ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法
【課題】Ｈ2ＳｅまたはＤＥＴｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ等のエピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を、Ｎ2ガスを用いて効果的に低減すること、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減すること。
【解決手段】目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層７を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を終了した後、断熱圧縮された窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを行い、その後に再び目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層７を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行う。
【解決手段】目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層７を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を終了した後、断熱圧縮された窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを行い、その後に再び目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層７を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスのエピタキシャル層を気相成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法、特にセレン（Ｓｅ）またはテルル（Ｔｅ）をドープしたｎ型のノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）等の電子デバイスのエピタキシャル層を成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタの性能を向上させるためには、より多くの多数キャリアをより高速に伝達できる材質を用いることが重要である。ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などの化合物半導体はシリコン（Ｓｉ）半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。代表例として高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が挙げられ、携帯電話の送信用マイクロ波増幅器や衛星放送用受信アンテナの高周波増幅器に用いられている。
【０００３】
ノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ（以下、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハという）のおおまかな構造を図２に示す。このノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性の基板１上に結晶成長したバッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びノンアロイコンタクト層７を具備する。
【０００４】
基板１は単結晶成長するための下地である。バッファ層２は、基板表面の残留不純物の影響によるデバイス特性劣化を防ぐ働きや、電子走行層３からのリーク電流を防ぐ働きをもつ半絶縁性のＧａＡｓ層またはアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）層である。電子走行層３は自由電子が流れる半絶縁性のＩｎＧａＡｓ層であり、高純度である必要がある。スペーサ層４は、電子走行層の自由電子が電子供給層のｎ型不純物によってイオン散乱されるのを抑止する働きを持つ半絶縁性のＧａＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層である。電子供給層５はｎ型不純物がドーピングされており、発生した自由電子を電子走行層３へ供給する働きをもつｎ型のＡｌＧａＡｓ層である。ノンアロイコンタクト層７は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＩｎＧａＡｓ層である。
【０００５】
ノンアロイコンタクト層７は電極を形成するための層であり、低抵抗であることが重要である。ノンアロイコンタクト層７の抵抗を下げるためには、キャリア濃度を高くしなければならないが、従来よく用いられているＧａＡｓでは５×１０18cm-3以上のキャリア濃度を得るのは難しい。そこでＩｎＧａＡｓを用い、例えば１×１０19cm-3という高キャリア濃度を実現できるようにしている。
【０００６】
上記ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの具体的な構造例を図３に示した。結晶成長のことをエピタキシャルと言う。エピタキシャル層名称のｎ−はエピタキシャル層がｎ型であることを表し、ｎ+−はキャリア濃度が大きいｎ型であることを表している。また、ｉ−はエピタキシャル層が半絶縁性であることを表している。厚さの単位はnm（１０-9ｍ）である。キャリア濃度の単位はcm-3である。
【０００７】
図３は、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの縦断面構造を示している。このノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハは、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、半絶縁性のＧａＡｓからなる基板１上に、バッファ層２として、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ５００nm、キャリア濃度１×１０13cm-3以下）、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ（厚さ１００nm、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ１００nm、キャリア濃度１×１０15cm-3以下）、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ（厚さ１００nm、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ１００nm、キャリア濃度１×１０15cm-3以下）を順次設け、更に、電子走行層３としてｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ（厚さ２０nm）を設ける。その上に更に、スペーサ層４として、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層（厚さ５nm、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）、電子供給層５としてｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ（厚さ２５nm、キャリア濃度３×１０18cm-3（Ｓｉドープ））、その上にゲートコンタクト層６としてｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ（厚さ５０nm、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）を設け、その上にノンアロイコンタクト層７としてｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ（厚さ５０nm、キャリア濃度１×１０19cm-3）を設ける。
【０００８】
このノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長方法を以下に述べる。
【０００９】
エピタキシャル層を成長させる基板を成長炉内にセットし、加熱する。成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層を形成する。
【００１０】
ｉ−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ原料のトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）とＡｓ原料のアルシン（ＡｓＨ3）を基板に供給する。なお、Ｇａ原料として他にトリエチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3）がある。Ａｓ原料として他にトリメチル砒素（Ａｓ（ＣＨ3）3）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）がある。
【００１１】
ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＡｌ原料のトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）を基板に供給する。なお、Ａｌ原料として他にトリエチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3）がある。
【００１２】
ｉ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＩｎ原料のトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3）3）を基板に供給する。なお、Ｉｎ原料として他にトリエチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3）がある。
