JP4186489B2 - Cleaning treatment method and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体層表面を清浄化する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子の製造工程においては、半導体基板上への同種または異種の半導体層の結晶成長工程、誘電体等をマスクとしたフォトリソグラフィーと化学エッチングまたはドライエッチングによるパターンニング工程、電流ブロック構造や光閉じ込め構造のための同種または異種の半導体層の再成長工程を繰り返すことが多い。この場合、結晶成長前の基板表面や再成長前の半導体成長層表面は、大気暴露やエッチング、洗浄等のプロセスにより不純物汚染や物理的ダメージを受け易く、それらの表面にそのまま結晶成長を行うと素子特性や寿命が大幅に劣化してしまう。このため、不純物汚染や物理的ダメージ層を除去するために、結晶成長室内でエッチングを行い、その後、続けて結晶成長を行う手法が用いられてきた。
【0003】
このような技術として、特許第3158651号では、成長原料としてトリメチルガリウム(TMG)及びアルシン(AsH3)、エッチングガスとして塩化水素(HCl)を用いてGaAsの再成長直前に、成長室内でエッチングを施すことにより、炭素(C)、酸素(O)、シリコン(Si)などの不純物を除去でき、またエッチング中にHClと共にTMGを同時に供給すると、エッチングにより結晶表面に生じるストイキオメトリーからのずれが補償され、再成長界面でのキャリアの蓄積が抑制されるとされている。
【0004】
また、特開昭59−65434号公報には、GaAs半導体の気相成長において、塩化水素とともにIII族元素のアルキル化合物およびV族元素の水酸化物もしくはアルキル化合物の蒸気を同時に導入して半導体層をエッチングする技術が開示されている。エッチングの速さは、毎分0.1μmのエッチング速度の例が示されている。こうすることにより、成長開始前の下地表面を鏡面にすることができるとされている。
【0005】
また、特開昭51−74580号公報には、III−V族元素から成る半導体物質の気相エッチングをV族元素のハロゲン化物および同水酸化物を含む不活性ガス雰囲気下で実施し、V族元素の水酸化物を同時に導入する技術が記載されている。同公報によれば、平坦で、かつ鏡面性に優れた基板表面を得ることができると記載されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、半導体結晶の構成元素に比べてエッチング速度が遅い汚染物質が表面に残留しやすく、例えばアイトリプルイー ジャーナルオブ セレクティド トピックス イン カンタム エレクトロニクス 第3巻 第3号 845ページ目から853ページ目(IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,Vol.3,N0.3,p845〜p853)に報告されているように、エッチングガスとしてPCl3を用い、InP表面を成長室内でエッチングしてもSiはほとんどエッチングされず、表面に残留してしまう。また本発明者らの実験結果では、通常の結晶成長温度付近では、特許第3158651号で示されているような結晶成長室内でのエッチングを施しても再成長界面の残留Siを除去することは容易でなかった。また、残留Siを除去しようとして基板温度を上げ過ぎたり、エッチングを深くし過ぎると、もとの半導体層の内部で不純物拡散や結晶欠陥を生じたり、エッチングにより形状変化が起き、設計通りのデバイス構造が作製できないという問題があった。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、もとの半導体層中の不純物拡散や結晶欠陥の発生を誘起することなく、また形状変化を最小限にして、結晶成長前の半導体基板表面や再成長前の半導体表面の不純物汚染や物理的ダメージを再現性良く安定的に除去する手法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
半導体表面に付着した特定の汚染物質の除去が困難な理由について、本発明者らは以下のように推察した。半導体層表面に付着した汚染物質に対してエッチング性物質を作用させた場合、エッチング性物質と上記特定の汚染物質が化学反応を起こす。しかし、この化学反応によって生じた結合の結合力は比較的弱く、汚染物質がエッチング性物質と結合し化合物を形成して半導体表面から脱離しても、またすぐに結合が切れて半導体表面に再付着してしまうものと予想される。このように、半導体表面に付着した特定の汚染物質は、半導体層へ再付着するため、除去が困難であると推察される。
【0009】
こうした推察のもと、本発明者は、エッチング作用のある原料と結晶成長原料の両方を、清浄処理対象となる半導体層表面に接触せしめることにより、再付着を抑制しつつ汚染物質を効率的にエッチング除去できることを見いだし、本発明を完成した。
【0010】
本発明によれば、半導体層の表面に付着した汚染物質を除去する清浄処理方法であって、前記半導体層に対してエッチング作用を有するエッチング性物質と、結晶成長原料とを、同時に、または交互に、前記半導体層に接触せしめる清浄処理工程を含み、前記半導体層の層厚変化速度の符号を、層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、前記清浄処理工程を実施した際の前記半導体層の層厚変化速度をR、前記半導体層に対して前記エッチング性物質のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化速度をr1、前記半導体層に対して前記結晶成長原料のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化をr2としたときに、これらの層厚変化速度の絶対値が、|R|<|r2|<|r1|であり、前記半導体層の成長界面の残留Si濃度が面密度で、2.5×10 11 atoms/cm 2 以下であることを特徴とする清浄処理方法が提供される。
上記構成により、エッチング性物質および結晶成長原料の供給バランスが適切となり、半導体層表面に付着した汚染物質が効率よく除去されるとともに、脱離した汚染物質の半導体層への再付着を抑制することができる。
【0011】
また、本発明によれば、半導体層の表面に付着した汚染物質を除去する清浄処理方法であって、前記半導体層に対してエッチング作用を有するエッチング性物質と、結晶成長原料とを、同時に、または交互に、前記半導体層に接触せしめる清浄処理工程を含み、前記半導体層の層厚変化速度の符号を、層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、前記清浄処理工程を実施した際の前記半導体層の層厚変化速度をR、前記半導体層に対して前記エッチング性物質のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化速度をr 1 、前記半導体層に対して前記結晶成長原料のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化をr 2 としたときに、これらの層厚変化速度の絶対値が、|R|<|r 2 |<|r 1 |であり、|R|が0.1nm/sec以下であることを特徴とする清浄処理方法が提供される。
上記構成により、エッチング性物質および結晶成長原料の供給バランスが適切となり、半導体層表面に付着した汚染物質が効率よく除去されるとともに、脱離した汚染物質の半導体層への再付着を抑制することができる。
【0013】
半導体層表面にエッチング性物質が作用すると、半導体層表面に付着した汚染物質が表面から脱離する。しかしながら、その脱離した汚染物質の一部が再度半導体層表面に付着することがある。半導体層の清浄度を高めるためにはこうした汚染物質の再付着を充分に抑制することが必要となる。そこで本発明では、エッチング性物質と、結晶成長原料とを半導体層表面に接触させ、再付着を抑制しつつ汚染物質を効率的にエッチング除去する。このような手法により汚染物質の再付着を防止できる理由は必ずしも明らかではないが、汚染物質が半導体層表面から脱離した後、それまで汚染物質が占有していたサイトが結晶成長原料によって速やかに占有されることによるものと推察される。
【0014】
本発明の清浄処理方法において、前記第一のガスおよび前記第二のガスが、間欠的に供給される構成とすることができる。こうすることによって、半導体層の表面の汚染を一層効率的に除去することができる。
【0015】
本発明の清浄処理方法において、前記清浄処理工程を実施する前後における前記半導体層の層厚の差が、100nm以下である構成とすることができる。こうすることにより、充分に高い清浄度を実現することができる。
【0016】
本発明の清浄処理方法において、前記清浄処理工程を実施する際に、前記半導体層の層厚が実質的に減少しないようにした構成とすることができる。ここで、「実質的に減少しない」とは、前記半導体層の層厚がまったく減少しないか、若干の層厚の減少があってもその層厚変化速度が0.1nm/sec以下であることをいう。前記半導体層の層厚が実質的に減少しないように構成することで、半導体層表面に関し、充分に高い清浄度を実現することができる。
【0017】
上記のように、清浄処理の対象となる半導体層の層厚変化を制御することによって充分に高い清浄度を実現できる。この理由は必ずしも明らかではないが、汚染物質が半導体層表面から脱離した後、それまで汚染物質が占有していたサイトが結晶成長原料によって確実に占有されることによるものと推察される。
こうした前記半導体層の層厚変化を制御は、たとえば、エッチング性物質および前記結晶成長原料の量比を調整することができる。たとえばエッチング性ガスと原料ガスの量比を適切に調整して半導体層表面に供給することにより、清浄処理対象となる半導体層が実質的にエッチングされず、また、当該半導体層の上部に新たな半導体層が実質的に成長しないようにすることができる。
エッチング性物質と、結晶成長原料とのバランスが崩れ、エッチング側に傾くと、エッチングされた物質の再付着が生じ、充分な清浄度が得られない場合がある。一方、成膜の方に傾いた場合、汚染物質が充分に除去されないまま新たな半導体層が積層し、充分な清浄度が得られない。
【0020】
本発明の清浄処理方法において、R<0である構成とすることができる。こうすることによって、半導体層表面に関し、充分に高い清浄度を実現することができる。
【0021】
本発明の清浄処理方法において、|R|が0.1nm/sec以下である構成とすることができる。こうすることにより、エッチング性物質および結晶成長原料の供給バランスがさらに適切となり、半導体層表面に付着した汚染物質が効率よく除去されるとともに、脱離した汚染物質の半導体層への再付着を抑制することができる。また、素子構造の設計も容易となる。
【0022】
本発明の清浄処理方法において、前記結晶成長原料が、有機金属を含む構成とすることができる。
【0023】
本発明の清浄処理方法において、前記エッチング性物質がハロゲン元素またはその化合物である構成とすることができる。
【0024】
本発明の清浄処理方法において、前記半導体層が化合物半導体からなる構成とすることができる。
【0025】
本発明の清浄処理方法において、前記半導体層がIII−V族化合物半導体からなるものとすることができる。
【0026】
結晶成長原料を、前記半導体層を構成するIII族元素を含む化合物とした場合、エッチング性物質によって形成された半導体層中の空格子位置を当該半導体層の構成元素で占有させることができ、表面に変成層等が形成することを防止できる。
【0027】
前記半導体層を構成するIII族元素が一種類からなるものとすることができる。こうすることにより、半導体層表面の清浄処理中に変成層の形成や組成変化が起こることを抑えることができる。
【0028】
