JPH07201747A - 化合物半導体層の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 基板表面の外縁部分を支持した下向き載置に
よるエピタキシャル成長装置を用いた化合物半導体層の
形成方法において、外縁部分にシリコンが露出しないよ
うな化合物半導体の形成方法を提供する。 【構成】 基板２の化合物半導体を成長させる面を上向
きに載置するエピタキシャル成長装置により第１の化合
物半導体層１２を成長させる段階と、化合物半導体を成
長させる面を下向きに載置するエピタキシャル成長装置
のサセプター１に、該第１の化合物半導体面を下向きに
載置して第２の化合物半導体層１３を成長させる段階と
を有することを特徴とする化合物半導体層の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上への化合物半導
体層の形成方法に関し、特に、シリコン基板表面を下向
きに載置して、この下向きのシリコン基板表面に化合物
半導体を成長させる装置を用いた化合物半導体層の形成
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体は、その上に形成される素
子の性能が優れ、高速動作や高周波域での動作が可能な
こと、また、発光デバイスへの利用など、その需要が多
くなっている。しかし化合物半導体単体での基板は、６
〜８インチさらには１２インチといった大口径化が達成
されているシリコン基板と比較し、その大きさが未だ３
〜４インチ程度と小さく、その上に形成されるデバイス
の量産性に欠けるものである。

【０００３】そこで、注目されているのが、シリコン基
板上に、エピタキシャル成長法によって化合物半導体層
を成長させた化合物半導体基板である。このようにシリ
コン基板上に化合物半導体をエピタキシャル成長される
ことでその大口径化を行うことが可能となる。

【０００４】このシリコン基板へ化合物半導体層を形成
する装置には、シリコン基板の載置方法によって分ける
と、シリコン基板表面の化合物半導体層を形成する面を
上にして載置し、化合物半導体層をエピタキシャル成長
させる装置と、シリコン基板表面を下向きに載置してエ
ピタキシャル成長させる装置がある。前者の装置では、
シリコン基板裏面を真空チャックや静電吸着するサセプ
ター上に載置するもので、ＣＶＤ装置がその一般的なも
のである。一方、シリコン基板表面を下向きに載置する
装置は、シリコン基板の外縁部を、シリコン基板表面の
大部分が開放状態となって載置できるようなサセプター
により保持し、エピタキシャル成長させるもので、前述
のＣＶＤ装置中でも、化合物半導体をエピタキシャル成
長させるのに用いられるＭＯＣＶＤではこのような下向
き載置のものが見られ、また、分子線エピタキシー（Ｍ
ＢＥ）装置などでは、この下向き載置を行っている。

【０００５】図１および図２はこのような下向き載置を
行う装置におけるシリコン基板を支え保持するサセプタ
ー１とシリコン基板２を説明するための図面である。こ
のような下向き載置の装置では、エピタキシャル成長を
行うシリコン基板２表面を下向きにして、その表面の大
部分が解放された状態で、シリコン基板の外縁部分のみ
を保持している。そして、開放されているシリコン基板
２表面に化合物半導体などをエピタキシャル成長させる
ものである。特にＭＢＥおいては、原料を分子化させる
ヌクードセンセルが上向きにしか取り付けることができ
ないために、シリコン基板２表面の下方に設けられてい
る関係でこのような下向き載置が行われている。

【０００６】このような下向き載置による化合物半導体
層の形成は、反応系チャンバ内壁に付着したダストの落
下による成長層への影響がないこと、特に、反応系チャ
ンバ内を高温でアニールするような場合にはダストが出
やすいので、下向き載置による効果が大きい。また、原
料ガス中での未分解物の混入が少ないことなどから、成
長層の品質が向上するために用いられている。さらに、
ＭＢＥは、成長層の膜厚制御性に優れ、ナノメートルオ
ーダーの制御ができることから、近年の超微細加工技術
において欠くことのできないものとなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、下向き
載置によりシリコン基板表面（下を向いている）に化合
物半導体層を成長させた場合、図１および図２に示した
ようにシリコン基板外縁部Ｌがサセプター２によって隠
れているため、この外縁部分Ｌには化合物半導体が成長
せず、成長終了後、この外縁部分Ｌではシリコンが露出
した状態となっている。