【００１３】
ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを成長する場合には、Ａｌ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはシリコン（Ｓｉ）がある。Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）がある。
【００１４】
ｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ（ノンアロイコンタクト層７）を成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはセレン（Ｓｅ）またはテルル（Ｔｅ）がある。Ｓｅ原料としてはセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）がある。Ｔｅ原料としてはジエチルテルル（ＤＥＴｅ）がある。ＳｅまたはＴｅを高濃度にドーピングさせるため、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、及びセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）もしくはジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を基板に供給する。
【００１５】
ところで、ノンアロイコンタクト層７のｎ型ドーパントには、高濃度にドーピングするため、例えばＨ2Ｓｅを用いている。Ｈ2Ｓｅは配管内に残留する「メモリー効果」が非常に高いため、連続成長していくと配管内に残留しているＨ2Ｓｅによりｎ型ドーパントとして追加され、電気的特性に影響を及ぼす、という問題がある。
【００１６】
従来、ｎ型層を成長しないときは、水素などの不活性ガスをｎ型ドーパント供給ラインに供給するが、ｎ型ドーパントは配管でのメモリー効果が非常に大きいため、通常用いられる水素や窒素などの不活性ガスによる配管パージだけでは配管内の残留しているｎ型ドーパントを完全に除去することはできない。そこで、気相成長前及び気相成長中断中に、Ｖ族元素を含む原料化合物をｎ型ドーパント供給ラインに流すことによって、ｎ型ドーパント供給ラインの清浄化を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
また、エピタキシャル層の成長を行う直前に、反応管内に塩化メチルを導入して基板表面の不純物を除去する方法（例えば、特許文献２参照）や、シャワー状に噴射し、これを炉芯管のフロント側の内壁に付着した反応物に当てて、効率的に反応物を除去する装置（例えば、特許文献３参照）や、定期的に、先ず、反応炉全体を均一に例えば５５０℃程度に昇温し、その後、ＣｌＦ3ガスを７００ｓｃｃｍ程度のガス流量で、希釈用ガスである窒素（Ｎ2）ガス（ガス流量２７４０ｓｃｃｍ程度）と共に、反応炉内に供給して、反応炉内の残留膜のエッチングを行う方法（例えば、特許文献４参照）などが知られている。
【００１８】
なお、ｎ型のノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴの電子デバイス構造の例としては特許文献５がある。
【特許文献１】特開平１０−９７９９６号公報（段落番号００１１）
【特許文献２】特開２００３−２０３００号公報（段落番号０００７）
【特許文献３】特開２００１−６８４１６号公報
【特許文献４】特開２０００−１７３９３２号公報（段落番号００２３）
【特許文献５】特開平１１−２４３０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記ノンアロイコンタクト層のｎ型ドーパントであるＨ2Ｓｅは、反応炉内にも供給される以上、配管のみならず反応炉内にも残留する。この「メモリー効果」により、連続成長していくと、反応炉内に残留しているＨ2Ｓｅによりｎ型ドーパントとして追加され、次成長時の電気的特性に影響を及ぼす。
【００２０】
上記特許文献１は、この反応炉内に残留するＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減する技術については記載がない。発明の要点で後述するように、反応炉におけるＨ2Ｓｅの「メモリー効果」についても、これを低減しないと、連続成長したエピタキシャルウェハの電気的特性が変動し、安定した量産ができず、歩留の低下にもつながるという問題がある。
【００２１】
また、特許文献２は塩化メチル（ＣＨ3Ｃｌ）を、また特許文献４は、ＣｌＦ3ガスとＮ2ガスとの混合ガスを導入して不純物をエッチング除去する方法を開示するに止まる。さらに特許文献３は、クリーニング時に不活性ガスを噴射する装置を示すのみであり、その不活性ガスがＮ2等であると示唆するに止まる。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、Ｈ2ＳｅまたはＤＥＴｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ等のエピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を、Ｎ2ガスを用いて効果的に低減すること、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減することが可能なIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００２４】
請求項１の発明に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、反応炉内に設置した基板を加熱し、反応炉内にIII族とＶ族の原料を流すことにより、セレン（Ｓｅ）又はテルル（Ｔｅ）をドープしたｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造を得るべく、基板上にエピタキシャル層を成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を終了した後、断熱圧縮された窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを行い、その後に再び目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とする。
【００２５】
上記基板としては、半絶縁性化合物半導体からなる基板が好適に用いられる。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記ノンアロイコンタクト層を成長する際、ｎ型ドーパントのセレン（Ｓｅ）又はテルル（Ｔｅ）の原料ガスとして、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）またはジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いることを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスの温度を８０℃〜１５０℃の範囲に設定することを特徴とする。
【００２８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスの流量を５０〜３００Ｌ／分の範囲に設定することを特徴とする。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記窒素ガスの断熱圧縮及び放出を断続的に行うことを特徴とする。
【００３０】
上記請求項１〜請求項５において、ｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイスとしては、ノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴやヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）がある。Ｖ族原料としては、アルシン（ＡｓＨ3）、トリメチル砒素（Ａｓ（ＣＨ3）3、）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）、ホスフィン（ＰＨ3）、またはターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）を用いることができる。また、III族原料としては、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3）3）、トリエチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3）、トリエチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3）、トリエチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3）を用いることができる。
【００３１】
＜発明の要点＞
ノンアロイコンタクト層には高濃度にドーピングするためＨ2ＳｅまたはＤＥＴｅを用いている。Ｈ2Ｓｅは反応炉内に残留する「メモリー効果」が非常に高いため、連続成長していくと反応炉内に残留しているＨ2Ｓｅによりｎ型ドーパントとして追加され、電気的特性に影響を及ぼす、という問題がある。ＤＥＴｅについても、Ｈ2Ｓｅより「メモリー効果」の程度は少ないが、やはり連続成長した場合には電気的特性に影響を及ぼすことがあると言われている。
【００３２】
目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造がＨＥＭＴ構造である場合を例にすると、本発明の目的は、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）又はジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いたｎ型のノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を低減すること、すなわちＨ2Ｓｅ又はＤＥＴｅの「メモリー効果」を低減することである。以下ではＨ2Ｓｅについて記述する。