本発明の清浄処理方法において、前記半導体層を構成するIII族元素がインジウム(In)である構成とすることができる。InPの気相成長においては、通常、600℃から650℃の成長温度が採用される。これは、V族元素であるリンが脱離することを防止するとともに結晶に伝導性を与えるために故意に添加された、たとえば亜鉛等の不純物の拡散を防ぎ、設計通りの不純物プロファイルを得るためのものである。しかしながら、このような比較的低温の成長温度を採用した場合、成長界面の清浄処理がよりいっそう困難となる。一般に、エッチング性ガスによる成長界面の清浄処理は、雰囲気温度を高温にするほど除去効率が高くなる。ところが、InP半導体系においては、清浄処理温度に上限が存在するため、成長界面の汚染が除去されにくく、特にシリコンの汚染が深刻な問題となる。本発明によれば、かかる成長界面の汚染の問題を有効に解決することができる。
【0029】
さらに本発明によれば、以下に示す半導体装置の製造方法が提供される。ここで、半導体装置とは、発光素子、受光素子、光変調器等の光素子や、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ等の電子素子を含む。
【0030】
本発明によれば、半導体基板の上部に第一の半導体層を形成する工程と、前記第一の半導体層の表面を清浄処理する工程と、前記第一の半導体層上に第二の半導体層を形成する工程とを含み、前記第一の半導体層の表面を清浄処理する前記工程は、前記半導体層に対してエッチング作用を有するエッチング性物質と、結晶成長原料とを、前記半導体層の表面に接触せしめる工程を含み、前記半導体層の層厚変化速度の符号を、層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、前記清浄処理工程を実施した際の前記半導体層の層厚変化速度をR、前記半導体層に対して前記エッチング性物質のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化速度をr1、前記半導体層に対して前記結晶成長原料のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化をr2としたときに、これらの層厚変化速度の絶対値が、|R|<|r2|<|r1|であり、前記半導体層の成長界面の残留Si濃度が面密度で、2.5×10 11 atoms/cm 2 以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。上記構成により、エッチング性物質および結晶成長原料の供給バランスがさらに適切となり、半導体層表面に付着した汚染物質が効率よく除去されるとともに、脱離した汚染物質の半導体層への再付着を抑制することができる。
【0031】
また本発明によれば、半導体基板の上部に第一の半導体層を形成する工程と、前記第一の半導体層の表面を清浄処理する工程と、前記第一の半導体層上に第二の半導体層を形成する工程とを含み、前記第一の半導体層の表面を清浄処理する前記工程は、前記半導体層に対してエッチング作用を有するエッチング性物質と、結晶成長原料とを、前記半導体層の表面に接触せしめる工程を含み、前記半導体層の層厚変化速度の符号を、層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、前記清浄処理工程を実施した際の前記半導体層の層厚変化速度をR、前記半導体層に対して前記エッチング性物質のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化速度をr 1 、前記半導体層に対して前記結晶成長原料のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化をr 2 としたときに、これらの層厚変化速度の絶対値が、|R|<|r 2 |<|r 1 |であり、|R|が0.1nm/sec以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。上記構成により、エッチング性物質および結晶成長原料の供給バランスがさらに適切となり、半導体層表面に付着した汚染物質が効率よく除去されるとともに、脱離した汚染物質の半導体層への再付着を抑制することができる。
【0033】
半導体層表面にエッチング性物質が作用すると、半導体層表面に付着した汚染物質が表面から脱離する。しかしながら、その脱離した汚染物質の一部が再度半導体層表面に付着することがある。半導体層の清浄度を高めるためにはこうした汚染物質の再付着を充分に抑制することが必要となる。そこで本発明では、エッチング性物質と、結晶成長原料とを半導体層表面に接触させ、再付着を抑制しつつ汚染物質を効率的にエッチング除去する。このような手法により汚染物質の再付着を防止できる理由は必ずしも明らかではないが、汚染物質が半導体層表面から脱離した後、それまで汚染物質が占有していたサイトが結晶成長原料によって速やかに占有されることによるものと推察される。
【0034】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記第一のガスおよび前記第二のガスが、間欠的に供給される構成とすることができる。こうすることによって、半導体層の表面の汚染を一層効率的に除去することができる。
【0035】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記第一の半導体層の表面を清浄処理する前記工程を実施する前後における前記第一の半導体層の層厚の差が、100nm以下である構成とすることができる。こうすることにより、充分に高い清浄度を実現することができる。
【0036】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記第一の半導体層の表面を清浄処理する前記工程を実施する際に、前記第一の半導体層の層厚が実質的に減少しないようにした構成とすることができる。ここで、「実質的に減少しない」とは、第一の半導体層の層厚がまったく減少しないか、若干の層厚の減少があってもその層厚変化速度が0.1nm/sec以下であることをいう。第一の半導体層の層厚が実質的に減少しないように構成することで、半導体層表面に関し、充分に高い清浄度を実現することができる。
【0037】
上記のように、清浄処理の対象となる第一の半導体層の層厚変化を制御することによって充分に高い清浄度を実現できる。この理由は必ずしも明らかではないが、汚染物質が半導体層表面から脱離した後、それまで汚染物質が占有していたサイトが結晶成長原料によって確実に占有されることによるものと推察される。こうした第一の半導体層の層厚変化を制御は、たとえば、エッチング性物質および前記結晶成長原料の量比を調整することができる。たとえばエッチング性ガスと原料ガスの量比を適切に調整して半導体層表面に供給することにより、清浄処理対象となる半導体層が実質的にエッチングされず、また、当該半導体層の上部に新たな半導体層が実質的に成長しないようにすることができる。
エッチング性物質と、結晶成長原料とのバランスが崩れ、エッチング側に傾くと、エッチングされた物質の再付着が生じ、充分な清浄度が得られない場合がある。一方、成膜の方に傾いた場合、汚染物質が充分に除去されないまま新たな半導体層が積層し、充分な清浄度が得られない。
【0039】
本発明の半導体装置の製造方法において、R<0である構成とすることができる。こうすることによって、半導体層表面に関し、充分に高い清浄度を実現することができる。
【0040】
本発明の半導体装置の製造方法において、|R|が0.1nm/sec以下である構成とすることができる。こうすることにより、エッチング性物質および結晶成長原料の供給バランスがさらに適切となり、半導体層表面に付着した汚染物質が効率よく除去されるとともに、脱離した汚染物質の半導体層への再付着を抑制することができる。
【0041】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記結晶成長原料が、有機金属を含む構成とすることができる。
【0042】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記エッチング性物質がハロゲン元素またはその化合物である構成とすることができる。
【0043】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記第一の半導体層が化合物半導体からなる構成とすることができる。
【0044】
本発明の半導体装置の製造方法において、第一の半導体層がIII−V族化合物半導体からなるものとすることができる。このとき、記結晶成長原料が、第一の半導体層を構成するIII族元素を含む化合物である構成とすることができる。また、第一の半導体層を構成するIII族元素が一種類からなるものとすることができる。こうすることにより、半導体層表面の清浄処理中に変成層の形成や組成変化が起こることを抑えることができる。
【0045】
本発明の半導体装置の製造方法において、第一の半導体層を構成するIII族元素がインジウム(In)である構成とすることができる。InPの気相成長においては、通常、600℃から650℃の成長温度が採用される。これは、V族元素であるリンが脱離することを防止するとともに不純物の亜鉛の拡散を防ぎ、設計通りの不純物プロファイルを得るためのものである。しかしながら、このような比較的低温の成長温度を採用した場合、成長界面の清浄処理がよりいっそう困難となる。一般に、エッチング性ガスによる成長界面の清浄処理は、雰囲気温度を高温にするほど除去効率が高くなる。ところが、InP半導体系においては、清浄処理温度に上限が存在するため、成長界面の汚染が除去されにくく、特にシリコンの汚染が深刻な問題となる。本発明によれば、係る成長界面の汚染の問題を有効に解決することができる。
【0046】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記第一の半導体層および前記第二の半導体層を気相成長により形成する構成とすることができる。
【0047】
本発明の半導体装置の製造方法において、前記第一の半導体層を形成する工程の後、前記第一の半導体層上にマスクを形成し、つづいて前記マスクを除去した後、前記第一の半導体層の表面を清浄処理する前記工程を実施する構成とすることができる。こうした工程を経た場合、第一の半導体層表面は再成長表面となり、大気による汚染、マスク材料の残存等により、表面に多くの不純物が付着しやすい。本発明によれば、こうした不純物を効率的に除去することができる。
【0048】
【発明の実施の形態】
本発明における清浄処理の対象となる半導体層は、
InGaAs、InGaAsP、AlGaInAs、InAsPなどのInP系、AlGaAs、InGaP、AlGaInP、GaAsSb、InGaAsNなどのGaAs系、GaN,AlGaN,GaInN,AlGaInN、BAlGaInNなどのGaN系等のIII−V族化合物半導体;
ZnSe、ZnTe、MgZnSSe、MgZnCdSe、MgZnSeTe、ZnSeTe、ZnO,MgZnO,MgCdZnO等のII−VI族化合物半導体;
等の化合物半導体のほか、シリコンおよびその化合物、ゲルマニウムおよびその化合物等の半導体により構成される。
なお、本発明における清浄処理の対象となる半導体層は、3元系でも4元系以上の組成でもよい。
【0049】
このうち、III−V族化合物半導体層の表面に、素子の作製プロセスもしくは大気暴露によって付着した汚染物質の除去に本発明を適用した場合、顕著な効果が得られる。特に、従来技術によっては充分に除去することが困難であったシリコンの除去に適用すると、特に効果的である。
【0050】
本発明におけるエッチング性物質としては、大多数の元素と結合して揮発性の化合物を形成する、ハロゲン元素またはその化合物を例示することができる。このうち、取り扱いが容易である点で、塩素(Cl)を含む原料であることが好ましく用いられる。
【0051】