【０００８】このため、このシリコン基板に成長させた
化合物半導体層に素子形成のためのプロセスを行うと、
特に熱処理やエッチング、洗浄などの処理中に、化合物
半導体に露出しているシリコンが不純物として混入する
ことがある。例えば、III −Ｖ族元素による化合物半導
体の場合には、シリコンはドナー源として働くために、
この化合物半導体層に混入したシリコンにより、形成し
た素子の特性が変化してしまうといった問題があった。

【０００９】そこで、本発明は、下向き載置によるエピ
タキシャル成長装置を用いた化合物半導体層の形成方法
において、基板外縁部分にシリコンなどの基板材料が露
出しないような化合物半導体の形成方法を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
の本発明は、基板の化合物半導体を成長させる面を上向
きに載置するエピタキシャル成長装置により第１の化合
物半導体層をエピタキシャル成長させる段階と、該第１
の化合物半導体層を成長させた前記基板を、化合物半導
体を成長させる面を下向きに載置するエピタキシャル成
長装置に該第１の化合物半導体層を下向きに載置して第
２の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる段階と
を有することを特徴とする化合物半導体層の形成方法で
ある。

【００１１】

【作用】上述ように構成された本発明は、上向き載置の
エピタキシャル成長装置により第１の化合物半導体層を
基板表面にエピタキシャル成長させることにより、基板
表面を第１の化合物半導体層によって被覆する。その
後、化合物半導体を成長させる面を下向きに載置するエ
ピタキシャル成長装置により、該第１の化合物半導体層
に第２の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる。
これにより、下向き載置して第２化合物半導体層をエピ
タキシャル成長させても、基板表面は、第１の化合物半
導体により全て被覆されているため、この化合物半導体
層に素子形成プロセスを行っても、基板材料が不純物と
して化合物半導体に混入することがなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、添付した図面を参照して本発明を適応
した一実施例を説明する。

【００１３】本実施例においては、化合物半導体層を形
成する基板としてシリコン基板２を用い、まず、このシ
リコン基板２として、（１００）面の［０１１］方向に
３゜オフしたものを使用し、このシリコン基板２上に、
図３に示すように、ＧａＡｓ層１２を第１の化合物半導
体層としてエピタキシャル成長させる。このＧａＡｓ層
１２のエピタキシャル成長は、シリコン基板２表面を上
向きに載置するＭＯＣＶＤ装置を用い、通常の２段階成
長法およびサーマルアニール法により成長させる。具体
的には、４００℃でシリコン基板２上に原料のトリメチ
ルガリウムおよびアルシンを導入して多結晶ＧａＡｓを
成長させ、実際の成長温度の６５０℃にてＧａＡｓの単
結晶を成長させる（二段階成長）。そして原料の供給を
停止し、アニール温度８５０℃以上で５分間アニール
し、４００℃まで温度を下げる、この操作を４回繰り返
す（サーマルサイクルアニール）。

【００１４】ＧａＡｓ層１２の厚さは、１〜３μｍ程度
が好ましく、下限の１μｍより薄い場合には、その成長
方法によって、シリコン基板２表面を完全に被覆でき、
結晶性のよい化合物半導体層が得られるのであれば、１
μｍより薄いくても差し支えないが、現状の技術による
上向き載置のＭＯＣＶＤ装置ではこの条件のＧａＡｓ層
を得るためには１μｍ程度が好ましいためである。一
方、上限は、シリコン上に形成できるエピタキシャル成
長膜の厚さが、現状の技術では４μｍ程度までで、それ
より厚いエピタキシャル成長層では結晶性が悪くなるの
で、この第１の化合物半導体層の厚さとしては、この上
にさらに化合物半導体層を積層することを考慮すると３
μｍ程度の厚さが限界となる。なお本実施例では１μｍ
とした。

