JPH02237021A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH02237021A
JPH02237021A JP1056940A JP5694089A JPH02237021A JP H02237021 A JPH02237021 A JP H02237021A JP 1056940 A JP1056940 A JP 1056940A JP 5694089 A JP5694089 A JP 5694089A JP H02237021 A JPH02237021 A JP H02237021A
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JP
Japan
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compound semiconductor
silicon oxynitride
semiconductor layer
layer
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JP1056940A
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Kanetake Takasaki
高崎 金剛
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • H10P14/3421Arsenides

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  • Formation Of Insulating Films (AREA)

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、半導体装置の製造方法に係り、Si基坂上に
m−v族のGaAs等の化合物半導体層を選択成長し、
その化合物半導体層の部分にLED、レーザ、FET等
のデバイスを形成することができる半導体装置の製造方
法に適用することができ、詳しくは特に、化合物半導体
層の結晶欠陥を十分減少させることができ、かつSi基
板の反りを十分減少させることができる半導体装置の製
造方法に関する。
近時、特にm−v族のGaAs等の化合物半導体で構成
した半導体装置はSiで構成した半導体装置に較べ高速
動作が可能であり、発光機能を有するためにその有用性
が広く認識されているが、大口径基板が得られ難く、ま
た機械的な強度にも乏しいために実用化の面ではSiで
構成したものよりも太き《遅れをとっている。そこで大
口径基板が得られ易く、機械的な強度の面でも優れたS
i基坂上全面に化合物半導体層を成長し、その化合物半
導体層にデバイスを形成しようという試みが最近活発に
なってきている。しかしながら、この方法で得られた化
合物半導体層には格子定数の不整合等により多くの結晶
欠陥が生じ、また化合物半導体(例えば、GaAs)と
Siとの熱膨張係数が異なるため(GaAsとSiでは
GaAsの方が熱膨脹係数が大きい)に、Si基板が大
きく下に凸状に反ってしまうという問題があった。
なお、この反りはSi基板上に化合物半導体層(例えば
、GaAs)を成長した(成長温度が例えば750゜C
)後室温(25’C)まで下げたときにSiよりGaA
sの方が太き《縮むために生じる。
〔従来の技術〕
上記のような化合物半導体層の結晶欠陥、及びSi基板
の反りという問題を低減するために、窒化シリコン(S
iN)からなるマスク層を用いてSi基板上に化合物半
導体層を選択成長する化合物半導体層とSi基板の接続
部の面積の小さい複数の領域に分割された化合物半導体
層を形成するという方法が採られていた。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、このような従来の半導体装置の製造方法
にあっては、SiNからなるマスク層の内部応力(テン
シルストレスという引っ張り応力)が大きいために、S
iNからなるマスク層直下及び特にSiNからなるマス
ク層のエッジ付近のSi基仮に欠陥が誘発され、Si基
板上に選択成長した化合物半導体層のマスク層のエッジ
付近における欠陥を異常に増加させてしまうという問題
があった。このため、化合物半導体層の結晶性が著しく
損なわれてしまうのである。
また、上記同様SiNからなるマスク層の内部応力が大
きいために、これがSi基板を下に凸状に反らせるよう
に働き、化合物半導体層を複数の領域に分割してもSt
基板の反りを十分低減させることができないという問題
があった。
そこで本発明は、化合物半導体層の結晶欠陥を十分減少
させることができ、かつSi基板の反りを十分低減させ
ることができる半導体装置の製造方法を提供することを
目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による半導体装置の製造方法は上記目的達成のた
め、シリコン基板上に部分的にシリコンオキシナイトラ
イドからなるマスク層を形成し、該マスク層の形成され
ていない該シリコン基板上に化合物半導体層を選択成長
により形成するものである。
上記シリコンオキシナイトライドにおける窒素原子と酸
素原子(nl+n2)に対する酸素原子(n8)の組成
比が 0.1≦nz  (酸素原子)/ (n+ +nz )
(窒素原子+酸素原子)≦0.5 であるものである。
〔作用〕
本発明は、シリコン基板上に化合物半導体層を選択成長
する際用いられるマスク層がシリコンオキシナイトライ
ドからなるように構成される。
シリコンオキシナイトライドSiOnzNn,マスク層
の窒素原子と酸素原子(n,+nz )に対する酸素原
子(nt)の組成比nI/ (n+ +n,)を0から
1まで変化させてG a A s li 5の欠陥密度
、St基板の反り量、マスク層のストレスの変化を測定
し、第4図、第5図及び第2図に示す結果が得られた。
このときの基板、マスク層、GaAs層5の各部の寸法
及び成長条件は、後の実施例で詳細に説明する。この組
成比が0のときはマスク層が窒化シリコンであり、1の
ときは酸化シリコンである。
したがって、本発明のシリコンオキシナイトライドにす
れば、第2図に示すように、従来の窒化シリコン(A点
)よりもマスク層3のストレス(内部応力)を小さ《す
ることができるようになり、第4図に示すように、従来
の窒化シリコン(A点)よりも化合物半導体層5の結晶
欠陥を十分減少させることができるようになり、かつ第
5図に示すように、従来の窒化シリコン(A点)よりも
St基板1の反りを十分低減させることができるように
なる。
さらに、本発明では、第4図の結果より結晶欠陥を十分
減少させるには組成比n+ / (n,+n2)を0.
