JPH0883769A - エピタキシャル成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 機械的加工にともなう加工歪みを除去するウ
ェットエッチングを行なった半導体基板を長期の経過に
関わらず直前にウエット処理による前洗浄を行なうこと
なく、化学的気相成長装置にセットし、前記成長装置内
でガスによる気相エッチング処理を行い、引き続き結晶
成長を行なうことを特徴とするエピタキシャル成長方
法。 【効果】 本発明によれば、エピタキシャル成長前にウ
ェット処理による前洗浄することなく、ＣＶＤ装置内に
半導体基板をセットし、ガスエッチングに続いてエピタ
キシャル成長を行なうことにより、従来のエピタキシャ
ル層と変わらない品質のエピタキシャル層を得ることが
できる。また、ウェット処理による前洗浄作業にともな
うエッチングムラによる表面の荒れやダレ、取扱いミス
等によるワレ、表面の汚れ、乾燥不十分によるシミ等の
不都合による成長結晶の品質低下、廃棄品がなくなると
ともに、作業に要する手間を削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体のエピタキシャ
ル成長方法に関し、特に化学的気相成長法によるエピタ
キシャル成長方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体基板上にエピタキシャ
ル成長（結晶成長）した半導体薄膜結晶を得るため化学
的気相成長法（以下ＣＶＤと記す）が広く用いられてい
る。従来のＣＶＤ法によるエピタキシャル成長法の一例
である減圧ＣＶＤ法を説明する。図２に断面図として示
す減圧ＣＶＤ装置により３−５族化合物半導体、例えば
ＧａＡｓ基板にエピタキシャル成長する場合について説
明する。基板は単結晶インゴットをスライスし、つづい
て機械的研磨を行い、つづいてウェットエッチ（化学的
研磨）により機械的研磨時発生した表面の機械的加工歪
層を除去して作られる。

【０００３】上記のウェットエッチ後直ちにエピタキシ
ャル成長を行なう場合は、そのまま後述する減圧ＣＶＤ
成長装置で成長を行なうことは出来る。しかし、通常は
基板製造場所とエピタキシャル成長場所が異なったり、
処理能力が異なったりして、エッチング後に輸送の時間
とか、長時間の保管を要する。このことにより、その間
に基板には酸化とか、汚れとかが発生している虞れがあ
るので、エピタキシャル成長の直前に上記物質を除去す
るために、ウェット処理（前洗浄）を実施している。前
洗浄は、基板がＧａＡｓやＩｎＰ等の３−５族化合物半
導体の場合には硫酸、過酸化水素水および水の混合液に
より、例えば１〜２μｍのエッチングを行い、つづいて
純水で洗浄後乾燥する。通常は直ちに成長装置にセット
してエピタキシャル成長作業を行なう。直ちにセット出
来ない場合は、清浄な不活性ガス例えば窒素ガス雰囲気
に保管する。この場合、一時保管の期限は数時間以内で
管理し、基板表面の酸化および汚れを防止している。エ
ピタキシャル成長に用いる減圧ＣＶＤ装置は図２に示す
ように、ガス導入口１とガス排気口２を有するベース板
３とベルジャー４で気密に構成された反応室５からな
り、反応室５内には、基板７を載せるサセプタ８を保持
し、中央がガス導入口１になっている回転可能なサセプ
タ支持台６とサセプタ８の下には誘導加熱ヒータ９を配
置している。