【００３３】
従来技術では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長した後に、Ｈ2Ｓｅが反応炉内にメモリー効果として残り、次成長時の電気的特性に影響を及ぼす。連続成長したエピタキシャルウェハの電気的特性が変動するということは、安定した量産ができず、歩留りの低下にもつながる。
【００３４】
そこで、本発明では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長した後に、断熱圧縮された窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセス（以下、ホットガス・バースト・プロセスという）を行って、Ｈ2Ｓｅのメモリー効果を低減してから目的のエピタキシャルウェハを成長するようにした。
【００３５】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、図３に示す構造のノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前と後において、図３内に示した電気的特性評価用構造（基板１、バッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びゲートコンタクト層６）のエピタキシャルウェハ（評価用構造エピタキシャルウェハ）の成長を行い、作製したそれぞれの評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗を渦電流法により測定した。シート抵抗とはエピタキシャルウェハ表面での抵抗であり、単位はΩ／ｓｑ．（Ω／□とも書く）である。この結果を表１の左欄「従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）」に示す。
【００３６】
表１に示すように、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）の場合、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前（Ｈ2Ｓｅ使用前）の評価用構造エピタキシャルウェハ（図４（ａ））では、シート抵抗が３１９Ω／ｓｑ．であるのに対し、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長（図４（ｂ））した後の評価用構造エピタキシャルウェハ（図４（ｃ））では、シート抵抗が２８６Ω／ｓｑ．と低下している。すなわち、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前と後で、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗が１０．３％も下がっている。評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗が大幅に変動するということは、ＨＥＭＴの電気的特性であるピンチオフ電圧やシートキャリア濃度、電子移動度も変動するということである。すなわち同じ条件でノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを連続成長しても同じ電気的特性のエピタキシャルウェハが成長できない。これでは安定量産ができず、歩留りの低下にもつながってしまう。
【００３７】
そこで、本発明では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を低減するため、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅのメモリー効果を低減するために、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長（図１（ｂ））した後に、つまり目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴ構造の成長を一回成長し終わる毎に、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセス（図１（ｃ））を行う。そしてその後に目的のエピタキシャルウェハを成長する。成長フロー図を図１に示す。ホットガス・バースト・プロセスを入れることで、反応炉内のＨ2Ｓｅメモリー効果が低減でき、再び次の目的とする電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行うようにすると、電気的特性を変動させずに成長を行うことができる。
【発明の効果】
【００３８】
目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造がＨＥＭＴ構造である場合を例にすると、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）では、図３のようなＨ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを製作した前と後で比較したとき、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗が表１に示すように１０．３％も変動する。
【００３９】
本発明では、このような電気的特性の変動を低減するため、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅのメモリー効果を低減するために、目的とするＨ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長した後、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを行う。そして、その後に目的とする電子デバイス構造のエピタキシャル層を成長する。
【００４０】
本発明により、このホットガス・バースト・プロセスを行うことで、反応炉内のＨ2Ｓｅメモリー効果が低減でき、次の目的とするエピタキシャル成長においても電気的特性を変動させずに成長を行うことができる。すなわち本発明によれば、Ｈ2Ｓｅのメモリー効果を低減して、電気的特性の変動を低減することができ、製品の安定量産に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００４２】
図１に本実施形態におけるノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長フロー図を示す。図示するように、図３内に矢印で範囲を示した電気的特性評価用構造エピタキシャルウェハ（基板１、バッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びゲートコンタクト層６）をエピタキシャル成長し（図１（ａ））、次いでＨ2Ｓｅを用いたノンアロイコンタクト層７をエピタキシャル成長して（図１（ｂ））、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する。
【００４３】
次に、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセス（図１（ｃ））を行う。反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスは、温度を８０℃〜１５０℃の範囲に設定し、流量を５０〜３００Ｌ／分の範囲に設定する。そして、好ましくは、この窒素ガスの断熱圧縮及び放出を断続的に行う。
【００４４】
その後に、再び目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行う（図１（ｄ））。
【００４５】
このように目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴ等の電子デバイス構造の成長を一回成長し終わる毎に、ホットガス・バースト・プロセス（図１（ｃ））を入れることで、反応炉内のＨ2Ｓｅメモリー効果を低減し、次の目的のエピタキシャル成長において電気的特性を変動させずに成長を行うことができる。
【実施例】
【００４６】
本発明を図３のノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの作製後に適用した。
【００４７】
ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長条件を下記する。成長時の基板温度は６６０℃、成長炉内圧力は７０Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素である。基板には半絶縁性ＧａＡｓウェハを用いた。ｉ−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3とＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は７０ｃｃ／分である。ＡｓＨ3の流量は２５０ｃｃ／分である。ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それらの流量はそれぞれ３０ｃｃ／分、６０ｃｃ／分及び５００ｃｃ／分である。ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それらの流量はそれぞれ４０ｃｃ／分、１５０ｃｃ／分及び５００ｃｃ／分である。ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の成長には、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6を使用した。Ｓｉ2Ｈ6の流量は５０ｃｃ／分である。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の場合と同じである。ｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3Ｈ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅを用い、それらの流量はそれぞれ１５０ｃｃ／分、４００ｃｃ／分、１００ｃｃ／分及び２００ｃｃ／分である。