本発明におけるエッチング性物質としては、t−塩化ブチル((CH3)3CCl:TBCl)、ビスジメチルアミノホスフィンクロライド([(CH3)2]N2PCl:BDMAPCl)、塩化水素(HCl)や、塩化メチル(CH3Cl)、四塩化炭素(CCl4)、ビスジメチルアミノアルシンクロライド([(CH3)2]N2AsCl)、三塩化燐(PCl3)、三塩化砒素AsCl3、塩素(Cl2)や、同様のBr系原料、I系原料、F系原料を例示することができる。このうち、t−塩化ブチルを用いると、清浄処理の対象となる半導体層のストイキメトリを比較的良好に維持しつつ効果的にエッチングを行うことができる。たとえば、上記半導体層がIII−V族半導体で、エッチングガスが特定のV族元素を含んでいる場合、清浄処理の対象となる半導体層がエッチングガス中に含まれるものと異なる種類のV族元素を含んでいると、清浄処理中に表面に変性層が形成されてしまう問題がしばしば起こるが、t−塩化ブチルはV族元素を含まないため、清浄処理中に変性層が形成されることがなく、好ましい。また、ビスジメチルアミノホスフィンクロライドを用いた場合、エッチング能力の温度依存性が比較的抑制されるため、安定した清浄処理を行うことができる。
【0052】
また、清浄処理の対象となる半導体層を構成するIII族元素が一種類からなる場合、本発明の表面処理中に変成層の形成や組成変化を起こしにくいため望ましく、さらには第一の半導体を構成するIII族元素がインジウム(In)で、たとえばInP、InAs、InN、InSbなど、であるか、またはガリウム(Ga)、たとえばGaAs、GaP、GaN、GaSbなど、である場合、より顕著な効果が現れる。
【0053】
本発明は、半導体層の成長を気相成長装置を用いて実施する場合、顕著な効果が得られ、成長原料に有機金属を用いた有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法の場合に、より顕著な効果が現れる。またこの場合、結晶成長原料である水素化合物及び有機金属ガスについては特に限定はされず、所望の化合物半導体を得るのに必要な水素化合物及び有機金属化合物ガスを用いればよい。
【0054】
【実施例】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点を明確にすべく、添付した図面を参照しながら、本発明の実施例を以下に詳述するが、本発明は、その要旨を超えない限り実施例に限定されるものではない。
【0055】
第一の実施例
本実施例では、MOVPE法を用いて、InP上にInPを再成長させる場合の成長界面の残留不純物除去について説明する。エッチング作用を有する原料として、t−塩化ブチル((CH3)3CCl:TBCl)を用い、結晶成長原料としては、トリメチルインジウム(TMIn)及びホスフィン(PH3)を用いた。図1のようにSnドープ{001}InP基板101上に減圧(60Torr)MOVPE法で1回目の成長層としてアンドープInP層103を1.0μm成長させた後、一旦ウエハをMOVPE炉から取り出し、12時間大気曝露する。ウエット処理等は実施しない。その後、このウエハを再びMOVPE炉内に投入し、2回目の成長層として0.5μmのアンドープInP層105を成長再成長させた。
【0056】
2回目の成長開始直前の第二の成長界面104で、MOVPE炉内でTBClとTMIn及びPH3をウエハの表面に10分間供給して、表面清浄処理を行った(サンプルA)。この表面清浄処理の際のTBClの供給量は19.4μmol/minで、これはInPのエッチング速度にして20.5nm/min相当し、TMInの供給量は15.08μmol/min、PH3の供給量は2.68mmol/minであり、これらはInPの成長速度にして20.5nm/minに相当する。従って、TBClによるInPのエッチング速度と、TMIn及びPH3によるInPの成長速度は等しく、この表面清浄処理中に1回目に成長したアンドープInP層103の層厚変化はない。また表面清浄処理時の基板温度は、625℃とした。
【0057】
比較の為に2回目のInP層成長開始直前の第二の成長界面104でのTBCl、TMIn、及びPH3による表面清浄処理を行わずに2回目のアンドープInP層105の成長を開始したサンプル(サンプルB)も作製した。
【0058】
サンプルA及びサンプルBの二つのサンプルの再成長界面での残留不純物濃度について2次イオン質量分析法(SIMS)を用い、アンドープInP層105をスパッタリングしながら深さ方向の分析を行った。
【0059】
第二の成長界面104でTBCl、TMIn、及びPH3による表面清浄処理を行わなかったサンプルBでは、第二の成長界面104に残留不純物としてC,O、Siが検出され、その濃度はそれぞれ、面密度にしてC:6.4×1010atoms/cm2、O:6.9×1011atoms/cm2、Si:1.2×1012atoms/cm2相当であった。一方、第二の成長界面104でTBCl(19.4μmol/min)、TMIn(15.08μmol/min)、及びPH3(2.68mmol/min)による表面清浄処理を行ったサンプルAでは、第二の成長界面104でのC,O,Si等の残留不純物はいずれも検出限界以下であった。ここで本測定での検出下限はそれぞれ、C:6×107atoms/cm2、O:6×108atoms/cm2、Si:6×107atoms/cm2 相当であった。またエッチングガスとして導入したClも全く検出されなかった。ここでClの検出下限は、3×107atoms/cm2程度であった。
【0060】
なお、本実施例では第二の成長界面104の清浄処理を例にあげて説明したが、第一の成長界面102の清浄処理に本発明を適用することもできる。
【0061】
第二の実施例
本実施例では、本発明をInP系半導体レーザ素子に適用した。本実施例では、活性層を最上層とする半導体多層膜を形成した後、活性層表面の一部を覆うマスクを形成し、このマスクの両脇の部分をエッチングにより除去し、メサストライプを設ける。その後、マスクをウエットエッチングにより除去した後、活性層表面に対して本発明に係る清浄処理を実施する。また、上記メサストライプを設けた後、その表面に対しても本発明に係る清浄処理を実施する。以下、図10を参照して本実施例について説明する。
【0062】
まず通常の結晶成長プロセスにより、n型InP基板301上にInGaAsP/InGaAsP量子井戸307を活性層とするダブルヘテロ構造を作製し、SiO2をマスクとして、ドライエッチングにより深さ2μm程度の幅2μmのメサストライプ310を形成した。その後、このウエハをMOVPE炉内に導入し、第一の再成長界面308に第一の実施例と同じ条件で上記本発明の表面清浄処理を施した後に、p型InP層302、n型InP層303、p型InP層304を順次積層して電流ブロック構造を形成した。
【0063】
次にこのウエハをMOVPE炉外に取り出し、SiO2マスクを通常のウエットエッチングプロセスにより除去した後、再びMOVPE炉内に投入し、第二の再成長界面309に再度本発明の上記表面清浄処理を第一の実施例と同様の条件下で実施した後、p型InPクラッド層305、p−InGaAsコンタクト層306を形成した。その後、通常の電極形成プロセス、素子分離プロセスを行い、埋め込み型レーザ素子を完成させた。
【0064】
この素子の電圧−電流特性、電流−光出力特性を測定したところ、本発明の表面清浄処理を用いない従来の素子に比べて、スロープ効率が大幅に改善されると共に、高光出力時の電力−光出力変換特性が大幅に改善され、同じ光出力を得るのに必要な駆動電圧が大幅に低減されていることが確認された。これは、本発明の表面清浄処理により電流ブロック層形成前の第一の再成長界面308のSi等のn型残留不純物が減少したことにより、リーク電流が減少し、またクラッド、コンタクト層形成前の第二の再成長界面309のSi等のn型残留不純物が減少したことにより、電流障壁が取り除かれ、駆動電圧の低下した効果によるものであると考えられる。
なお、本実施例では、第一の再成長界面308および第二の再成長界面309の両方に表面清浄処理を施したが、いずれか一方、たとえば第二の再成長界面309に対してのみ清浄処理を施してもよい。
【0065】
第三の実施例
本実施例では、清浄処理の条件を変更したこと以外は第一の実施例と同様にして半導体多層構造を作製し、第二の成長界面104でのC,O,Si等の残留不純物密度を測定した。清浄処理の条件は表1に示した。表1の「処理条件」における各項目について、以下、説明する。
【0066】
(i)ガスの種類
t−塩化ブチル((CH3)3CCl:TBCl)、ビスジメチルアミノホスフィンクロライド([(CH3)2]N2PCl:BDMAPCl)を用いた。
(ii)ガスの流量
MOVPE炉内へのガスの供給量を示す。
(iii)エッチング速度
表中に示された流量でエッチングガスのみを供給した場合のエッチング速度を示す。この値は予備実験により求められたものである。
(iv)成長速度
表中に示された流量で成長ガスのみを供給した場合の成長速度を示す。この値は予備実験により求められたものである。
(v)膜厚変化指数
層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、成長速度とエッチング速度の和を「膜厚変化指数」と定義した。清浄処理工程の前後における層厚変化の指標となる。
(vi)ガス供給方式
連続方式とは、エッチングガスおよび成長ガスを一定時間連続的に供給する方式である。間欠方式とは、エッチングガスおよび成長ガスを一定時間、間欠的に供給する方式であり、ガスを供給する時間とガスの供給を停止する時間を交互に繰り返す。
(vii)ウエットエッチング
アンドープInP層103の清浄処理の前に、エッチング液を用いたエッチング処理を行った場合、ウエットエッチング「有り」と表記した。
【0067】
(試料1〜4)
エッチング作用を有する原料として、t−塩化ブチル((CH3)3CCl:TBCl)またはビスジメチルアミノホスフィンクロライド([(CH3)2]N2PCl:BDMAPCl)を用い、結晶成長原料としては、トリメチルインジウム(TMIn)及びホスフィン(PH3)を用いた。図1のようにSnドープ{001}InP基板101上に減圧(60Torr)MOVPE法で1回目の成長層としてアンドープInP層103を1.0μm成長させた後、一旦ウエハをMOVPE炉から取り出し、12時間大気曝露する。その後、アンドープInP層103の表面を硫酸含有液によりウエットエッチングし、つづいて純水によりリンスを行った。
【0068】
その後、このウエハを再びMOVPE炉内に投入し、表1に示す条件で清浄処理を行った後、2回目の成長層として0.5μmのアンドープInP層105を再成長させた。
【0069】
各試料における清浄処理は以下のとおりである。
【0070】
試料1では清浄処理を行わなかった。
【0071】
試料2では、2回目の成長開始直前の第二の成長界面104で、MOVPE炉内でTBClとTMIn及びPH3をウエハの表面に10分間供給して、表面清浄処理を行った。各ガスの供給量等は表1に示したとおりである。ガスの供給は連続方式とした。清浄処理時の基板温度は、625℃とした。処理前後におけるアンドープInP層103の層厚変化は認められなかった。
【0072】
試料3では、2回目の成長開始直前の第二の成長界面104で、MOVPE炉内で以下のような処理を行った。すなわち、(i)TBClとTMIn及びPH3をウエハの表面に1分間供給した後、(ii)15秒間、PH3を大量に供給してパージを行う、というステップを、20回繰り返して実施した。各ガスの供給量等は表1に示したとおりである。清浄処理時の基板温度は、625℃とした。処理前後におけるアンドープInP層103の層厚変化は100nm以下であった。
【0073】
試料4では、2回目の成長開始直前の第二の成長界面104で、MOVPE炉内でビスジメチルアミノホスフィンクロライド(BDMAPCl)とTMIn及びPH3をウエハの表面に10分間供給して、表面清浄処理を行った。各ガスの供給量等は表1に示したとおりである。ガスの供給は連続方式とした。清浄処理時の基板温度は、625℃とした。処理前後におけるアンドープInP層103の層厚変化は認められなかった。