【０００４】この装置によるエピタキシャル成長作業を
説明する。 １）前述の前洗浄を行なった３−５族化合物半導体基板
７例えばＧａＡｓ基板をサセプタ８上にセットし、ベー
ス板３とベルジャー４との気密をとった後、排気ポンプ
（図示せず）を働かせガス排口２から反応室５の空気を
抜き出し、その後ガス導入口１よりパージスズ例えばア
ルゴンガスを導入する。 ２）十分空気がなくなりアルゴンガスに変わった時点で
導入ガスを水素ガスに切り換えるとともにサセプタ８の
昇温を誘導加熱ヒータ９により開始する。 ３）サセプター８の温度が上昇し５族元素この場合は砒
素が昇華し始める温度になる前の例えば４００℃になっ
たら砒素元素を含むガス、例えばアルシンガス（砒素の
水素化物）をガス導入口１から導入しつつさらに昇温を
行なう。 ４）基板７の温度が所定の成長温度（例えば６００〜６
５０℃）になって安定したら、材料系のガスをガス導入
口１より導入してエピタキシャル成長を行なう。材料系
ガスは例えばＧａＡｓの成長を行なう場合は例えば有機
金属化合物すなわちガリュウムの有機化合物、アルシン
ガスおよび不純物として例えばシリコン原子を含む化合
物ガスを導入して成長を行なう。 ５）所定時間の成長を行なって、所定の厚みのエピタキ
シャル層が形成されたら材料系ガスを止め、砒素を含む
ガス例えばアルシンガスを導入しつつ温度を下げ、アル
ゴンガスに置換後エピタキシャル成長の終わった基板を
取り出して作業を終了する。ＣＶＤによるエピタキシャ
ル成長は上述した減圧ＣＶＤ方式に限らず、設備、材料
ガスの種類は多い。しかしながらいずれの成長方法によ
る場合も、基板７の機械的加工歪みを取り除くためのエ
ッチング工程は基板製造メーカーが行ないう、エピタキ
シャル成長工程は半導体素子メーカーが行なう。したが
って、その間の時間が長く、いずれの成長方法を用いて
も成長直前にウェットエッチまたは水、薬液等による洗
浄等ウェット処理による前洗浄を行なうのが一般的であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のＣＶ
Ｄによる半導体基板上へのエピタキシャル成長の方法で
は、エピタキシャル成長作業の直前に前洗浄を行なう。
このことにより、エッチングムラによる表面の荒れやダ
レの発生、取扱いミス等によるワレ、表面の汚れ、乾燥
不十分により生ずるシミ等前洗浄作業にともなう不都合
が生じていた。さらにこの作業に手間も要していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のエピタ
キシャル成長方法は、機械的加工にともなう加工歪みを
除去する化学的エッチングを行なった半導体基板が保管
・輸送等で長期の経過する工程後、直前にウエット処理
による前洗浄を行なうことなく前記基板を化学的気相成
長装置にセットし、前記成長装置内でガスによる気相エ
ッチング処理を行い、引き続き結晶成長を行なうことを
特徴とするエピタキシャル成長方法である。さらに、前
記ガスによる気相エッチング処理後、基板の温度を成長
時の温度を越えて高く上げるサーマルクリーニングを行
なった後、成長時の温度に戻し、引き続き結晶成長を行
なうこともできる。

【０００７】

【作用】上記の手段によれば、成長装置に基板をセット
してガスによるエッチング処理を行なうので、基板の機
械的加工歪みを除去する化学処理後の経過時間が長く、
多少の酸化や汚れがあっても除去されて良好な結晶成長
が行なわれるので、成長装置へセットする直前のウェッ
ト処理による前洗浄を実施しない。そこで、ウェット処
理による前洗浄作業にともなうエッチングムラによる表
面の荒れやダレ、取扱いミス等によるワレ、表面の汚
れ、乾燥不十分によるシミ等の不都合による成長結晶の
品質低下、廃棄品がなくなるとともに、作業に要する手
間を削減できる。

【０００８】

【実施例】この発明について、従来のエピタキシャル成
長方法の一例として用いた図２の減圧ＣＶＤを用いて、
従来の例と同様ＧａＡｓ基板にエピタキシャル成長する
場合について説明する。