【００４８】
まず、上記ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長前に、図３中で示した評価用構造（基板１、バッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びゲートコンタクト層６）のエピタキシャルウェハを成長した（図１（ａ）参照）。
【００４９】
次いでｎ型ドーパントのＳｅ原料としてＨ2Ｓｅを用い、Ｓｅドープのｎ型のノンアロイコンタクト層７をエピタキシャル成長し（図１（ｂ））、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを形成した。
【００５０】
その後、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを、下記の条件で行った（図１（ｃ））。すなわち、反応炉内に供給する際の高温窒素ガスの温度は１３０℃、流量は１００Ｌ／分、ガスの断熱圧縮・放出を６秒間隔で行い、これを１５分間実施した。成長炉内は圧力１Ｔｏｒｒに真空引きしてある。
【００５１】
このホットガス・バースト・プロセス後、再び評価用構造エピタキシャルウェハ（図１（ｄ））を成長した。
【００５２】
上記ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ成長後にホットガス・バースト・プロセスを行った実施例の場合（本発明「ホットガス・バースト・プロセス有り」）と、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ成長後にホットガス・バースト・プロセスを行わなかった場合（従来技術「ホットガス・バースト・プロセス無し」）について、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長の前と後（つまりＨ2Ｓｅ使用前と後）における評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗を渦電流法により測定し、その変動率を比較した。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示すように、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）の場合、Ｈ2Ｓｅの使用前と後（図４（ａ）と（ｃ））において、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗が３１９Ω／ｓｑ．から２８６Ω／ｓｑ．と低下し、シート抵抗変動率が１０．３％と高くなっている。これに対し、本発明の実施例（ホットガス・バースト・プロセス有り）の場合、Ｈ2Ｓｅの使用前と後（図１（ａ）と（ｄ））において、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗は３１９Ω／ｓｑ．から３２０Ω／ｓｑ．までしか増加せず、シート抵抗変動率が０．３％に止まっている。
【００５５】
このように本発明の実施例（ホットガス・バースト・プロセス「有り」）では、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗変動率が非常に小さいことが分かる。
【００５６】
表２に評価用構造エピタキシャルウェハのエピタキシャル層中のＳｅ濃度を比較したものを示す。ここでは、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス「無し」）でのノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長前と後（Ｈ2Ｓｅの使用前と後）の評価用構造エピタキシャルウェハ（図４（ａ）と（ｃ））と、本発明の実施例（ホットガス・バースト・プロセス「有り」）でのノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長前と後（Ｈ2Ｓｅ使用前と後）の評価用構造エピタキシャルウェハ（図１（ａ）と（ｄ））について、それぞれ二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を行い、そのエピタキシャル層中のＳｅ濃度を定量化した。
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２に示すように、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）の場合、Ｈ2Ｓｅ使用前と後における評価用構造エピタキシャルウェハのＳｅ濃度が１×１０15cm-3以下から１．６×１０16cm-3と高くなっている。これに対し、本発明の実施例（ホットガス・バースト・プロセス有り）の場合、Ｈ2Ｓｅ使用前と後における評価用構造エピタキシャルウェハのＳｅ濃度が共に１×１０15cm-3以下で変化がない。このことから本発明の実施例ではＳｅ濃度が従来技術よりも低いことが分かる。すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅのメモリー効果が十分に低減されていることが分かる。
【００５９】
本発明は、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を低減すること、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減することである。Ｈ2Ｓｅを用いたエピタキシャル成長後に、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを入れて、Ｈ2Ｓｅのメモリー効果を低減できれば、電気的特性の変動を低減でき、製品の安定量産につながる。
【００６０】
＜他の実施例、変形例＞
上記実施例では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前に流す高温ガスの温度を１３０℃にしたが、これはできるだけ反応炉の温度をエピタキシャル成長温度に近づける、つまり原料の分解する温度（４００℃以上）に近づけるためである。しかし、８０℃〜１５０℃の温度範囲であれば、本発明の高温ガスによるクリーニング効果を得ることができるので、この温度範囲の任意の温度に設定することができる。またガス流量は多いほど、例えば３００Ｌ／分とするほど効果があるが、５０Ｌ／分程度でもクリーニング効果を得ることができるので、この流量範囲の任意の一定流量値に設定することができる。
【００６１】
上記実施形態では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長前後で電気的特性を不安定とせずに製造する方法として説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ノンアロイコンタクト層にＨ2ＳｅまたはＤＥＴｅを用いた図５の如き構成のヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）用エピタキシャルウェハにも同様に適用可能である。
【００６２】
また、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスの替わりに、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層などのエピタキシャル層を実際に成長することでも、反応炉内のＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減することができた。ただし、成長するエピタキシャル膜厚が不十分であるとＨ2Ｓｅのメモリー効果を低減できないし、また、余分な原料を使用してしまうことになるので、原料の節約という観点からも本発明は最適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施例に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法のフロー図である。
【図２】本発明を適用したノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの基本構造を示す図である。
【図３】本発明を適用したノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す図である。
【図４】従来技術のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を示すフロー図である。
【図５】本発明を適用可能なＨＢＴ用エピタキシャルウェハの基本構造を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 基板
２ バッファ層
３ 電子走行層
４ スペーサ層
５ 電子供給層
６ ゲートコンタクト層
７ ノンアロイコンタクト層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスのエピタキシャル層を気相成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法、特にセレン（Ｓｅ）またはテルル（Ｔｅ）をドープしたｎ型のノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）等の電子デバイスのエピタキシャル層を成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トランジスタの性能を向上させるためには、より多くの多数キャリアをより高速に伝達できる材質を用いることが重要である。ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などの化合物半導体はシリコン（Ｓｉ）半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。代表例として高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が挙げられ、携帯電話の送信用マイクロ波増幅器や衛星放送用受信アンテナの高周波増幅器に用いられている。