【0074】
(試料5〜6)
エッチング作用を有する原料として、t−塩化ブチル((CH3)3CCl:TBCl)またはビスジメチルアミノホスフィンクロライド([(CH3)2]N2PCl:BDMAPCl)を用い、結晶成長原料としては、トリメチルインジウム(TMIn)及びホスフィン(PH3)を用いた。図1のようにSnドープ{001}InP基板101上に減圧(60Torr)MOVPE法で1回目の成長層としてアンドープInP層103を1.0μm成長させた後、一旦ウエハをMOVPE炉から取り出し、12時間大気曝露する。その後、ウエットエッチングを行うことなく、このウエハを再びMOVPE炉内に投入し、表1に示す条件で清浄処理を行った。その後、2回目の成長層として0.5μmのアンドープInP層105を再成長させた。
【0075】
各試料における清浄処理は以下のとおりである。
【0076】
試料5では清浄処理を行わなかった。
【0077】
試料6では、2回目の成長開始直前の第二の成長界面104で、MOVPE炉内でTBClとTMIn及びPH3をウエハの表面に10分間供給して、表面清浄処理を行った。各ガスの供給量等は表1に示したとおりである。ガスの供給は連続方式とした。清浄処理時の基板温度は、625℃とした。処理前後におけるアンドープInP層103の層厚変化は認められなかった。
【0078】
上記各試料の清浄処理中の層厚変化は、いずれも100nm以下であった。
上記各試料について、第一の実施例と同様にしてSIMSにより残留不純物綿密度を測定した。結果を表1および図2〜7に示す。図2〜7は、それぞれ、試料1〜6の測定結果に対応する。表1中、「n.d.」とは、検出不可であったことを意味する。試料NO.5においては、該当するピークに対応する濃度は算出されたものの、ノイズとの判別が困難であったため、参考値として数値を示した。なお、図2〜7では、不純物濃度(単位:atoms/cm3)として算定された数値(縦軸)を、面密度として換算し、この値を該当ピークに対応させて図中に記載した(単位:atoms/cm2)。
【0079】
得られた結果より、以下のことが明らかになった。すなわち、膜厚変化指数が6nm以下(0.1nm/sec以下)となるようにエッチングガスと成長ガスの供給比を調整することにより、残留不純物面密度が顕著に低減される。特にSiが効果的に除去される。また、ガス供給方式は、間欠式が効果的である。間欠供給とすることによって残留不純物密度が顕著に低減される。清浄処理前のウエットエッチングは、実施しない方が残留不純物密度が小さい。
【表1】
【0080】
第四の実施例
本実施例では、第三の実施例と同様の実験を、ガス流量比を変化させて行ったものである。
【0081】
図1と同様のサンプル構造において第二の成長界面104での表面清浄処理条件としては、エッチングガスであるTBClの供給量を19.4μmol/min(InPのエッチング速度にして20.5nm/min相当)、PH3供給量を2.68mmol/minと一定にし、TMInの供給量を0〜30μmol/minの間で変化させて、10分間表面清浄処理を行い、続けてアンドープInP層105を成長した。続けてSIMS分析により第2界面の残留Si濃度について調べた。
【0082】
図8は、第三の実施例における試料2のTMIn流量を変化させたもの(図中、「残留Si(連続型)」と表示)と、第三の実施例における試料3のTMIn流量を変化させたもの(図中、「残留Si(間欠型)」と表示)とが示されている。
【0083】
図9は、第三の実施例における試料4のTMIn流量を変化させたものが示されている。
【0084】
図8および図9には、残留Siの面密度と共に、TBCl及びTMInによるInPの成長速度(即ちアンドープInP層103(第一の半導体層)の膜厚変化速度)を成長を正、エッチングを負として示した。
【0085】
いずれの系においてもTMInの供給量と共に残留Si濃度が減少し、成長速度が0nm/secになる付近で、残留Si濃度は最小値を示し、さらにTMIn流量を増やすと、再び残留Si濃度は上昇した。これは、エッチングガスのTBClのみを第二の成長界面104に供給した場合、表面の残留Siは揮発性の塩化物SiClxとして一旦は表面から脱離するものの、Si−Clの結合が、Si−Pの結合に比べて弱く、Si−Clの結合がすぐに切れてまた表面に際付着してしまうが、TMInをTBClと同時に供給すると、SiがSiClxとして表面から脱離すると同時に、それまでSiが占有していた安定なIII族サイトがInで埋まり、一旦表面から脱離したSiが再びInP表面に付着出来ずに表面から脱離していくためと考えられる。従ってSiの脱離効率はTBClによるInPのエッチング速度とTMInによるInPの成長速度が丁度釣り合うあたりで最大となる。TMInによるInPの成長速度がTBClによるInPのエッチング速度を上回ると、今度はSiが脱離する前に、InP層が成長してしまい、表面の清浄処理が行われなくなるため第二の成長界面104での残留Si濃度が上昇するものと考えられる。
【0086】
図8および図9の結果から、0.1nm/sec以内の層厚変化速度とした場合、特に層厚変化が実質的にない場合に、残留Si密度が顕著に低減されることが判明した。
【0087】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適宜変更され得ることは明らかである。
【0088】
たとえば上記実施例では、エッチング作用を有する原料として、TBCl、ビスジメチルアミノホスフィンクロライド([(CH3)2]N2PCl)を用いたが、他のCl系原料、例えば塩化水素(HCl)や、塩化メチル(CH3Cl)、四塩化炭素(CCl4)、ビスジメチルアミノアルシンクロライド([(CH3)2]N2AsCl)、三塩化燐(PCl3)、三塩化砒素AsCl3、塩素(Cl2)や、同様のBr系原料、I系原料、F系原料を用いてもよい。他の原料を用いる場合、原料の分解効率やエッチング効率は原料によって異なるが、基本的には上記実施例に示したようにエッチング原料による半導体層のエッチング速度と結晶成長原料による半導体層の成長速度をバランスさせることで最大のエッチング効率が得られ、同様の効果が得られる。
【0089】
また上記実施例では、結晶成長法としてMOVPE法を使った場合を例として説明したが、他の成長手法、たとえば分子線エピタキシー(MBE)法やガスソースMBE(GSMBE)法、有機金属MBE(MOMBE)法、化学ビーム成長(CBE)法などを使っても良い。また上記実施例では、InP系材料について説明したが、本発明はこれに制限されるものではなく、GaAs、InAs、GaP、GaNなどの他のIII−V族化合物半導体やII‐VI族化合物半導体などの半導体材料に適用可能である。
【0090】
また基板温度については、上記実施例では、625℃としたが、通常の結晶成長が可能な温度範囲例えばInPであれば400℃〜700℃程度の間、GaAsであれば400℃から800℃の間であればよく、エッチング原料による半導体層のエッチング速度や結晶成長原料による半導体層の成長速度の基板温度による変化を補正して、両者がバランスさせることで最大のエッチング効率が得られ、同様の効果がある。
【0091】
また、上記実施例では半導体層に対してエッチング作用を有するエッチング性物質を含む第一のガスと結晶成長原料を含む第二のガスとを同時に半導体層表面に供給したが、これらを交互に供給する方式とすることもできる。この場合、半導体層の成長が過度に進行してしまうと充分な清浄度を実現することが困難となるため、1〜3原子層程度の厚みの成長が進行した後、エッチングが行われるというように、成長ガスとエッチングガスの切り替えを迅速に行うことが望ましい。
【0092】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、もとの半導体層中の不純物拡散や結晶欠陥の発生を誘発することなく、また形状変化を最小限にして、結晶成長前の半導体基板表面や再成長前の半導体表面の不純物汚染や物理的ダメージを再現性良く安定的に除去することが可能であり、成長界面を有する半導体素子の性能改善に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で作製した半導体層の構造を示す図である。
【図2】実施例における残留不純物濃度のSIMS測定結果を示す図である。
【図3】実施例における残留不純物濃度のSIMS測定結果を示す図である。
【図4】実施例における残留不純物濃度のSIMS測定結果を示す図である。
【図5】実施例における残留不純物濃度のSIMS測定結果を示す図である。
【図6】実施例における残留不純物濃度のSIMS測定結果を示す図である。
【図7】実施例における残留不純物濃度のSIMS測定結果を示す図である。
【図8】実施例における残留Si濃度のTMIn供給量依存性を示す図である。
【図9】実施例における残留Si濃度のTMIn供給量依存性を示す図である。
【図10】第二の実施例における埋め込み型半導体レーザ構造を示す図である。
【符号の説明】
101 InP基板
102 第一の成長界面
103 アンドープInP層
104 第二の成長界面
105 アンドープInP層
301 n型InP基板
302 p型InP層
303 n型InP層
304 p型InP層
305 p型InPクラッド層
306 p−InGaAsコンタクト層
307 InGaAsP/InGaAsP量子井戸
308 第一の再成長界面
309 第二の再成長界面
310 メサストライプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for cleaning the surface of a semiconductor layer.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of a semiconductor device, a crystal growth process of the same or different kinds of semiconductor layers on a semiconductor substrate, a patterning process by photolithography and chemical etching or dry etching using a dielectric material as a mask, a current blocking structure and optical confinement Often, the same or different semiconductor layer regrowth steps for the structure are repeated. In this case, the surface of the substrate before crystal growth and the surface of the semiconductor growth layer before regrowth are easily subject to impurity contamination and physical damage due to atmospheric exposure, etching, cleaning, and other processes. The device characteristics and life will be greatly deteriorated. For this reason, in order to remove impurity contamination and a physically damaged layer, a method has been used in which etching is performed in a crystal growth chamber and then crystal growth is continued.
