JPH01287941A - 絶縁分離構造の化合物半導体基板およびその製造方法 - Google Patents

絶縁分離構造の化合物半導体基板およびその製造方法

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JPH01287941A
JPH01287941A JP63117614A JP11761488A JPH01287941A JP H01287941 A JPH01287941 A JP H01287941A JP 63117614 A JP63117614 A JP 63117614A JP 11761488 A JP11761488 A JP 11761488A JP H01287941 A JPH01287941 A JP H01287941A
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JP
Japan
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single crystal
layer
gaas
compound semiconductor
substrate
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JP63117614A
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Kuninori Kitahara
邦紀 北原
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】 〔概 要〕 SOI構造の半導体基板に関し。
絶縁体によって電気に分離された島状の化合物半導体単
結晶層を有する基板を提供することを目的とし。
第1のシリコン単結晶基板表面に誘電体膜を形成する工
程と、該誘電体膜を挟んで該第1および第2のシリコン
単結晶基板を接合する工程と、該第1または第2のシリ
コン単結晶基板のいずれか一方を所望の形状と厚さを有
する複数の島状単結晶層に加工する工程と、該島状単結
晶層上に化合物半導体単結晶層をエピタキシャル成長さ
せる工程とを含むようにして構成される。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、 5OI(Silicon on In5u
lator)構造によって絶縁分離された化合物半導体
単結晶層を有する基板およびその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
シリコン(Si)基板上にガリウム砒素(GaAs)等
の化合物半導体をエピタキシャル成長させる。いわゆる
GaAs on Si技術の開発が盛んに行われている
GaAs on Si構造により、大径の化合物半導体
基板が低コストで得られ、化合物半導体を用いる電子装
置の量産性の向上、低コスト化が実現でき、また、Si
がGaAsに比べて高い熱伝導性を有することから、こ
の種の電子装置の高速動作に対する制約が緩和される利
点がある。さらに、 GaAs on Si構造は、 
Si基板に形成される電子装置とGaAs基板に形成さ
れる電子装置とを一つの基板に集積したモノリシック複
合集積回路を可能にするものとして期待されている。現
在、 GaAs以外の■−V族およびn−vi族の化合
物半導体についても、同様の構造の開発が進められてい
る。
従来のGaAs on Si技術においては、第3図に
示すように、シリコンウェハのような単結晶基板l上に
単結晶GaAs層2を直接にエピタキシャル成長させた
構造となっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来のGaAs on Si構造における単結晶G
aAs層2に集積回路を形成する場合、素子間の電気的
′4@、縁(素子間分離)が問題となっている。通常の
化合物半導体を用いる電子装置においては、比抵抗が1
xlO’ohm −cm以上の半絶縁性のGaAs基機
上に動作層となるGaAs層をエピタキシャル成長させ
この中にMESFET (金属−半導体電界効果トラン
ジスタ)等の素子を形成していた。したがって、素子間
の電気的分離が容易であり、その結果、素子の寄生容量
が小さくでき、高速動作に有利な構造を有していた。
しかしながら、 GaAs on Si構造においては
、−般にSi基板の導電性が103〜10’ohn+ 
−co+程度であるために、素子間分離に特別の工夫を
必要とする。
GaAs等の化合物半導体に対しては、 Si基板に対
して一般的に用いられているLOCO5法のような絶縁
分離方法が適用できないため、 Si基板を用いる半導
体装置に比べて素子間分離が容易でないと言う問題があ