【０００３】
ノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ（以下、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハという）のおおまかな構造を図２に示す。このノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性の基板１上に結晶成長したバッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びノンアロイコンタクト層７を具備する。
【０００４】
基板１は単結晶成長するための下地である。バッファ層２は、基板表面の残留不純物の影響によるデバイス特性劣化を防ぐ働きや、電子走行層３からのリーク電流を防ぐ働きをもつ半絶縁性のＧａＡｓ層またはアルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）層である。電子走行層３は自由電子が流れる半絶縁性のＩｎＧａＡｓ層であり、高純度である必要がある。スペーサ層４は、電子走行層の自由電子が電子供給層のｎ型不純物によってイオン散乱されるのを抑止する働きを持つ半絶縁性のＧａＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層である。電子供給層５はｎ型不純物がドーピングされており、発生した自由電子を電子走行層３へ供給する働きをもつｎ型のＡｌＧａＡｓ層である。ノンアロイコンタクト層７は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＩｎＧａＡｓ層である。
【０００５】
ノンアロイコンタクト層７は電極を形成するための層であり、低抵抗であることが重要である。ノンアロイコンタクト層７の抵抗を下げるためには、キャリア濃度を高くしなければならないが、従来よく用いられているＧａＡｓでは５×１０18cm-3以上のキャリア濃度を得るのは難しい。そこでＩｎＧａＡｓを用い、例えば１×１０19cm-3という高キャリア濃度を実現できるようにしている。
【０００６】
上記ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの具体的な構造例を図３に示した。結晶成長のことをエピタキシャルと言う。エピタキシャル層名称のｎ−はエピタキシャル層がｎ型であることを表し、ｎ+−はキャリア濃度が大きいｎ型であることを表している。また、ｉ−はエピタキシャル層が半絶縁性であることを表している。厚さの単位はnm（１０-9ｍ）である。キャリア濃度の単位はcm-3である。
【０００７】
図３は、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの縦断面構造を示している。このノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハは、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、半絶縁性のＧａＡｓからなる基板１上に、バッファ層２として、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ５００nm、キャリア濃度１×１０13cm-3以下）、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ（厚さ１００nm、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ１００nm、キャリア濃度１×１０15cm-3以下）、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ（厚さ１００nm、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ１００nm、キャリア濃度１×１０15cm-3以下）を順次設け、更に、電子走行層３としてｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ（厚さ２０nm）を設ける。その上に更に、スペーサ層４として、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層（厚さ５nm、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）、電子供給層５としてｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ（厚さ２５nm、キャリア濃度３×１０18cm-3（Ｓｉドープ））、その上にゲートコンタクト層６としてｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ（厚さ５０nm、キャリア濃度１×１０16cm-3以下）を設け、その上にノンアロイコンタクト層７としてｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ（厚さ５０nm、キャリア濃度１×１０19cm-3）を設ける。
【０００８】
このノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長方法を以下に述べる。
【０００９】
エピタキシャル層を成長させる基板を成長炉内にセットし、加熱する。成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層を形成する。
【００１０】
ｉ−ＧａＡｓを成長する場合には、Ｇａ原料のトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）とＡｓ原料のアルシン（ＡｓＨ3）を基板に供給する。なお、Ｇａ原料として他にトリエチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3）がある。Ａｓ原料として他にトリメチル砒素（Ａｓ（ＣＨ3）3）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）がある。
【００１１】
ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＡｌ原料のトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）を基板に供給する。なお、Ａｌ原料として他にトリエチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3）がある。
【００１２】
ｉ−Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ａｓを成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＩｎ原料のトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3）3）を基板に供給する。なお、Ｉｎ原料として他にトリエチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3）がある。
【００１３】
ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを成長する場合には、Ａｌ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはシリコン（Ｓｉ）がある。Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）がある。
【００１４】
ｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ（ノンアロイコンタクト層７）を成長する場合には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはセレン（Ｓｅ）またはテルル（Ｔｅ）がある。Ｓｅ原料としてはセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）がある。Ｔｅ原料としてはジエチルテルル（ＤＥＴｅ）がある。ＳｅまたはＴｅを高濃度にドーピングさせるため、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、及びセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）もしくはジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を基板に供給する。
【００１５】
ところで、ノンアロイコンタクト層７のｎ型ドーパントには、高濃度にドーピングするため、例えばＨ2Ｓｅを用いている。Ｈ2Ｓｅは配管内に残留する「メモリー効果」が非常に高いため、連続成長していくと配管内に残留しているＨ2Ｓｅによりｎ型ドーパントとして追加され、電気的特性に影響を及ぼす、という問題がある。
【００１６】
従来、ｎ型層を成長しないときは、水素などの不活性ガスをｎ型ドーパント供給ラインに供給するが、ｎ型ドーパントは配管でのメモリー効果が非常に大きいため、通常用いられる水素や窒素などの不活性ガスによる配管パージだけでは配管内の残留しているｎ型ドーパントを完全に除去することはできない。そこで、気相成長前及び気相成長中断中に、Ｖ族元素を含む原料化合物をｎ型ドーパント供給ラインに流すことによって、ｎ型ドーパント供給ラインの清浄化を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１７】