【０００９】図１は本実施例のエピタキシャル成長方法
の工程フローを示す。 １）基板は従来と同様ＧａＡｓ単結晶インゴットをスラ
イスし、機械的研磨後化学的エッチング行なって作られ
る。 ２）その後、輸送、保管等で長期間経過しても、本発明
においてはウェット処置による前洗浄を行なうことなく
ＧａＡｓ基板７をそのままサセプタ８上にセットし、ベ
ース板３とベルジャー４との気密をとった後、排気ポン
プ（図示せず）を働かせガス排気口２から反応室５の空
気を抜き出し、その後ガス導入口１よりアルゴンガスを
導入する。 ３）十分空気がなくなりアルゴンガスに変わった時点で
導入ガスを水素ガスに切り換えるとともにサセプタ８の
昇温を誘導加熱ヒータ９により開始する。 ４）エッチングのために設定した温度例えば４００℃に
達したらその温度に保持するとともにエッチングガス、
例えば本実施例のようにＧａＡｓの場合は水素のハロゲ
ン化物例えば塩化水素、臭化水素等を導入して所定量の
エッチング例えば１μｍが行なわれる時間保持する。エ
ッチングガスは基板の材質に応じて選定することができ
る。 ５）所定のエッチングが終了したらエッチングガスの導
入を止め、砒素を含むガス例えばアルシンを導入しつ
つ、再度サセプタ８およびその上の基板７の昇温を行な
う。 ６）成長を行なう温度まで温度が上昇したら、引き続き
結晶成長を行なっても良いが、本実施例においては成長
温度を越えて高温例えば８００℃まで昇温してサーマル
クリーニングを行なう。 ７）その後サセプタ８および基板７の温度を成長温度例
えば６００〜６５０℃の範囲で選定した温度まで下げ、
安定後材料系ガス例えばＧａＡｓ結晶の成長の場合、ガ
リウムの有機化合物と砒素を含む化合物例えばアルシン
を導入し、さらに不純物としてシリコンを含む化合物ガ
スも導入して成長を行なう。 ８）所定の膜厚を得る時間成長を行なった後、材料系ガ
スの導入を止め、砒素を含む化合物の雰囲気で基板の温
度を下げ、その後反応室５内をアルゴンガスに置換して
基板７を取り出す。

【００１０】本実施例によれば、基板の加工歪みを除く
ウェットエッチ後の経過時間が長いにもかかわらず、成
長工程の直前にウェット処理による前洗浄を行なうこと
なくＣＶＤ装置に基板７をセットしても成長に先立っ
て、成長装置内でガスエッチによる前洗浄を行なうの
で、経過時間が長いことに伴う汚れや酸化等の表面の変
質に伴う不都合はないことに加え、ウェット処理による
前洗浄作業にともなうエッチングムラによる表面の荒れ
やダレ、取扱いミス等によるワレ、表面の汚れ、乾燥不
十分によるシミ等の不都合による成長結晶の品質低下、
廃棄品がなくなるとともに、作業に要する手間を削減で
きる。さらに、本実施例においては結晶成長に先立ち成
長温度より高い温度でのサーマルクリーニングも合わせ
て行なうので基板７の表面はより完全になる。上記実施
例においては、ガスエッチングを行なう間、一定温度に
保持したが、基板の温度上昇速度を管理しつつその途中
においてガスエッチングを行なっても良い。しかし、輸
送、長期保管の間の汚れが目視できなくともひどい場合
は、ガスエッチで完全に汚れが除去出来ない虞れがある
ので、細心の注意を払って保管する必要がある。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば、エピタキシャル成長前
にウェット処理による前洗浄することなく、ＣＶＤ装置
内に半導体基板をセットし、ガスエッチングに続いてエ
ピタキシャル成長を行なうことにより、従来のエピタキ
シャル層と変わらない品質のエピタキシャル層を得るこ
とができる。また、ウェット処理による前洗浄作業にと
もなうエッチングムラによる表面の荒れやダレ、取扱い
ミス等によるワレ、表面の汚れ、乾燥不十分によるシミ
等の不都合による成長結晶の品質低下、廃棄品がなくな
るとともに、作業に要する手間を削減できる。また、ガ
スエッチングに続いてサーマルエッチングを行なうこと
によって、さらに品質の良いエピタキシャル層を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のエピタキシャル成長方法の工程フロ
ー

【図２】 エピタキシャル成長に用いる減圧ＣＶＤ装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機械的加工にともなう加工歪みを除去する
   ウェットエッチングを行なった半導体基板が保管、輸送
   等で長期の経過する工程後、直前にウエット処理による
   前洗浄を行なうことなく、前記基板を化学的気相成長装
   置にセットし、前記成長装置内でガスによる気相エッチ
   ング処理を行い、引き続き結晶成長を行なうことを特徴
   とするエピタキシャル成長方法。
2. 【請求項２】前記ガスによる気相エッチング処理後、基
   板の温度を成長時の温度を越えて高く上げるサーマルク
   リーニングを行なった後、成長時の温度に戻し、引き続
   き結晶成長を行なうことを特徴とする請求項１に記載の
   エピタキシャル成長方法。