[0003]
As such a technique, in Japanese Patent No. 3158651, trimethylgallium (TMG) and arsine (AsH) are used as growth raw materials.3), By etching in the growth chamber immediately before GaAs regrowth using hydrogen chloride (HCl) as an etching gas, impurities such as carbon (C), oxygen (O), silicon (Si) can be removed, Further, if TMG is simultaneously supplied together with HCl during etching, deviation from stoichiometry that occurs on the crystal surface due to etching is compensated, and carrier accumulation at the regrowth interface is suppressed.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-65434 discloses that in vapor phase growth of a GaAs semiconductor, a group III element alkyl compound and a group V element hydroxide or alkyl compound vapor are simultaneously introduced together with hydrogen chloride to form a semiconductor layer. A technique for etching is disclosed. As for the etching rate, an example of an etching rate of 0.1 μm per minute is shown. By doing so, it is said that the base surface before the start of growth can be made into a mirror surface.
[0005]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 51-74580 discloses that vapor phase etching of a semiconductor material composed of a group III-V element is performed in an inert gas atmosphere containing a halide of a group V element and a hydroxide thereof. A technique for simultaneously introducing a hydroxide of a group element is described. According to the publication, it is described that a substrate surface that is flat and excellent in specularity can be obtained.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above prior art, contaminants whose etching rate is slower than the constituent elements of the semiconductor crystal are likely to remain on the surface. For example, I Triple E Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Vol. 3, No. 3, pages 845 to 853 As reported in the eyes (IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 3, N0.3, p845-p853), the etching gas is PCl.3Even if the InP surface is etched in the growth chamber using Si, Si is hardly etched and remains on the surface. Further, according to the experimental results of the present inventors, it is found that residual Si at the regrowth interface is removed near the normal crystal growth temperature even if etching is performed in the crystal growth chamber as shown in Japanese Patent No. 3158651. It was not easy. In addition, if the substrate temperature is raised too much to remove residual Si, or if etching is performed too deeply, impurity diffusion and crystal defects will occur inside the original semiconductor layer, and the shape will change due to etching, resulting in a device as designed. There was a problem that the structure could not be produced.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to induce impurity diffusion and generation of crystal defects in the original semiconductor layer, and minimize shape change, An object of the present invention is to provide a technique for stably removing impurity contamination and physical damage on a semiconductor substrate surface before crystal growth and a semiconductor surface before regrowth with good reproducibility.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors inferred the reason why it is difficult to remove specific contaminants attached to the semiconductor surface as follows. When an etchable substance is allowed to act on a contaminant adhered to the surface of the semiconductor layer, the etchable substance and the specific contaminant cause a chemical reaction. However, the bonding force of the bond generated by this chemical reaction is relatively weak. Even if the contaminant binds with the etching substance to form a compound and desorbs from the semiconductor surface, the bond immediately breaks and reappears on the semiconductor surface. It is expected to adhere. Thus, it is speculated that the specific contaminants attached to the semiconductor surface are difficult to remove because they reattach to the semiconductor layer.
[0009]
Based on such inference, the present inventor efficiently brought contaminants into contact with the surface of the semiconductor layer to be cleaned by contacting both the raw material having an etching action and the crystal growth raw material while suppressing reattachment. The inventors found that it can be removed by etching, and completed the present invention.
[0010]
According to the present invention, there is provided a cleaning method for removing contaminants adhering to the surface of a semiconductor layer, wherein an etching substance having an etching action on the semiconductor layer and a crystal growth material are simultaneously or alternately used. And a cleaning process step of contacting the semiconductor layer, wherein the sign of the layer thickness change rate of the semiconductor layer is defined as positive when the layer thickness increases and negative when the layer thickness decreases, and the cleaning process R is the layer thickness change rate of the semiconductor layer when the process is performed, and r is the layer thickness change rate of the semiconductor layer when only the etching substance is brought into contact with the semiconductor layer.1The change in layer thickness of the semiconductor layer when only the crystal growth raw material is brought into contact with the semiconductor layer is r2When the absolute value of these layer thickness change rates is | R | <| r2| <| R1|The residual Si concentration at the growth interface of the semiconductor layer is the surface density of 2.5 × 10 11 atoms / cm 2 IsA cleaning method is provided.
With the above configuration, the supply balance of the etching substance and the crystal growth raw material becomes appropriate, the contaminants adhering to the surface of the semiconductor layer are efficiently removed, and the reattachment of the detached contaminants to the semiconductor layer is suppressed. Can do.
[0011]
Moreover, according to the present invention,A cleaning method for removing contaminants adhering to a surface of a semiconductor layer, wherein an etching substance having an etching action on the semiconductor layer and a crystal growth raw material are simultaneously or alternately applied to the semiconductor layer. Including a cleaning treatment step for contact, and the sign of the rate of change in layer thickness of the semiconductor layer is defined as positive when the layer thickness increases and negative when the layer thickness decreases, and when the cleaning processing step is performed The layer thickness change rate of the semiconductor layer is R, and the layer thickness change rate of the semiconductor layer when only the etching substance is brought into contact with the semiconductor layer is r. 1 The change in layer thickness of the semiconductor layer when only the crystal growth raw material is brought into contact with the semiconductor layer is r 2 When the absolute value of these layer thickness change rates is | R | <| r 2 | <| R 1 |, And | R | is 0.1 nm / sec or less.Is provided.
With the above configuration, the supply balance of the etching substance and the crystal growth raw material becomes appropriate, the contaminants adhering to the surface of the semiconductor layer are efficiently removed, and the reattachment of the detached contaminants to the semiconductor layer is suppressed. Can do.
[0013]
When the etching substance acts on the surface of the semiconductor layer, the contaminant attached to the surface of the semiconductor layer is detached from the surface. However, some of the desorbed contaminants may adhere to the semiconductor layer surface again. In order to increase the cleanliness of the semiconductor layer, it is necessary to sufficiently suppress the reattachment of such contaminants. Therefore, in the present invention, the etching substance and the crystal growth raw material are brought into contact with the surface of the semiconductor layer, and the contaminant is efficiently removed by etching while suppressing reattachment. Although the reason why the re-adhesion of the contaminants can be prevented by such a method is not necessarily clear, after the contaminants are desorbed from the surface of the semiconductor layer, the sites occupied by the contaminants can be quickly removed by the crystal growth raw material. Presumed to be due to being occupied.
[0014]
In the cleaning treatment method of the present invention, the first gas and the second gas can be intermittently supplied. By doing so, contamination on the surface of the semiconductor layer can be more efficiently removed.
[0015]
In the cleaning method of the present invention, the semiconductor layer may have a thickness difference of 100 nm or less before and after performing the cleaning process. By doing so, a sufficiently high cleanliness can be realized.
[0016]
In the cleaning method of the present invention, the thickness of the semiconductor layer may not be substantially reduced when the cleaning process is performed. Here, “substantially does not decrease” means that the layer thickness of the semiconductor layer does not decrease at all, or even if there is a slight decrease in the layer thickness, the layer thickness change rate is 0.1 nm / sec or less. Say. By configuring so that the thickness of the semiconductor layer does not substantially decrease, a sufficiently high cleanliness can be realized with respect to the surface of the semiconductor layer.
[0017]
As described above, sufficiently high cleanliness can be realized by controlling the change in the thickness of the semiconductor layer to be cleaned. The reason for this is not necessarily clear, but it is assumed that after the contaminants are detached from the surface of the semiconductor layer, the sites previously occupied by the contaminants are surely occupied by the crystal growth raw material.
Such a change in the thickness of the semiconductor layer can be controlled, for example, by adjusting the quantity ratio of the etching substance and the crystal growth raw material. For example, by appropriately adjusting the quantity ratio of the etching gas and the raw material gas and supplying the gas to the surface of the semiconductor layer, the semiconductor layer to be cleaned is not substantially etched, and a new layer is formed on the semiconductor layer. The semiconductor layer can be prevented from growing substantially.
If the balance between the etching substance and the crystal growth raw material is lost and tilted toward the etching side, the etched substance may be reattached and sufficient cleanliness may not be obtained. On the other hand, when the film is inclined toward the film formation, a new semiconductor layer is stacked without sufficiently removing contaminants, and sufficient cleanliness cannot be obtained.
[0020]
In the cleaning treatment method of the present invention, it may be configured such that R <0. By doing so, a sufficiently high cleanliness can be realized on the surface of the semiconductor layer.