また、エピタキシャル層の成長を行う直前に、反応管内に塩化メチルを導入して基板表面の不純物を除去する方法（例えば、特許文献２参照）や、シャワー状に噴射し、これを炉芯管のフロント側の内壁に付着した反応物に当てて、効率的に反応物を除去する装置（例えば、特許文献３参照）や、定期的に、先ず、反応炉全体を均一に例えば５５０℃程度に昇温し、その後、ＣｌＦ3ガスを７００ｓｃｃｍ程度のガス流量で、希釈用ガスである窒素（Ｎ2）ガス（ガス流量２７４０ｓｃｃｍ程度）と共に、反応炉内に供給して、反応炉内の残留膜のエッチングを行う方法（例えば、特許文献４参照）などが知られている。
【００１８】
なお、ｎ型のノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴの電子デバイス構造の例としては特許文献５がある。
【特許文献１】特開平１０−９７９９６号公報（段落番号００１１）
【特許文献２】特開２００３−２０３００号公報（段落番号０００７）
【特許文献３】特開２００１−６８４１６号公報
【特許文献４】特開２０００−１７３９３２号公報（段落番号００２３）
【特許文献５】特開平１１−２４３０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記ノンアロイコンタクト層のｎ型ドーパントであるＨ2Ｓｅは、反応炉内にも供給される以上、配管のみならず反応炉内にも残留する。この「メモリー効果」により、連続成長していくと、反応炉内に残留しているＨ2Ｓｅによりｎ型ドーパントとして追加され、次成長時の電気的特性に影響を及ぼす。
【００２０】
上記特許文献１は、この反応炉内に残留するＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減する技術については記載がない。発明の要点で後述するように、反応炉におけるＨ2Ｓｅの「メモリー効果」についても、これを低減しないと、連続成長したエピタキシャルウェハの電気的特性が変動し、安定した量産ができず、歩留の低下にもつながるという問題がある。
【００２１】
また、特許文献２は塩化メチル（ＣＨ3Ｃｌ）を、また特許文献４は、ＣｌＦ3ガスとＮ2ガスとの混合ガスを導入して不純物をエッチング除去する方法を開示するに止まる。さらに特許文献３は、クリーニング時に不活性ガスを噴射する装置を示すのみであり、その不活性ガスがＮ2等であると示唆するに止まる。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、Ｈ2ＳｅまたはＤＥＴｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ等のエピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を、Ｎ2ガスを用いて効果的に低減すること、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減することが可能なIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００２４】
請求項１の発明に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、反応炉内に設置した基板を加熱し、反応炉内にIII族とＶ族の原料を流すことにより、セレン（Ｓｅ）又はテルル（Ｔｅ）をドープしたｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造を得るべく、基板上にエピタキシャル層を成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を終了した後、断熱圧縮された窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを行い、その後に再び目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とする。
【００２５】
上記基板としては、半絶縁性化合物半導体からなる基板が好適に用いられる。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記ノンアロイコンタクト層を成長する際、ｎ型ドーパントのセレン（Ｓｅ）又はテルル（Ｔｅ）の原料ガスとして、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）またはジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いることを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスの温度を８０℃〜１５０℃の範囲に設定することを特徴とする。
【００２８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスの流量を５０〜３００Ｌ／分の範囲に設定することを特徴とする。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記窒素ガスの断熱圧縮及び放出を断続的に行うことを特徴とする。
【００３０】
上記請求項１〜請求項５において、ｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイスとしては、ノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴやヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）がある。Ｖ族原料としては、アルシン（ＡｓＨ3）、トリメチル砒素（Ａｓ（ＣＨ3）3、）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）、ホスフィン（ＰＨ3）、またはターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）を用いることができる。また、III族原料としては、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3）3）、トリエチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3）、トリエチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3）、トリエチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3）を用いることができる。
【００３１】
＜発明の要点＞
ノンアロイコンタクト層には高濃度にドーピングするためＨ2ＳｅまたはＤＥＴｅを用いている。Ｈ2Ｓｅは反応炉内に残留する「メモリー効果」が非常に高いため、連続成長していくと反応炉内に残留しているＨ2Ｓｅによりｎ型ドーパントとして追加され、電気的特性に影響を及ぼす、という問題がある。ＤＥＴｅについても、Ｈ2Ｓｅより「メモリー効果」の程度は少ないが、やはり連続成長した場合には電気的特性に影響を及ぼすことがあると言われている。
【００３２】
目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造がＨＥＭＴ構造である場合を例にすると、本発明の目的は、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）又はジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いたｎ型のノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を低減すること、すなわちＨ2Ｓｅ又はＤＥＴｅの「メモリー効果」を低減することである。以下ではＨ2Ｓｅについて記述する。
【００３３】
従来技術では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長した後に、Ｈ2Ｓｅが反応炉内にメモリー効果として残り、次成長時の電気的特性に影響を及ぼす。連続成長したエピタキシャルウェハの電気的特性が変動するということは、安定した量産ができず、歩留りの低下にもつながる。
【００３４】
そこで、本発明では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長した後に、断熱圧縮された窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセス（以下、ホットガス・バースト・プロセスという）を行って、Ｈ2Ｓｅのメモリー効果を低減してから目的のエピタキシャルウェハを成長するようにした。
【００３５】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、図３に示す構造のノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前と後において、図３内に示した電気的特性評価用構造（基板１、バッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びゲートコンタクト層６）のエピタキシャルウェハ（評価用構造エピタキシャルウェハ）の成長を行い、作製したそれぞれの評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗を渦電流法により測定した。シート抵抗とはエピタキシャルウェハ表面での抵抗であり、単位はΩ／ｓｑ．（Ω／□とも書く）である。この結果を表１の左欄「従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）」に示す。
【００３６】
