体層の組み合わせを、GaP/GaP、GaSb/Ga
Sb、及びInP/InP等としてあっても良い。
Further, in this embodiment, the semiconductor layer 12 has a G
Although an example in which a compound material of GaAs is used for the aAs and the second semiconductor layer 16 has been described, the material is not limited to this material, and for example, a combination of a semiconductor and a second semiconductor layer may be GaP / GaP, GaSb. / Ga
It may be Sb, InP / InP, or the like.

【0029】[0029]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の低転位を有するウエハの形成方法によれば、半
導体層に接触するマスク層の穴の側縁面或いは端縁面の
境界部分に転位を集中させて形成することができるの
で、マスク層が存在しない半導体層中の転位密度が小さ
くなる。したがって、転位の少ない半導体層の部分に新
たな第二半導体層を形成することにより、第二半導体層
の転位密度を、更に小さくすることが可能になる。した
がって、低転位を有するウエハを用いることによって、
電気特性の優れたデバイスを形成することができる。
As is apparent from the above description, according to the method for forming a wafer having low dislocations according to the present invention, the boundary portion of the side edge surface or the edge surface of the hole of the mask layer contacting the semiconductor layer. Since dislocations can be concentrated and formed in the semiconductor layer, the dislocation density in the semiconductor layer where the mask layer does not exist becomes small. Therefore, the dislocation density of the second semiconductor layer can be further reduced by forming a new second semiconductor layer in the portion of the semiconductor layer having few dislocations. Therefore, by using a wafer with low dislocations,
A device having excellent electrical characteristics can be formed.

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

【図1】(A)〜(C)は、この発明の実施例を説明す
るために供する工程図である。
1 (A) to 1 (C) are process drawings provided for explaining an embodiment of the present invention.

【図2】図1の後工程を説明するために供する工程図で
ある。
FIG. 2 is a process chart provided for explaining a post process of FIG.

【図3】この発明の熱処理を説明するために供する説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram provided for explaining a heat treatment of the present invention.

【図4】(A)〜(B)は、ストライプ状のSiO2
の境界領域に発生する転位を説明するために供する概略
的平面図及び断面図である。
4A and 4B are a schematic plan view and a cross-sectional view provided for explaining dislocations generated in a boundary region of a stripe-shaped SiO 2 film.

【図5】(A)〜(C)は、製造工程段階ごとの転位の
発生状態を説明するために供する断面図及び平面図であ
る。
5A to 5C are a cross-sectional view and a plan view for explaining a dislocation generation state at each manufacturing process step.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:Siウエハ 12:GaAs層 14:SiO2 膜 13、15:穴 16:第二GaAs層 17:境界領域 18、20:転位 22:エッチピット10: Si wafer 12: GaAs layer 14: SiO 2 film 13, 15: Hole 16: Second GaAs layer 17: Boundary region 18, 20: Dislocation 22: Etch pit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高 青竹 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Taka Aotake 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Siウエハ上にIII−V族系の半導体
層を形成した後、アニール処理を行って低転位を有する
ウエハを形成するに当たり、(a)前記半導体層上に、
該半導体層の熱膨張係数より熱膨張係数の小さな絶縁膜
を形成する工程と、(b)前記絶縁膜を部分的にエッチ
ング除去し、該絶縁膜に穴を設けて、マスク層を形成す
る工程と、(c)前記(b)工程で形成された構造体を
400℃から950℃の温度範囲で少なくとも一回の熱
サイクル処理を行ってアニールする工程と、(d)前記
半導体層上に、少なくとも一層の新たなIII−V族系
の第二半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とす
る低転位を有するウエハの形成方法。
1. When forming a III-V group semiconductor layer on a Si wafer and then performing an annealing treatment to form a wafer having low dislocations, (a) on the semiconductor layer,
Forming an insulating film having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the semiconductor layer; and (b) partially removing the insulating film by etching to form a hole in the insulating film to form a mask layer. And (c) a step of annealing the structure formed in the step (b) at least once in a temperature range of 400 ° C. to 950 ° C. for annealing, and (d) on the semiconductor layer, And a step of forming at least one new III-V group second semiconductor layer.
【請求項2】 請求項1に記載の低転位を有するウエハ
の形成方法において、 前記半導体層の材料を、ガリウムヒ素(GaAs)、ガ
リウムリン(GaP)、ガリウムアンチモン(GaS
b)、及びインジウムリン(InP)群の中から選ばれ
た一種類の化合物とすることを特徴とする低転位を有す
るウエハの形成法。
2. The method for forming a wafer having low dislocations according to claim 1, wherein the material of the semiconductor layer is gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), gallium antimony (GaS).
b) and a method of forming a wafer having low dislocations, which is one kind of compound selected from the group of indium phosphide (InP).
【請求項3】 請求項1に記載の低転位を有するウエハ
の形成方法において、 前記第二半導体層の材料を、ガリウムヒ素(GaA
s)、ガリウムリン(GaP)、ガリウムアンチモン
(GaSb)、及びインジウムリン(InP)群の中か
ら選ばれた一種類の化合物とすることを特徴とする低転
位を有するウエハの形成方法。
3. The method for forming a wafer having low dislocations according to claim 1, wherein the material of the second semiconductor layer is gallium arsenide (GaA).
s), gallium phosphide (GaP), gallium antimony (GaSb), and one kind of compound selected from the group of indium phosphide (InP), and a method for forming a wafer having low dislocations.
【請求項4】 請求項1に記載の低転位を有するウエハ
の形成方法において、 前記絶縁膜の材料を、酸化シリコン(SiO2 )または
窒化けい素(SiN)とすることを特徴とする低転位
を有するウエハの形成方法。
4. The method for forming a wafer having low dislocations according to claim 1, wherein the material of the insulating film is silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x ). Method of forming a wafer having dislocations.
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