JPH02220431A - 半導体基板の形成法 - Google Patents

半導体基板の形成法

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JPH02220431A
JPH02220431A JP3927789A JP3927789A JPH02220431A JP H02220431 A JPH02220431 A JP H02220431A JP 3927789 A JP3927789 A JP 3927789A JP 3927789 A JP3927789 A JP 3927789A JP H02220431 A JPH02220431 A JP H02220431A
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JP
Japan
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gaas
substrate
silicide
single crystal
layer
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JP3927789A
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English (en)
Inventor
Tagahiko Ohara
大原 多賀彦
Hiroshi Okamoto
浩 岡本
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、単結晶シリコン基板上にm−v族化合物半導
体、特にGaAs半導体、の単結晶エピタキシャル層を
形成してなる半導体基板の形成法に係り、半導体基板と
しての反りを低減させることを図った半導体基板形成法
に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、GaAsなどの■−■族化合物半導体はその優
れた特徴を活かして高機能、高性能な半導体装置に利用
されている。しかしながら、化合物半導体結晶は一般に
高価であり、また、大面積の高品質基板結晶が得にくい
などの問題がある。これに対処して、安価で良質軽量な
シリコン(Si)を基板とし、このSi基板上に半導体
装置を構成するための化合物半導体層を積層する方法が
幾つか提案されており(例えば、 (i)R,P。
Ga1e、J、C,C,Fan、B、Y、Tsaur、
G、W。
Turner、 and F、M、 Davis、 I
 EEE  Elect−ron Device Le
tt、 、 (アイ・イーφイー・イーエレクトロンデ
バイス レター)EDL−2,169(1981); 
  (■)  M、  Akiyama、  Y、  
Kawarada。
and K、 Kaminishi、 Jpn、 J 
= Appl、 Phys。
(日本応用物理学会誌)、 23 L843 (198
4) ;  (ui)W、 I 、 Wang、 Ap
pl、 Phys、 Lett、 (応用物理学レター
) 44.1149 (1984)などを 参照)、S
i基板上に比較的良質の化合物半導体結晶膜が形成され
るようになりつつある。
〔発明が解決しようとする課題〕
Si基板上にm−v族化合物半導体層を積層して半導体
基板とする場合、G a A s成長層には。
Si基板との熱膨張係数差に起因する引っ張り応力が作
用して、Si基板上にGaAsを成長させたエピタキシ
ャル・ウェハに反りを生じさせるという問題が残されて
いる。例えば、厚さ280μmのSi基板上にGaAs
エピタキシャル層を約4μm成長させた場合、直径2吋
の基板でもウェハ中央が下に凸に約50μmはど反るこ
とが知られている(第3図)。
この大きな反りはSi基板上に成長したGaAs層を利
用して半導体装置を製造しようとするとき、特に写真製
版工程などで問題となり、製造歩留りを大きく低下させ
るなどの問題がある。また、このGaAs/Si基板を
宇宙用太陽電池に応用しようとする場合、太陽電池の単
位重量当たりの発生電力(重量能率)が問題となる。重
量能率を充分に高めるためには、Si基板の厚さを少な
くとも100μm以下にする必要があるが、この場合に
はウェハの反りはますます大きくなり、太陽電池製作工
程中のカバーガラス接着工程や、アセンブリの際の溶接
工程で困難を生じさせ、またセルの割れが生じたり、著
しい歩留りの低下が起こり、高性能な宇宙用太陽電池の
製造が困蔑になるという問題がある。
本発明の目的は、従来技術での上記問題点を解決し、G
aAs/Siのエピタキシャル・ウェハの反りを低減し
、大型GaAs/Siウェハを用いた各種半導体装置の