1以上にするのが望ましく、またマスク層上に化合物半
導体層が成長しないようにするには第3図の組成比とマ
スク層上の成長速度の関係を示す結果から0.5以下に
する. 〔実施例〕 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1図〜第5図は本発明に係る半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する図であり、第1図(a)〜(C)は
一実施例の製造工程を説明する図、第2図は一実施例の
原子組成比とマスク層(シリコンオキシナイトライド)
のストレスとの関係を示す図、第3図は一実施例の原子
組成比とマスク1!(シリコンオキシナイトライド)上
の化合物半導体層(GaAs)の成長速度との関係を示
す図、第4図は一実施例の原子組成比と選択成長した化
合物半導体Ji(C,aAs)中の欠陥密度との関係を
示す図、第5図は一実施例の原子組成比と2インチ径の
厚さ500μm程度のSt基板上に化合物半導体層(G
aAs)を成長し、室温にまで下げた際のウエハの反り
量との関係を示す図である. これらの図において、1はSi基板、2はシリコンオキ
シナイトライド層、3はシリコンオキシナイトライドか
らなるマスク層で、シリコンオキシナイトライド層2が
選択的にエッチングされて形成される。4は開口部、5
は例えばGaAsからなる化合物半導体層である。
なお、第2図〜第5図に示す原子組成比n2(酸素原子
) / (n+ +fi, )  (窒素原子+酸素原
子)はマスク層3を構成するシリコンオキシナイトライ
ドにおける窒素原子と酸素原子に対する酸素原子の組成
比のことである。第2図〜第5図に示すA点はOX  
(酸素)を含有していない従来のSiNの場合の原子組
成比である。また、第2図に示すストレスで正の符号の
ストレス値の場合はテンシルストレスが働いている場合
を表し、負の符号のストレス値の場合はコンブレッシブ
ストレスが働いている場合を表している.ここで、テン
シルストレスは膜に引っ張り応力が働くストレスであり
、コンブレッシブストレスは膜に圧縮応力が働くストレ
スである。
次に、その製造工程について説明する。
まず、第1図(a)に示すように、例えば温度が850
℃でS i H4ガス、N H sガス及びN. 0ガ
スの混合ガスによる熱CVD法により2インチ径で厚さ
500μm程度のSi基返1上に層厚が例えば1000
人のシリコンオキシナイトライドN2を形成する。
次に、第1図(b)に示すように、例えば沸酸}容液に
よるウエットエッチングによりシリコンオキシナイトラ
イド層2を選択的にエッチングしてマスク幅が例えば1
0μmでマスク間の隔が例えば10μmのストライプ状
のシリコンオキシナイトライドからなるマズク層3を形
成する。この時、SiS板1が露出されて開口部4が形
成される。
そして、第1図(C)に示すように、例えば温度が70
0’C,圧力が760Torr STMG ( }リメ
チルカリウム)ガスとAsH.ガスによる混合ガスによ
るMOCVD法によりシリコンオキシナイトライドから
なるマスク層3をマスクとして開口部4内のSL基板1
上にGaAsを選択成長して層厚が3μmのGaAsか
らなる化合物半導体Jli5を形成する.なお、シリコ
ンオキシナイトライドからなるマスク1!i3を用いて
CyaAsからなる化合物半導体層5を好ましく選択成
長するには、第3図から判るように原子組成比が0.5
以下であることが好ましい。
すなわち、上記実施例では、Si基板1上に化合物半導
体層5を選択成長する際用いるマスク層3をシリコンオ
キシナイトライドからなるように構成したので、化合物
半導体N5の結晶欠陥を十分減少させることができ、か
つSi基板1の反りを十分低減させることができる。こ
れは第2図に示すように、従来の窒化シリコン(A点)
よりもマスク層3のストレス(内部応力)を小さくする
ことができることにより達成することができるものと考
えられる。
具体的には、化合物半導体層5の結晶欠陥を十分減少さ