[0021]
In the cleaning method of the present invention, a configuration in which | R | is 0.1 nm / sec or less can be employed. By doing this, the supply balance of the etching substance and the crystal growth raw material becomes more appropriate, and the contaminants adhering to the surface of the semiconductor layer are efficiently removed, and the reattachment of the detached contaminants to the semiconductor layer is suppressed. can do. In addition, the device structure can be easily designed.
[0022]
In the cleaning treatment method of the present invention, the crystal growth raw material may include an organic metal.
[0023]
In the cleaning method of the present invention, the etching substance may be a halogen element or a compound thereof.
[0024]
In the cleaning treatment method of the present invention, the semiconductor layer may be composed of a compound semiconductor.
[0025]
In the cleaning treatment method of the present invention, the semiconductor layer may be made of a III-V group compound semiconductor.
[0026]
When the crystal growth raw material is a compound containing a group III element constituting the semiconductor layer, the vacancies in the semiconductor layer formed by the etching substance can be occupied by the constituent elements of the semiconductor layer, and the surface It is possible to prevent the formation of a metamorphic layer.
[0027]
The group III element constituting the semiconductor layer may be one kind. By doing so, it is possible to suppress the formation of the metamorphic layer and the composition change during the cleaning process of the surface of the semiconductor layer.
[0028]
In the cleaning treatment method of the present invention, the group III element constituting the semiconductor layer may be indium (In). In the vapor phase growth of InP, a growth temperature of 600 ° C. to 650 ° C. is usually employed. This is to prevent the diffusion of phosphorus, which is a group V element, and to prevent diffusion of impurities such as zinc intentionally added to give conductivity to the crystal, and to obtain an impurity profile as designed. belongs to. However, when such a relatively low growth temperature is employed, it becomes more difficult to clean the growth interface. In general, in the cleaning treatment of the growth interface with an etching gas, the removal efficiency increases as the atmospheric temperature is increased. However, in the InP semiconductor system, since there is an upper limit on the cleaning temperature, contamination at the growth interface is difficult to remove, and silicon contamination is a serious problem. According to the present invention, the problem of contamination at the growth interface can be effectively solved.
[0029]
Furthermore, according to the present invention, the following method for manufacturing a semiconductor device is provided. Here, the semiconductor device includes an optical element such as a light emitting element, a light receiving element, and an optical modulator, and an electronic element such as a field effect transistor and a bipolar transistor.
[0030]
According to the present invention, the step of forming the first semiconductor layer on the semiconductor substrate, the step of cleaning the surface of the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer on the first semiconductor layer The step of cleaning the surface of the first semiconductor layer includes an etching substance having an etching action on the semiconductor layer, and a crystal growth raw material. The sign of the layer thickness change rate of the semiconductor layer is defined as positive when the layer thickness increases and negative when the layer thickness decreases, and the cleaning process is performed when the cleaning process is performed. R is the thickness change rate of the semiconductor layer, and r is the thickness change rate of the semiconductor layer when only the etching substance is brought into contact with the semiconductor layer.1The change in layer thickness of the semiconductor layer when only the crystal growth raw material is brought into contact with the semiconductor layer is r2When the absolute value of these layer thickness change rates is | R | <| r2| <| R1|The residual Si concentration at the growth interface of the semiconductor layer is the surface density of 2.5 × 10 11 atoms / cm 2 IsA method for manufacturing a semiconductor device is provided. With the above configuration, the supply balance of the etching substance and the crystal growth raw material becomes more appropriate, the contaminants attached to the surface of the semiconductor layer are efficiently removed, and the reattachment of the detached contaminants to the semiconductor layer is suppressed. be able to.
[0031]
Also according to the invention,Forming a first semiconductor layer on the semiconductor substrate; cleaning a surface of the first semiconductor layer; and forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer. And the step of cleaning the surface of the first semiconductor layer includes a step of bringing an etching substance having an etching action on the semiconductor layer and a crystal growth raw material into contact with the surface of the semiconductor layer. The sign of the layer thickness change rate of the semiconductor layer is defined as positive when the layer thickness increases and negative when the layer thickness decreases, and the layer thickness change of the semiconductor layer when the cleaning process is performed R is the rate, and r is the thickness change rate of the semiconductor layer when only the etching substance is brought into contact with the semiconductor layer. 1 The change in layer thickness of the semiconductor layer when only the crystal growth raw material is brought into contact with the semiconductor layer is r 2 When the absolute value of these layer thickness change rates is | R | <| r 2 | <| R 1 |, And | R | is 0.1 nm / sec or less.Is provided. With the above configuration, the supply balance of the etching substance and the crystal growth raw material becomes more appropriate, the contaminants attached to the surface of the semiconductor layer are efficiently removed, and the reattachment of the detached contaminants to the semiconductor layer is suppressed. be able to.
[0033]
When the etching substance acts on the surface of the semiconductor layer, the contaminant attached to the surface of the semiconductor layer is detached from the surface. However, some of the desorbed contaminants may adhere to the semiconductor layer surface again. In order to increase the cleanliness of the semiconductor layer, it is necessary to sufficiently suppress the reattachment of such contaminants. Therefore, in the present invention, the etching substance and the crystal growth raw material are brought into contact with the surface of the semiconductor layer, and the contaminant is efficiently removed by etching while suppressing reattachment. Although the reason why the re-adhesion of the contaminants can be prevented by such a method is not necessarily clear, after the contaminants are desorbed from the surface of the semiconductor layer, the sites occupied by the contaminants can be quickly removed by the crystal growth raw material. Presumed to be due to being occupied.
[0034]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first gas and the second gas can be intermittently supplied. By doing so, contamination on the surface of the semiconductor layer can be more efficiently removed.
[0035]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the difference in layer thickness of the first semiconductor layer before and after performing the step of cleaning the surface of the first semiconductor layer is 100 nm or less. Can do. By doing so, a sufficiently high cleanliness can be realized.
[0036]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, when the step of cleaning the surface of the first semiconductor layer is performed, the layer thickness of the first semiconductor layer is not substantially reduced. can do. Here, “substantially does not decrease” means that the layer thickness change rate of the first semiconductor layer does not decrease at all or the layer thickness change rate is 0.1 nm / sec or less even if there is a slight decrease in the layer thickness. Say something. By configuring so that the layer thickness of the first semiconductor layer does not substantially decrease, a sufficiently high cleanliness can be realized on the surface of the semiconductor layer.
[0037]
As described above, sufficiently high cleanliness can be realized by controlling the change in the thickness of the first semiconductor layer to be cleaned. The reason for this is not necessarily clear, but it is assumed that after the contaminants are detached from the surface of the semiconductor layer, the sites previously occupied by the contaminants are surely occupied by the crystal growth raw material. Such a change in the thickness of the first semiconductor layer can be controlled, for example, by adjusting the amount ratio of the etching substance and the crystal growth raw material. For example, by appropriately adjusting the quantity ratio of the etching gas and the raw material gas and supplying the gas to the surface of the semiconductor layer, the semiconductor layer to be cleaned is not substantially etched, and a new layer is formed on the semiconductor layer. The semiconductor layer can be prevented from growing substantially.
If the balance between the etching substance and the crystal growth raw material is lost and tilted toward the etching side, the etched substance may be reattached and sufficient cleanliness may not be obtained. On the other hand, when the film is inclined toward the film formation, a new semiconductor layer is stacked without sufficiently removing contaminants, and sufficient cleanliness cannot be obtained.
[0039]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a configuration in which R <0 can be adopted. By doing so, a sufficiently high cleanliness can be realized on the surface of the semiconductor layer.
[0040]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, | R | may be 0.1 nm / sec or less. By doing this, the supply balance of the etching substance and the crystal growth raw material becomes more appropriate, and the contaminants adhering to the surface of the semiconductor layer are efficiently removed, and the reattachment of the detached contaminants to the semiconductor layer is suppressed. can do.
[0041]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the crystal growth raw material may include an organic metal.
[0042]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the etching substance may be a halogen element or a compound thereof.
[0043]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first semiconductor layer may be made of a compound semiconductor.
[0044]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first semiconductor layer may be made of a III-V group compound semiconductor. At this time, the crystal growth raw material may be a compound containing a group III element constituting the first semiconductor layer. Moreover, the group III element which comprises a 1st semiconductor layer shall consist of one type. By doing so, it is possible to suppress the formation of the metamorphic layer and the composition change during the cleaning process of the surface of the semiconductor layer.
[0045]
In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the group III element constituting the first semiconductor layer may be indium (In). In the vapor phase growth of InP, a growth temperature of 600 ° C. to 650 ° C. is usually employed. This is for preventing phosphorus, which is a group V element, from desorbing and preventing diffusion of impurity zinc, and obtaining an impurity profile as designed. However, when such a relatively low growth temperature is employed, it becomes more difficult to clean the growth interface. In general, in the cleaning treatment of the growth interface with an etching gas, the removal efficiency increases as the atmospheric temperature is increased. However, in the InP semiconductor system, since there is an upper limit on the cleaning temperature, contamination at the growth interface is difficult to remove, and silicon contamination is a serious problem. According to the present invention, the problem of contamination at the growth interface can be effectively solved.
[0046]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be formed by vapor phase growth.
[0047]
In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, after the step of forming the first semiconductor layer, a mask is formed on the first semiconductor layer, and then the mask is removed, and then the first semiconductor It can be set as the structure which implements the said process of carrying out the cleaning process of the surface of a layer. When these steps are performed, the surface of the first semiconductor layer becomes a regrowth surface, and many impurities are likely to adhere to the surface due to contamination by the atmosphere, remaining mask material, and the like. According to the present invention, such impurities can be efficiently removed.