った。
ところで、Si基板上に絶縁層を形成し、この絶縁層上
に生成されたSi単結晶層に素子を形成する。
いわゆる5OI(Silicon on In5ula
tor)技術がある。
SOIによる素子間分離は+ GaAs on Si構
造にとって望ましい解決方法であるが、現状では、 S
in、等の絶縁層上には多結晶のGaAs層しか形成す
ることができない。
本発明はSOI と同等の構造を有するGaAs on
 Si構造の基板、すなわち、絶縁層によって分離され
た島状の化合物半導体単結晶層を有する基板を提供する
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、シリコン単結晶基板上に形成された誘電体
膜と、該誘電体膜上の所定領域に形成された島状シリコ
ン単結晶層と、該シリコン単結晶層上に形成された化合
物半導体単結晶層とから成ることを特徴とする本発明に
係る絶縁分離構造の化合物半導体基板、および、第1の
シリコン単結晶基板表面に誘電体膜を形成する工程と、
該誘電体膜を挟んで該第1および第2のシリコン単結晶
基板を接合する工程と、該第1または第2のシリコン単
結晶基板のいずれか一方を所望の形状と厚さを有する複
数の島状単結晶層に加工する工程と。
核晶状単結晶層上に化合物半導体単結晶層をエピタキシ
ャル成長させる工程とを含むことを特徴とする本発明に
係る絶縁分離構造の化合物半導体基板製造方法によって
達成される。
〔作 用〕
GaAsが、 Si単結晶基板上では単結晶層として成
長し、 5i02上では多結晶層として生成する性質を
利用する。すなわち、 SiO□股上に島状のSi層を
形成しておき、この島状Si層上にGaAs単結晶層を
エピタキシャル生成させる。単結晶層に対して不純物を
ドープすることにより、所望の電気的性質を付与する。
一方、 5iOz膜上に生成した多結晶は。
不純物がドープされても高抵抗のままである。このよう
にして、 Sin、膜および高抵抗の多結晶GaAs層
によって電気的に分離された島状のGaAs単結晶層を
有する構造が形成される。
SiO□膜上に島状Si層を形成するために、シリコン
ウェハの貼り合わせ技術を用いる。表面にSin。
層が形成されたシリコンウェハどうしを密着させ。
加熱あるいは電界を印加の下で加熱して接着したのち、
一方のウェハを加工して島状St層を形成する。上記貼
り合わせ技術によれば、 SiO□膜上にシリコン単結
晶を成長させる方法に比べて低コストで島状Si層を形
成でき、この島状Si層と5iOz膜との界面に転位が
発生しないため、結晶の品質がすぐれている。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の1実施例の工程における要部断面図で
あって、まず、第1図(alに示すように。
シリコンウェハ等の単結晶基板lおよび4′を用意する
。単結晶基板1および4′の少なくとも一方には2例え
ば熱酸化法等により厚さ50nm程度の5i02膜3を
設けておく。第1図(blに示すように。
単結晶基板1および4′を5iOz膜3を間に挟んで重
ね合わせて1100℃に加熱する。この際、密着性を高
めるために、加熱時に単結晶基板l−4′間に士数10
0νのパルス電圧を印加すると有効である。
次いで、単結晶基Fi1および4′の一方1例えば単結
晶基板4′を、必要に応じて機械研磨および化学研磨を
併用して、0.3〜3μmの厚さにしたのち1通常のり
ソゲラフ技術を用いて、所定形状にパターンニングする
。このようにして、第1図(C)に示すように、 Si
ng膜3上に島状Si層4が形成される。
第1図(C)に示す構造の単結晶基板1を気相成長装置
内に設置し9周知の2段階成長法を用いて。
以下の手順によりGaAs層を形成する。
■水素で希釈したアルシン(A5H3)を気相成長装置
内に導入し、高周波誘導加熱により、単結晶基板1を9
00〜1000℃で10〜30分間ベーキングしたのち
、温度を400〜500℃に下げる。気相成長装置内の
圧力は約100Torrに保持する■温度が安定したの
ち、それぞれ水素で希釈したASH3とトリメチルガリ
ウム(TMG: (coal) zGa)を気相成長装
置内に導入し、 GaAs層の成長を行う■GaAs層
の厚さが約0.01μlに達したら、 TMGの導入の
みを止め、 GaAs層の成長を停止する。
■AsH,を導入したままの状態で、温度を700〜7
50℃に上げ、温度が安定したのち、 TMGの導入を
再開し+ GaAs層の成長を行う。
■GaAs層の厚さが所望の値(例えば3μm)に達し
たら、 AsH3およびTMGの導入ならびに加熱を停
止する。
上記により、第1図(dlに示すように、島状Si層4
上にはGaAs単結晶層5が、また、 SiO□膜3上