表１に示すように、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）の場合、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前（Ｈ2Ｓｅ使用前）の評価用構造エピタキシャルウェハ（図４（ａ））では、シート抵抗が３１９Ω／ｓｑ．であるのに対し、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長（図４（ｂ））した後の評価用構造エピタキシャルウェハ（図４（ｃ））では、シート抵抗が２８６Ω／ｓｑ．と低下している。すなわち、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前と後で、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗が１０．３％も下がっている。評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗が大幅に変動するということは、ＨＥＭＴの電気的特性であるピンチオフ電圧やシートキャリア濃度、電子移動度も変動するということである。すなわち同じ条件でノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを連続成長しても同じ電気的特性のエピタキシャルウェハが成長できない。これでは安定量産ができず、歩留りの低下にもつながってしまう。
【００３７】
そこで、本発明では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を低減するため、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅのメモリー効果を低減するために、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長（図１（ｂ））した後に、つまり目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴ構造の成長を一回成長し終わる毎に、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセス（図１（ｃ））を行う。そしてその後に目的のエピタキシャルウェハを成長する。成長フロー図を図１に示す。ホットガス・バースト・プロセスを入れることで、反応炉内のＨ2Ｓｅメモリー効果が低減でき、再び次の目的とする電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行うようにすると、電気的特性を変動させずに成長を行うことができる。
【発明の効果】
【００３８】
目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造がＨＥＭＴ構造である場合を例にすると、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）では、図３のようなＨ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを製作した前と後で比較したとき、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗が表１に示すように１０．３％も変動する。
【００３９】
本発明では、このような電気的特性の変動を低減するため、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅのメモリー効果を低減するために、目的とするＨ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長した後、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを行う。そして、その後に目的とする電子デバイス構造のエピタキシャル層を成長する。
【００４０】
本発明により、このホットガス・バースト・プロセスを行うことで、反応炉内のＨ2Ｓｅメモリー効果が低減でき、次の目的とするエピタキシャル成長においても電気的特性を変動させずに成長を行うことができる。すなわち本発明によれば、Ｈ2Ｓｅのメモリー効果を低減して、電気的特性の変動を低減することができ、製品の安定量産に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００４２】
図１に本実施形態におけるノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長フロー図を示す。図示するように、図３内に矢印で範囲を示した電気的特性評価用構造エピタキシャルウェハ（基板１、バッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びゲートコンタクト層６）をエピタキシャル成長し（図１（ａ））、次いでＨ2Ｓｅを用いたノンアロイコンタクト層７をエピタキシャル成長して（図１（ｂ））、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する。
【００４３】
次に、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセス（図１（ｃ））を行う。反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスは、温度を８０℃〜１５０℃の範囲に設定し、流量を５０〜３００Ｌ／分の範囲に設定する。そして、好ましくは、この窒素ガスの断熱圧縮及び放出を断続的に行う。
【００４４】
その後に、再び目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行う（図１（ｄ））。
【００４５】
このように目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有するＨＥＭＴ等の電子デバイス構造の成長を一回成長し終わる毎に、ホットガス・バースト・プロセス（図１（ｃ））を入れることで、反応炉内のＨ2Ｓｅメモリー効果を低減し、次の目的のエピタキシャル成長において電気的特性を変動させずに成長を行うことができる。
【実施例】
【００４６】
本発明を図３のノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの作製後に適用した。
【００４７】
ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長条件を下記する。成長時の基板温度は６６０℃、成長炉内圧力は７０Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素である。基板には半絶縁性ＧａＡｓウェハを用いた。ｉ−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3とＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は７０ｃｃ／分である。ＡｓＨ3の流量は２５０ｃｃ／分である。ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それらの流量はそれぞれ３０ｃｃ／分、６０ｃｃ／分及び５００ｃｃ／分である。ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3及びＡｓＨ3を用い、それらの流量はそれぞれ４０ｃｃ／分、１５０ｃｃ／分及び５００ｃｃ／分である。ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の成長には、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6を使用した。Ｓｉ2Ｈ6の流量は５０ｃｃ／分である。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の場合と同じである。ｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3Ｈ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＨ2Ｓｅを用い、それらの流量はそれぞれ１５０ｃｃ／分、４００ｃｃ／分、１００ｃｃ／分及び２００ｃｃ／分である。
【００４８】
まず、上記ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長前に、図３中で示した評価用構造（基板１、バッファ層２、電子走行層３、スペーサ層４、電子供給層５及びゲートコンタクト層６）のエピタキシャルウェハを成長した（図１（ａ）参照）。
【００４９】
次いでｎ型ドーパントのＳｅ原料としてＨ2Ｓｅを用い、Ｓｅドープのｎ型のノンアロイコンタクト層７をエピタキシャル成長し（図１（ｂ））、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを形成した。
【００５０】
その後、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを、下記の条件で行った（図１（ｃ））。すなわち、反応炉内に供給する際の高温窒素ガスの温度は１３０℃、流量は１００Ｌ／分、ガスの断熱圧縮・放出を６秒間隔で行い、これを１５分間実施した。成長炉内は圧力１Ｔｏｒｒに真空引きしてある。
【００５１】
このホットガス・バースト・プロセス後、再び評価用構造エピタキシャルウェハ（図１（ｄ））を成長した。
【００５２】
上記ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ成長後にホットガス・バースト・プロセスを行った実施例の場合（本発明「ホットガス・バースト・プロセス有り」）と、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ成長後にホットガス・バースト・プロセスを行わなかった場合（従来技術「ホットガス・バースト・プロセス無し」）について、ノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長の前と後（つまりＨ2Ｓｅ使用前と後）における評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗を渦電流法により測定し、その変動率を比較した。その結果を表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