[0048]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The semiconductor layer to be cleaned in the present invention is
III-V group compound semiconductors such as InP, such as InGaAs, InGaAsP, AlGaInAs, InAsP, GaAs, such as AlGaAs, InGaP, AlGaInP, GaAsSb, InGaAsN, and GaN, such as GaN, AlGaN, GaInN, AlGaInN, and BAlGaInN;
II-VI group compound semiconductors such as ZnSe, ZnTe, MgZnSSe, MgZnCdSe, MgZnSeTe, ZnSeTe, ZnO, MgZnO, MgCdZnO;
In addition to a compound semiconductor such as silicon, a semiconductor such as silicon and a compound thereof, germanium and a compound thereof, and the like.
The semiconductor layer to be cleaned in the present invention may have a ternary system or a quaternary or higher composition.
[0049]
Of these, when the present invention is applied to the surface of the III-V compound semiconductor layer by removing the contaminants adhering to the element fabrication process or exposure to the atmosphere, a remarkable effect is obtained. In particular, the present invention is particularly effective when applied to the removal of silicon, which has been difficult to remove sufficiently by the prior art.
[0050]
Examples of the etching substance in the present invention include a halogen element or a compound thereof which forms a volatile compound by combining with a majority of elements. Of these, a raw material containing chlorine (Cl) is preferably used because it is easy to handle.
[0051]
As an etching substance in the present invention, t-butyl chloride ((CH3)3CCl: TBCl), bisdimethylaminophosphine chloride ([(CH3)2] N2PCl: BDMAPCl), hydrogen chloride (HCl), methyl chloride (CH3Cl), carbon tetrachloride (CCl4), Bisdimethylaminoarsine chloride ([(CH3)2] N2AsCl), phosphorus trichloride (PCl)3), Arsenic trichloride AsCl3, Chlorine (Cl2And similar Br-based materials, I-based materials, and F-based materials. Among these, when t-butyl chloride is used, etching can be effectively performed while maintaining the stoichiometry of the semiconductor layer to be cleaned relatively well. For example, when the semiconductor layer is a group III-V semiconductor and the etching gas contains a specific group V element, the semiconductor layer to be cleaned is a different type of group V element from that contained in the etching gas. However, since t-butyl chloride does not contain a group V element, a modified layer may be formed during the cleaning process. Not preferred. In addition, when bisdimethylaminophosphine chloride is used, the temperature dependency of the etching ability is relatively suppressed, so that a stable cleaning process can be performed.
[0052]
In addition, when the group III element constituting the semiconductor layer to be cleaned is composed of one kind, it is preferable that the formation of the metamorphic layer and the composition change are difficult to occur during the surface treatment of the present invention. More significant effect when the constituent group III element is indium (In), such as InP, InAs, InN, InSb, etc., or gallium (Ga), such as GaAs, GaP, GaN, GaSb, etc. Appears.
[0053]
According to the present invention, when a semiconductor layer is grown using a vapor phase growth apparatus, a remarkable effect is obtained, and a metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD) method using an organic metal as a growth material. In this case, a more remarkable effect appears. In this case, the hydrogen compound and the organometallic gas which are the raw materials for crystal growth are not particularly limited, and a hydrogen compound and an organometallic compound gas necessary for obtaining a desired compound semiconductor may be used.
[0054]
【Example】
In order to clarify the above and other objects, features and advantages of the present invention, examples of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. It is not limited to examples.
[0055]
First embodiment
In the present embodiment, residual impurity removal at the growth interface in the case where InP is regrown on InP by using the MOVPE method will be described. As a raw material having an etching action, t-butyl chloride ((CH3)3CCl: TBCl) is used, and as crystal growth materials, trimethylindium (TMIn) and phosphine (PH3) Was used. As shown in FIG. 1, an
[0056]
TBCl, TMIn, and PH in the MOVPE furnace at the
[0057]
For comparison, TBCl, TMIn, and PH at the
[0058]
The residual impurity concentration at the regrowth interface of the two samples A and B was analyzed in the depth direction while sputtering the
[0059]
TBCl, TMIn, and PH at the
[0060]
In this embodiment, the cleaning process for the
[0061]
Second embodiment
In this embodiment, the present invention is applied to an InP semiconductor laser element. In this embodiment, after forming a semiconductor multilayer film with the active layer as the uppermost layer, a mask covering a part of the surface of the active layer is formed, and both sides of the mask are removed by etching to provide a mesa stripe. . Then, after removing the mask by wet etching, the cleaning process according to the present invention is performed on the surface of the active layer. In addition, after the mesa stripe is provided, the cleaning treatment according to the present invention is also performed on the surface thereof. Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to FIG.
[0062]
First, a double heterostructure having an InGaAsP / InGaAsP quantum well 307 as an active layer is formed on an n-
[0063]
Next, this wafer is taken out of the MOVPE furnace and SiO 2 is removed.2After removing the mask by a normal wet etching process, it was again put into the MOVPE furnace, and the above surface cleaning treatment of the present invention was performed again on the
[0064]
When the voltage-current characteristics and current-light output characteristics of this element were measured, the slope efficiency was significantly improved and the power at the time of high light output compared to the conventional element not using the surface cleaning treatment of the present invention- It was confirmed that the light output conversion characteristics were greatly improved and the driving voltage required to obtain the same light output was greatly reduced. This is because the surface cleaning treatment of the present invention reduces n-type residual impurities such as Si at the
In the present embodiment, both the
[0065]
Third embodiment
In this example, a semiconductor multilayer structure is produced in the same manner as in the first example except that the conditions for the cleaning treatment are changed, and the residual impurity density of C, O, Si, etc. at the
[0066]
(I) Gas type
t-Butyl chloride ((CH3)3CCl: TBCl), bisdimethylaminophosphine chloride ([(CH3)2] N2PCl: BDMAPCl) was used.
(Ii) Gas flow rate
The amount of gas supplied into the MOVPE furnace is shown.
(Iii) Etching rate
The etching rate when only the etching gas is supplied at the flow rate shown in the table is shown. This value is obtained by a preliminary experiment.
(Iv) Growth rate
The growth rate when only the growth gas is supplied at the flow rate shown in the table is shown. This value is obtained by a preliminary experiment.
(V) Film thickness change index
The case where the layer thickness increases was defined as positive, the case where the layer thickness decreased was defined as negative, and the sum of the growth rate and the etching rate was defined as the “film thickness change index”. It becomes an index of the layer thickness change before and after the cleaning process.
(Vi) Gas supply method
The continuous method is a method in which an etching gas and a growth gas are continuously supplied for a predetermined time. The intermittent method is a method in which an etching gas and a growth gas are intermittently supplied for a fixed time, and the gas supply time and the gas supply time are alternately repeated.
(Vii) Wet etching
When an etching process using an etching solution was performed before the cleaning process of the
[0067]
(Samples 1 to 4)
As a raw material having an etching action, t-butyl chloride ((CH3)3CCl: TBCl) or bisdimethylaminophosphine chloride ([(CH3)2] N2PCl: BDMAPCl) is used, and the raw materials for crystal growth are trimethylindium (TMIn) and phosphine (PH3) Was used. As shown in FIG. 1, an
[0068]
Thereafter, this wafer was again put into the MOVPE furnace, and after cleaning treatment was performed under the conditions shown in Table 1, an
[0069]
The cleaning process for each sample is as follows.
[0070]
Sample 1 was not cleaned.
[0071]
In sample 2, TBCl, TMIn, and PH in the MOVPE furnace at the
[0072]
In
[0073]
In sample 4, bisdimethylaminophosphine chloride (BDMACCl), TMIn, and PH in the MOVPE furnace at the
[0074]
(Samples 5-6)
As a raw material having an etching action, t-butyl chloride ((CH3)3CCl: TBCl) or bisdimethylaminophosphine chloride ([(CH3)2] N2PCl: BDMAPCl) is used, and the raw materials for crystal growth are trimethylindium (TMIn) and phosphine (PH3) Was used. As shown in FIG. 1, an
[0075]
The cleaning process for each sample is as follows.
[0076]
Sample 5 was not cleaned.
[0077]
In sample 6, TBCl, TMIn, and PH in the MOVPE furnace at the
[0078]
The change in the layer thickness during the cleaning treatment of each sample was 100 nm or less.
About each said sample, it carried out similarly to the 1st Example, and measured the residual impurity cotton density by SIMS. The results are shown in Table 1 and FIGS. 2 to 7 correspond to the measurement results of samples 1 to 6, respectively. In Table 1, “nd” means that detection was not possible. Sample No. In No. 5, although the concentration corresponding to the corresponding peak was calculated, it was difficult to distinguish it from noise, so a numerical value was shown as a reference value. 2 to 7, the impurity concentration (unit: atoms / cm3The numerical value (vertical axis) calculated as) is converted as the surface density, and this value is shown in the figure corresponding to the corresponding peak (unit: atoms / cm).2).
[0079]
From the results obtained, the following became clear. That is, the residual impurity surface density is significantly reduced by adjusting the supply ratio of the etching gas and the growth gas so that the film thickness change index is 6 nm or less (0.1 nm / sec or less). In particular, Si is effectively removed. Moreover, the intermittent method is effective as the gas supply method. The residual impurity density is significantly reduced by intermittent supply. If the wet etching before the cleaning treatment is not performed, the residual impurity density is small.
[Table 1]
[0080]
Fourth embodiment
In this example, an experiment similar to that of the third example was performed by changing the gas flow rate ratio.
[0081]
In the sample structure similar to that of FIG. 1, the surface cleaning treatment condition at the
[0082]
FIG. 8 shows a change in the TMIn flow rate of the sample 2 in the third embodiment (shown as “residual Si (continuous type)” in the figure) and a change in the TMIn flow rate of the
[0083]
FIG. 9 shows the sample 4 in the third embodiment with the TMIn flow rate changed.
[0084]
In FIGS. 8 and 9, the growth rate of InP by TBCl and TMIn (that is, the rate of change in film thickness of the undoped InP layer 103 (first semiconductor layer)) is positive and the etching is negative, along with the surface density of residual Si. As shown.