にはGaAs多結晶層6が、それぞれ生成する。GaA
s単結晶層5はSiO2膜3および高抵抗のGaAs多
結晶層6によって互いに電気的に分離された構造であり
GaAs on St on In5ulatorと言
うべき構造をなしている。
第2図は第1図(d)に示す本発明の絶縁分離構造の化
合物半導体基板を用いて形成されたMESFETの構造
を示す要部断面図である。形成するデバイスの種類に応
じて、 GaAs単結晶層5の電気的特性と厚さを制御
する必要がある。上記のMESFETを形成する場合に
は、上記■の工程において、厚さ約3μmのGaAs単
結晶層を形成したのち、引続き所定導電型を有する厚さ
約0.3μmのGaAs動作層をエピタキシャル成長さ
せる。
第2図において、符号7は不純物をドープせずに成長し
た高抵抗の単結晶GaAs層7であり、符号8は9例え
ばStを2xlO”cm−’の濃度にドープしたn型の
GaAsエピタキシャル成長層である。不純物Stのド
ープは、上記■の工程において、原料ガスのAsHzお
よびTMGとともに1例えばシラン(SiH4)を気相
成長装置内に導入して行う。多結晶GaAs層6上にも
Siがドープされた層(図示省略)が生成するが、多結
晶GaAs層6の高抵抗性には変わりはない。
以後1通常の工程にしたがって、n型GaAs層8上の
所定領域に、 Au/Ge合金から成るソース電極9、
ドレイン電極10.ゲート電極11をそれぞれ形成し、
 GaAsMES FETの基本構造ができあがる。
上記実施例においては、 MOCVD法によりGaAs
層を形成する場合を例として説明したが、第1図(C)
に示す基板上にMBE法を用いてGaAs層を生成させ
ることも可能である。また、 GaAs層以外の■−■
族あるいはII−Vl族の化合物半導体、または、これ
ら化合物半導体の混晶を同様に生成させることも可能で
ある。
GaAs多結晶層6を選択的に除去すれば、 SiO□
膜3上にGaAs単結晶層5のみを有する構造が得られ
る。また、気相成長装置内において、第1図(C)の基
板を500℃に加熱しておき、 GaおよびAsの原料
ガスを交互に導入する原子層エピタキシ(ALE)法を
用いれば、 SiO□膜3上にはGaAs多結晶層6が
生成せず、島状Si層4上のみにGaAs単結晶層5を
選択成長させることができるので、上記単結晶GaAs
層5のみを有する構造の形成が簡略化される。
なお、上記実施例における島状Si層4は、 SiO□
等の絶縁層上に生成された多結晶Si層を単結晶化する
周知のSol技術により形成されたSi層であってもよ
い。この場合には、基板1は必ずしも単結晶基板である
必要はない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、絶縁分離型の化合物半導体層を有する
基板を提供でき、高性能の化合物半導体集積回路を製造
可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の工程における要部断面図。 第2図は本発明の絶縁分離構造の化合物半導体基板を用
いて形成されたMESFETの構造を示す要部断面図。 第3図は従来のGaAs on St構造を示す要部断
面図 である。 図において。 ■と4′は単結晶基板。 2と5はGaAs単結晶層。 3はSiO□膜。 4は島状Si層。 6はGaAs多結晶層。 7は高抵抗GaAs単結晶層。 8はn型のGaAs単結晶層。 9はソース電極。 10はドレイン電極。 11はゲート電極 である。 啓発日月の¥胞例の工程 峯 I Q

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン単結晶基板上に形成された誘電体膜と、 該誘電体膜上の所定領域に形成された島状シリコン単結
    晶層と、 該シリコン単結晶層上に形成された化合物半導体単結晶
    層 とから成ることを特徴とする絶縁分離構造の化合物半導
    体基板。
  2. (2)第1のシリコン単結晶基板表面に誘電体膜を形成
    する工程と、 該誘電体膜を挟んで該第1および第2のシリコン単結晶
    基板を接合する工程と、 該第1または第2のシリコン単結晶基板のいずれか一方
    を所望の形状と厚さを有する複数の島状単結晶層に加工
    する工程と、 該島状単結晶層上に化合物半導体単結晶層をエピタキシ
    ャル成長させる工程 とを含むことを特徴とする絶縁分離構造の化合物半導体
    基板製造方法。
JP63117614A 1988-05-13 1988-05-13 絶縁分離構造の化合物半導体基板およびその製造方法 Pending JPH01287941A (ja)

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