表１に示すように、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）の場合、Ｈ2Ｓｅの使用前と後（図４（ａ）と（ｃ））において、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗が３１９Ω／ｓｑ．から２８６Ω／ｓｑ．と低下し、シート抵抗変動率が１０．３％と高くなっている。これに対し、本発明の実施例（ホットガス・バースト・プロセス有り）の場合、Ｈ2Ｓｅの使用前と後（図１（ａ）と（ｄ））において、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗は３１９Ω／ｓｑ．から３２０Ω／ｓｑ．までしか増加せず、シート抵抗変動率が０．３％に止まっている。
【００５５】
このように本発明の実施例（ホットガス・バースト・プロセス「有り」）では、評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗変動率が非常に小さいことが分かる。
【００５６】
表２に評価用構造エピタキシャルウェハのエピタキシャル層中のＳｅ濃度を比較したものを示す。ここでは、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス「無し」）でのノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長前と後（Ｈ2Ｓｅの使用前と後）の評価用構造エピタキシャルウェハ（図４（ａ）と（ｃ））と、本発明の実施例（ホットガス・バースト・プロセス「有り」）でのノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハのエピタキシャル成長前と後（Ｈ2Ｓｅ使用前と後）の評価用構造エピタキシャルウェハ（図１（ａ）と（ｄ））について、それぞれ二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を行い、そのエピタキシャル層中のＳｅ濃度を定量化した。
【００５７】
【表２】
【００５８】
表２に示すように、従来技術（ホットガス・バースト・プロセス無し）の場合、Ｈ2Ｓｅ使用前と後における評価用構造エピタキシャルウェハのＳｅ濃度が１×１０15cm-3以下から１．６×１０16cm-3と高くなっている。これに対し、本発明の実施例（ホットガス・バースト・プロセス有り）の場合、Ｈ2Ｓｅ使用前と後における評価用構造エピタキシャルウェハのＳｅ濃度が共に１×１０15cm-3以下で変化がない。このことから本発明の実施例ではＳｅ濃度が従来技術よりも低いことが分かる。すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅのメモリー効果が十分に低減されていることが分かる。
【００５９】
本発明は、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前後での電気的特性の変動を低減すること、すなわち反応炉内のＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減することである。Ｈ2Ｓｅを用いたエピタキシャル成長後に、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを入れて、Ｈ2Ｓｅのメモリー効果を低減できれば、電気的特性の変動を低減でき、製品の安定量産につながる。
【００６０】
＜他の実施例、変形例＞
上記実施例では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長する前に流す高温ガスの温度を１３０℃にしたが、これはできるだけ反応炉の温度をエピタキシャル成長温度に近づける、つまり原料の分解する温度（４００℃以上）に近づけるためである。しかし、８０℃〜１５０℃の温度範囲であれば、本発明の高温ガスによるクリーニング効果を得ることができるので、この温度範囲の任意の温度に設定することができる。またガス流量は多いほど、例えば３００Ｌ／分とするほど効果があるが、５０Ｌ／分程度でもクリーニング効果を得ることができるので、この流量範囲の任意の一定流量値に設定することができる。
【００６１】
上記実施形態では、Ｈ2Ｓｅを用いたノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長前後で電気的特性を不安定とせずに製造する方法として説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、ノンアロイコンタクト層にＨ2ＳｅまたはＤＥＴｅを用いた図５の如き構成のヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）用エピタキシャルウェハにも同様に適用可能である。
【００６２】
また、断熱圧縮された高温窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスの替わりに、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層などのエピタキシャル層を実際に成長することでも、反応炉内のＨ2Ｓｅの「メモリー効果」を低減することができた。ただし、成長するエピタキシャル膜厚が不十分であるとＨ2Ｓｅのメモリー効果を低減できないし、また、余分な原料を使用してしまうことになるので、原料の節約という観点からも本発明は最適である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施例に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法のフロー図である。
【図２】本発明を適用したノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの基本構造を示す図である。
【図３】本発明を適用したノンアロイ層付ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの断面構造を示す図である。
【図４】従来技術のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を示すフロー図である。
【図５】本発明を適用可能なＨＢＴ用エピタキシャルウェハの基本構造を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 基板
２ バッファ層
３ 電子走行層
４ スペーサ層
５ 電子供給層
６ ゲートコンタクト層
７ ノンアロイコンタクト層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に設置した基板を加熱し、反応炉内にIII族とＶ族の原料を流すことにより、セレン又はテルルをドープしたｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造を得るべく、基板上にエピタキシャル層を成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を終了した後、
断熱圧縮された窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを行い、
その後に再び目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記ノンアロイコンタクト層を成長する際、ｎ型ドーパントのセレン又はテルルの原料ガスとして、セレン化水素またはジエチルテルルを用いることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスの温度を８０℃〜１５０℃の範囲に設定することを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスの流量を５０〜３００Ｌ／分の範囲に設定することを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記窒素ガスの断熱圧縮及び放出を断続的に行うことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項１】
反応炉内に設置した基板を加熱し、反応炉内にIII族とＶ族の原料を流すことにより、セレン又はテルルをドープしたｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造を得るべく、基板上にエピタキシャル層を成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を終了した後、
断熱圧縮された窒素ガスを反応炉内に多量、且つバースト状に送り込むプロセスを行い、
その後に再び目的とするｎ型のノンアロイコンタクト層を有する電子デバイス構造のためのエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記ノンアロイコンタクト層を成長する際、ｎ型ドーパントのセレン又はテルルの原料ガスとして、セレン化水素またはジエチルテルルを用いることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスの温度を８０℃〜１５０℃の範囲に設定することを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記反応炉内に送り込む断熱圧縮された窒素ガスの流量を５０〜３００Ｌ／分の範囲に設定することを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記窒素ガスの断熱圧縮及び放出を断続的に行うことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−５０７５（Ｐ２００６−５０７５Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７８３４３（Ｐ２００４−１７８３４３）
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１６日（２００４．６．１６）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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