製造工程での作業を容易にし、製造歩留りを向上させる
ことのできる半導体基板形成法を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、単結晶シリコン基板上にm−v族化合物半
導体単結晶エピタキシャル層を形成してなる半導体基板
の形成方法において、(イ)まず、上記エピタキシャル
層を形成しようとする単結晶シリコン基板の表面に対し
て向き合う裏面上に、高融点金属とシリコンとの化合物
であるシリサイドの薄層を形成する工程と、(ロ)しか
る後、単結晶シリコン基板の表面上にm−v族化合物半
導体単結晶エピタキシャル層を形成する工程とを含む形
成方法とすることにより、達成される。
(作用〕 シリサイドの熱膨張係数は、その組成、堆積温度、焼成
温度等により異なるが、一般にシリコンより大きく、そ
のためシリサイド層には引っ張り応力が作用し、第4図
に示すように、シリサイド膜2を内側にして、Si基板
1を上に凸に反らせる。そのため、裏面にシリサイド層
を形成しておいたウェハの表面上にGaAsエピタキシ
ャル層を成長させたエピタキシャル・ウェハでは、シリ
サイド層による反対方向の反りにより、GaAs層によ
る反りを打ち消すことが可能となる。よって、第2図に
示すように、平坦な■−■族化合物半導体エピタキシャ
ル層3bを表面上に有するエピタキシャル・ウェハが実
現できる。
シリサイドは、集積回路の電極、配線材料として使われ
ることからも分かるように、極めて低抵抗で安定な材料
であり、したがって、シリサイド層2は、そのまま半導
体装置の裏面電極材料として使用できる。
シリサイド層に生じる引っ張り応力は、シリサイド材料
、付着時の基板温度、その後の熱処理温度、シリサイド
層の厚さ等により広範囲に選べるので、GaAs膜のエ
ピタキシャル条件、デバイス製造条件等に応じて最適化
が可能で、製造工程上の自由度が高い。
シリサイド生成時の高温熱処理(シンター)の際に体積
収縮を起こし、シリサイドにはやはり張力型の内部応力
が生じる。この内部応力は高温でも保持されており、こ
のためSi基板はGaAs成長時でも上に凸に(GaA
sを成長させる面を外側に)曲がる。したがってGaA
sを成長させる表面のSiの格子定数は広げられ、Ga
Asの格子不定数により近くなり、従来、81基板上に
直接GaAsを成長させた場合に格子不整合が原因でS
iとG a A sの界面に発生していた転位などの結
晶欠陥の低減にも効果があり、より高品質のGaAsエ
ピタキシャル結晶が形成出来る。
〔実施例〕
以下1図面を参照して、代表的な■−■化合物半導体で
あるGaAsを用いた場合の本発明の一実施例を説明す
る。
第1図は本発明による半導体基板の形成法の工程を説明
する図面である。面方位(100)、厚さ200μmの
Si基板を適当な治具に固定し、スパッタ装置内に設置
し、基板温度を200℃に加熱する。
その後例えばターゲツト材にTiSi、を用いSi基板
上に約2μm堆積する。その際にGaAsを成長させよ
うとする面にシリサイドが付着しないようにすることが
必要である1例えばG a A sを成長させようとす
る面を適当な治具で覆うとか、表面に比較的薄い酸化膜
や、あるいは耐熱性の高い樹脂等のコーティングとかの
保護膜を形成して、シリサイド膜堆積後保護膜を除去す
るなどの方法が可能である。なお、シリサイド堆積後の
Si基板1は、シリサイド膜2を低温で堆積し、かつシ
ンターを行っていないので、第1図(a)に示すように
ほぼ平坦なままである。
この基板を洗浄し、MOCVD炉内に設置し、900℃
以上の温度で水素雰囲気中で10分ないし30分の熱処
理を行い、GaAs成長面の清浄化処理を行う、基板温
度を約400℃に下げ非晶質状態のGaAsを約10n
m堆積させる。高温での表面清浄処理化の際に堆積され
たシリサイドはシンターされて体積収縮を起こし、さら
に非晶質GaAsの成長時には約500℃の温度差での
Siとシリサイドとの熱膨張係数の違いにより、シリサ
イドには張力型の内部応力が生じる。この内部応力のた
めSi基板は第1図(b)に示すように非晶質GaAs
13aの成長時にはやや上に凸に(GaAsを成長させ
る面を外側に)曲がる。
次に基板温度を750℃に上げ通常のGaAsのエピタ
キシャル成長を行う、この成長温度下では。
シリサイドのシンター時の温度との差が小さいため、熱
膨張係数差によるシリサイドの内部応力は減少し、Si
基板の反りは減少しているものの、やや上に凸の反りを
残している〔第1図(c))。
また、GaAs成長のための昇温過程、およびエピタキ
シャル成長の初期において非晶質GaAsは単結晶化す
る。
上記工程で2インチSi基板にGaAsを約5μm成長
させたエピタキシャル・ウェハの場合でも、ウェハの中