[0085]
In any system, the residual Si concentration decreases with the supply amount of TMIn, and the residual Si concentration shows the minimum value near the growth rate of 0 nm / sec. When the TMIn flow rate is further increased, the residual Si concentration increases again. did. This is because when only the etching gas TBCl is supplied to the
[0086]
From the results of FIGS. 8 and 9, it was found that when the layer thickness change rate is within 0.1 nm / sec, the residual Si density is significantly reduced, particularly when there is substantially no change in the layer thickness.
[0087]
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to said each Example, It is clear that each Example can be suitably changed within the range of the technical idea of this invention.
[0088]
For example, in the above embodiment, TBCl, bisdimethylaminophosphine chloride ([(CH3)2] N2PCl), but other Cl-based materials such as hydrogen chloride (HCl) and methyl chloride (CH3Cl), carbon tetrachloride (CCl4), Bisdimethylaminoarsine chloride ([(CH3)2] N2AsCl), phosphorus trichloride (PCl)3), Arsenic trichloride AsCl3, Chlorine (Cl2) Or similar Br-based materials, I-based materials, and F-based materials. When other raw materials are used, the decomposition efficiency and etching efficiency of the raw materials differ depending on the raw materials, but basically, as shown in the above embodiment, the etching rate of the semiconductor layer by the etching raw material and the growth rate of the semiconductor layer by the crystal growth raw material The maximum etching efficiency can be obtained by balancing the two, and the same effect can be obtained.
[0089]
In the above-described embodiment, the case where the MOVPE method is used as the crystal growth method has been described as an example. ) Method, chemical beam growth (CBE) method, or the like may be used. In the above embodiments, the InP-based material has been described. However, the present invention is not limited to this, and other III-V group compound semiconductors such as GaAs, InAs, GaP, and GaN, and II-VI group compound semiconductors. It is applicable to semiconductor materials such as
[0090]
Further, the substrate temperature is 625 ° C. in the above embodiment, but a temperature range in which normal crystal growth is possible, for example, about 400 ° C. to 700 ° C. for InP, and 400 ° C. to 800 ° C. for GaAs. It is sufficient that the etching rate of the semiconductor layer by the etching raw material and the change in the growth rate of the semiconductor layer by the crystal growth raw material due to the substrate temperature are corrected and the maximum etching efficiency can be obtained by balancing the two. effective.
[0091]
In the above embodiment, the first gas containing the etching substance having an etching action on the semiconductor layer and the second gas containing the crystal growth raw material are simultaneously supplied to the surface of the semiconductor layer, but these are alternately supplied. It is also possible to adopt a method. In this case, if the growth of the semiconductor layer proceeds excessively, it becomes difficult to achieve a sufficient cleanliness, so that the etching is performed after the growth of the thickness of about 1 to 3 atomic layers has progressed. In addition, it is desirable to quickly switch between the growth gas and the etching gas.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the surface of a semiconductor substrate before crystal growth and re-generation can be minimized without inducing impurity diffusion and generation of crystal defects in the original semiconductor layer and minimizing shape change. Impurity contamination and physical damage on the semiconductor surface before growth can be stably removed with good reproducibility, which has a great effect on improving the performance of a semiconductor element having a growth interface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor layer manufactured in an example.
FIG. 2 is a diagram showing SIMS measurement results of residual impurity concentration in Examples.
FIG. 3 is a diagram showing SIMS measurement results of residual impurity concentration in Examples.
FIG. 4 is a diagram showing SIMS measurement results of residual impurity concentration in Examples.
FIG. 5 is a diagram showing SIMS measurement results of residual impurity concentration in Examples.
FIG. 6 is a diagram showing SIMS measurement results of residual impurity concentration in Examples.
FIG. 7 is a diagram showing SIMS measurement results of residual impurity concentration in Examples.
FIG. 8 is a graph showing the dependency of residual Si concentration on TMIn supply amount in Examples.
FIG. 9 is a graph showing the dependency of residual Si concentration on TMIn supply amount in Examples.
FIG. 10 is a view showing a buried semiconductor laser structure in a second embodiment.
[Explanation of symbols]
101 InP substrate
102 First growth interface
103 Undoped InP layer
104 Second growth interface
105 Undoped InP layer
301 n-type InP substrate
302 p-type InP layer
303 n-type InP layer
304 p-type InP layer
305 p-type InP cladding layer
306 p-InGaAs contact layer
307 InGaAsP / InGaAsP quantum well
308 First regrowth interface
309 Second regrowth interface
310 Mesa Stripe
Claims (32)
前記半導体層の層厚変化速度の符号を、層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、前記清浄処理工程を実施した際の前記半導体層の層厚変化速度をR、
前記半導体層に対して前記エッチング性物質のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化速度をr1、
前記半導体層に対して前記結晶成長原料のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化をr2
としたときに、これらの層厚変化速度の絶対値が、
|R|<|r2|<|r1|であり、
前記半導体層の成長界面の残留Si濃度が面密度で、2.5×10 11 atoms/cm 2 以下であることを特徴とする清浄処理方法。A cleaning method for removing contaminants adhering to a surface of a semiconductor layer, wherein an etching substance having an etching action on the semiconductor layer and a crystal growth raw material are simultaneously or alternately applied to the semiconductor layer. Including a cleaning process to make contact,
The sign of the thickness change rate of the semiconductor layer is defined as positive when the layer thickness increases and negative when the layer thickness decreases, and the layer thickness change rate of the semiconductor layer when the cleaning process is performed R,
R 1 , the rate of change in thickness of the semiconductor layer when only the etching substance is brought into contact with the semiconductor layer,
The layer thickness change of the semiconductor layer when only the crystal growth raw material is brought into contact with the semiconductor layer is represented by r 2.
The absolute value of these layer thickness change rates is
| R | <| r 2 | <| r 1 | der is,
A cleaning treatment method, wherein a residual Si concentration at a growth interface of the semiconductor layer is an area density of 2.5 × 10 11 atoms / cm 2 or less .
前記半導体層の層厚変化速度の符号を、層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、前記清浄処理工程を実施した際の前記半導体層の層厚変化速度をR、The sign of the thickness change rate of the semiconductor layer is defined as positive when the layer thickness increases and negative when the layer thickness decreases, and the thickness change rate of the semiconductor layer when the cleaning process is performed R,
前記半導体層に対して前記エッチング性物質のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化速度をrThe layer thickness change rate of the semiconductor layer when only the etching substance is brought into contact with the semiconductor layer is expressed as r. 11 、,
前記半導体層に対して前記結晶成長原料のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化をrThe thickness change of the semiconductor layer when only the crystal growth raw material is brought into contact with the semiconductor layer is expressed as r. 22
としたときに、これらの層厚変化速度の絶対値が、The absolute value of these layer thickness change rates is
|R|<|r| R | <| r 22 |<|r| <| R 11 |であり、|R|が0.1nm/sec以下であることを特徴とする清浄処理方法。|, And | R | is 0.1 nm / sec or less.
前記第一の半導体層上に第二の半導体層を形成する工程とを含み、
前記第一の半導体層の表面を清浄処理する前記工程は、前記半導体層に対してエッチング作用を有するエッチング性物質と、結晶成長原料とを、前記半導体層の表面に接触せしめる工程を含み、
前記半導体層の層厚変化速度の符号を、層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、前記清浄処理工程を実施した際の前記半導体層の層厚変化速度をR、
前記半導体層に対して前記エッチング性物質のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化速度をr1、
前記半導体層に対して前記結晶成長原料のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化をr2
としたときに、これらの層厚変化速度の絶対値が、
|R|<|r2|<|r1|であり、
前記半導体層の成長界面の残留Si濃度が面密度で、2.5×10 11 atoms/cm 2 以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a first semiconductor layer on top of the semiconductor substrate, cleaning the surface of the first semiconductor layer,
Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer,
The step of cleaning the surface of the first semiconductor layer includes a step of bringing an etching substance having an etching action on the semiconductor layer and a crystal growth raw material into contact with the surface of the semiconductor layer,
The sign of the thickness change rate of the semiconductor layer is defined as positive when the layer thickness increases and negative when the layer thickness decreases, and the layer thickness change rate of the semiconductor layer when the cleaning process is performed R,
R 1 , the rate of change in thickness of the semiconductor layer when only the etching substance is brought into contact with the semiconductor layer,
The layer thickness change of the semiconductor layer when only the crystal growth raw material is brought into contact with the semiconductor layer is represented by r 2.
The absolute value of these layer thickness change rates is
| R | <| r 2 | <| r 1 | der is,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a residual Si concentration at a growth interface of the semiconductor layer is an area density of 2.5 × 10 11 atoms / cm 2 or less .
前記第一の半導体層上に第二の半導体層を形成する工程とを含み、Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer,
前記第一の半導体層の表面を清浄処理する前記工程は、前記半導体層に対してエッチング作用を有するエッチング性物質と、結晶成長原料とを、前記半導体層の表面に接触せしめる工程を含み、 The step of cleaning the surface of the first semiconductor layer includes a step of bringing an etching substance having an etching action on the semiconductor layer and a crystal growth raw material into contact with the surface of the semiconductor layer,
前記半導体層の層厚変化速度の符号を、層厚が増加する場合を正、層厚が減少する場合を負と定義し、前記清浄処理工程を実施した際の前記半導体層の層厚変化速度をR、The sign of the thickness change rate of the semiconductor layer is defined as positive when the layer thickness increases and negative when the layer thickness decreases, and the thickness change rate of the semiconductor layer when the cleaning process is performed R,
前記半導体層に対して前記エッチング性物質のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化速度をrThe layer thickness change rate of the semiconductor layer when only the etching substance is brought into contact with the semiconductor layer is expressed as r. 11 、,
前記半導体層に対して前記結晶成長原料のみを接触させた場合の前記半導体層の層厚変化をrThe thickness change of the semiconductor layer when only the crystal growth raw material is brought into contact with the semiconductor layer is expressed as r. 22
としたときに、これらの層厚変化速度の絶対値が、The absolute value of these layer thickness change rates is
|R|<|r| R | <| r 22 |<|r| <| R 11 |であり、|R|が0.1nm/sec以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。|, And | R | is 0.1 nm / sec or less.
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