せることができるのは、第4図に示すように、選択成長
したGaAsからなる化合物半導体層5中の欠陥密度が
従来の窒化シリコン(第4図に示すA点)よりも減少し
ていることから確認できた。なお、化合物半導体層5上
に性能(例えばVth,Cm)の良好なデバイスを作成
するには欠陥密度がIXIO6個以下(原子組成比が0
.1以上)であることが望ましい。
また、Si基板1の反りを十分低減させることができる
のは、第5図に示すように、Si基板1の反り量が従来
の窒化シリコン(第5図に示すA点)よりも減少してい
ることから確認できた。
また、シリコンオキシナイトライドからなるマスク層3
のストレスにおいては、第2図に示すように、従来の窒
化シリコン(第2図に示すA点)よりも減少しており、
原子組成比としては0.35程度(ストレスO)である
のが好ましい。
なお、上記実施例では、Si基板として2インチ径の基
板を用いたが、4インチ径等より大きな基板を用いても
同様な結果が得られ、またマスク層はストライプ状とす
る他に格子状等にしてもよい。
また、シリコンオキシナイトライドのマスク層の厚さは
、2000人を超えると内部応力が大きくなって結晶欠
陥及び反りが大きく増え、また500人より小さくなる
とGaAs層の成長中のAs原子が透過して好ましくな
《、500人〜2000人にするのが望ましい。
上記実施例は、GaAsからなる化合物半導体層5を選
択成長する場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、A/!X XGa.−.Asあ
るいはI n,XGa+−.As (0くX≦0.35
が好ましい)等からなる化合物半導体層を選択成長する
場合であってもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、化合物半導体層の結晶欠陥を十分減少
させることができ、かつ、Si基板の反りを十分低減さ
せることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第5図は本発明に係る半導体装置の製造方法の
一実施例を説明する図であり、第1図は一実施例の製造
工程を説明する図、第2図は一実施例の原子組成比とマ
スク層(シリコンオキシナイトライド)のストレスとの
関係を示す図、 第3図は一実施例の原子組成比とマスク層(シリコンオ
キシナイトライド)上の化合物半導体層(GaAs)の
成長速度との関係を示す図、第4図は一実施例の原子組
成比と選択成長した化合物半導体層(GaAs)中の欠
陥密度との関係を示す図、 第5図は一実施例の原子組成比と2インチSi基板上に
化合物半導体層(C,aAs)を成長し、室温にまで下
げた際のウエハの反り量との関係を示す図である。 1・・・・・・St基板、 2・・・・・・シリコンオキシナイトライド層、3・・
・・・・マスク層、 4・・・・・・開口部、 5・・・・・・化合物半導体層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)シリコン基板上に部分的にシリコンオキシナイト
    ライドからなるマスク層を形成し、 該マスク層の形成されていない該シリコン基板上に化合
    物半導体層を選択成長により形成することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。 (2)上記シリコンオキシナイトライドにおける窒素原
    子と酸素原子(n_1+n_2)に対する酸素原子(n
    _2)の組成比が 0.1≦n_2(酸素原子)/(n_1+n_2)(窒
    素原子+酸素原子)≦0.5 であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製
    造方法。
JP1056940A 1989-03-09 1989-03-09 半導体装置の製造方法 Pending JPH02237021A (ja)

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