央での反りは±10μm以下が得られ、反りが緩和され
ることが確認された。また、シリサイドの比抵抗も約2
0μΩ1以下と低く充分電極として使用可能である6 なお、Si基板厚、GaAs膜厚が上記実施例と異なる
場合には、その反り量を打ち消すようにシリサイドの膜
厚、組成比、形成温度などを調整すれば、反りの無い基
板を実現出来る。
また、GaAsのエピタキシャル成長時にウェハはG 
a A s成長面を上にやや反った状態となっている。
これはSiの格子定数を広げることになりGaAsとS
iとの格子不整合を緩和する上で有利である。これは、
Si基板上のGaAsエピタキシャル結晶の結晶性向上
に寄与する。
また本発明により形成した半導体基板は、GaAsのエ
ピタキシャル成長後に裏面のシリサイド膜を除去しても
、裏面にシリサイド膜を形成せずにGaAsをエピタキ
シャル成長させた半導体基板よりも反りが少ないことが
確認された。これはGaAs成長中の温度のもとてシリ
サイド膜から受ける応力を緩和するような塑性変形をし
たものと考えられる。
シリサイドの材料としては、Ti以外にも種々の高融点
金属1例えばZr、V、Ta、Mo、W+Co、Ir等
が使用可能である。また、シリサイドの形成法もここで
述べた以外に、例えばSiと高融点金属とを同時または
交互に蒸着あるいはスパッタにより形成する方法、Si
基板上に高融点金属を堆積し、高温処理によりSiと高
融点金属とを反応させシリサイドを形成する方法等が、
使用するSi基板の厚さ、後の化合物半導体結晶膜の形
成工程、半導体装置の製造工程に応じて選ぶことが可能
である。
〔発明の効果〕
以上にように1本発明によれば1反りを有しないm−v
族化合物半導体単結晶エピタキシャル層をSi基板表面
上に有する半導体基板を経済的に製作することができ、
かつ、大型GaAs/Siウェハを用いた各種半導体装
置の製造工程での作業を容易にし、製造歩留りを向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明するウェハ断面を示す
図で、(a)はSiウェハの裏面にシリサイド膜を堆積
した状態のウェハ、(b)はこのウェハ表面上にGaA
sをエピタキシャル成長させた状態のウェハ、(c)は
GaAs成長後の室温でのウェハの断面を示す図、第2
図は本発明の一実施例の半導体基板形成法を採用して得
られる半導体基板の構造を説明するウェハ断面を示す図
、第3図は従来技術を説明するために示したウェハ断面
図、第4図はウェハ裏面にシリサイド膜を堆積し。 シンターしたウェハの室温での断面を示す図である。 符号の説明 1・・・Si基板 2・・・シリサイド膜 3a・・・非晶質GaAs層 3b・・・GaAsエピタキシャル層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、単結晶シリコン基板上にIII−V族化合物半導体単
    結晶エピタキシャル層を形成してなる半導体基板の形成
    法において、(イ)上記エピタキシャル層を形成しよう
    とする単結晶シリコン基板の表面に対して向き合う裏面
    上に、高融点金属とシリコンとの化合物であるシリサイ
    ドの薄層を形成する工程と、(ロ)しかる後、単結晶シ
    リコン基板の表面上にIII−V族化合物半導体単結晶エ
    ピタキシャル層を形成する工程とを含むことを特徴とす
    る半導体基板の形成法。
JP3927789A 1989-02-21 1989-02-21 半導体基板の形成法 Pending JPH02220431A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009295889A (ja) * 2008-06-06 2009-12-17 Sumco Corp 半導体ウェーハの湾曲判定方法、膜付きウェーハの製造方法
JP2020181965A (ja) * 2019-04-26 2020-11-05 富士電機株式会社 半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法
US12272608B2 (en) 2020-01-03 2025-04-08 Lam Research Corporation Station-to-station control of backside bow compensation deposition
US12300489B2 (en) 2020-01-30 2025-05-13 Lam Research Corporation UV cure for local stress modulation

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