【００１５】次に、ＧａＡｓ層１２の上に、ＭＢＥ装置
により第２化合物半導体としてにＧａＡｓ層１３をエピ
タキシャル成長させる。図４は、ＭＢＥ装置を説明する
ための概要図である。この装置によるＧａＡｓのエピタ
キシャル成長は、まず、前記ＧａＡｓ１２を形成したシ
リコン基板２をマニピュレータ４６先端に設けられたサ
セプター２に、エピタキシャル成長面（前記ＧａＡｓ層
１２）を下にして載置する。そして、反応系チャンバ４
０内部を１０¹⁰ｔｏｒｒ程度の高真空に減圧し、基板直
下に設けたヌクードセンセル４３を加熱し、原料のＧａ
ＡｓをＧａおよびＡｓの分子線としてオリフィス４２を
通して、チャンバ４０内に放出させて、基板にＧａＡｓ
層１３を成長させる。なお、ＭＢＥには、図４に示すよ
うに、エアーロック４５、液体窒素シュラウド４７、イ
オンゲージ４８、膜厚計４９などが備えられている。ま
た、ＭＢＥにはこの他に、反射光エネルギー電子回折や
電子分光などの評価装置が設けられているものもある。

【００１６】このＭＢＥによるＧａＡｓ層１３の成長の
際に、基板は前述の図１および図２に示したように基板
外縁部が支えられており、その部分Ｌは、サセプター１
によって隠れるためにＧａＡｓが成長しないが、前記Ｇ
ａＡｓ層１２を形成したことによりシリコンは露出しな
い。

【００１７】このような基板のエピタキシャル成長面を
下向きに載置してエピタキシャル成長を行った場合に
は、図５に示すように、シリコン基板の表面がＧａＡｓ
によって覆われている。このため、このＧａＡｓ層１３
に素子形成のためのプロセスを行っても、シリコン表面
が露出していないので、ＧａＡｓ層１３中にシリコンが
混入する恐れはない。

【００１８】なお、上記実施例においてエピタキシャル
成長面を下向きにして載置するサセプター１は、本発明
を説明するために図１および図２に示したように、リン
グ状をしたものであるが、実際の装置では、このような
リング状のものの他に、例えば、図６に示すように３点
支持によるものなどもあるが、このサセプター形状の如
何にかかわらず、支持部分では下向き載置の際に化合物
半導体は形成されないので、本発明を用いることで、シ
リコンを完全に覆うことが可能となる。

【００１９】また、上述の実施例においては、ＧａＡｓ
を第１および第２化合物半導体層として形成したが、Ｇ
ａＡｓの他に、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰなどの化
合物半導体層に好適に用いることができ、第１化合物半
導体層と第２化合物半導体層が組成の異なるものであっ
てもよい。また、下向き載置のエピタキシャル成長装置
としては、上記実施例のようなＭＢＥの他に、ＭＯＣＶ
Ｄ装置などでも本発明を適応することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エピタキシャル成長面を下向きにして化合物半導体層の
エピタキシャル成長を行うに際し、まず、上向き載置に
よる装置を用いて基板表面にエピタキシャル層を形成
し、その後下向き載置によるエピタキシャル成長を行う
こととしたため、素子形成を行う化合物半導体層を下向
き載置によるエピタキシャル成長装置の成膜の際のメリ
ットを利用した良好な膜質の化合物半導体層が形成で
き、しかも、基板材料が素子形成時に露出していないの
で、素子形成のプロセス中に、基板材料が不純物として
混入することがなくなり、素子の特性劣化を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 基板表面の下向き載置を説明するためのサセ
プターの一部破断斜視図である。

【図２】 図１におけるＡ部分の拡大断面図である。

【図３】 本発明を適用した実施例の上向き載置による
エピタキシャル成長後の基板断面図である。

【図４】 ＭＢＥ装置概要図である。

【図５】 本発明を適用した実施例の下向き載置による
エピタキシャル成長後の基板断面図である。

【図６】 基板表面の下向き載置を説明するためのサセ
プターの一部破断斜視図である。

【符号の説明】

１…サセプター、 ２…シリコ
ン基板、 １２…ＧａＡｓ（第１の化合物半導体層）、 １３…ＧａＡｓ（第２の化合物半導体層）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森谷 明弘 神奈川県相模原市淵野辺５−10−１ 新日 本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の化合物半導体を成長させる面を上
   向きに載置するエピタキシャル成長装置により第１の化
   合物半導体層をエピタキシャル成長させる段階と、 該第１の化合物半導体層を成長させた前記基板を、化合
   物半導体を成長させる面を下向きに載置するエピタキシ
   ャル成長装置に該第１の化合物半導体層を下向きに載置
   して第２の化合物半導体層をエピタキシャル成長させる
   段階とを有することを特徴とする化合物半導体層の形成
   方法。