ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からのバルク金属汚染の除去方法
【課題】ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去するための単一工程の方法を提供する。
【解決手段】該方法は、金属汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を、体積比ｘ：ｙ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２（ｘは３〜９、ｙは１）を有する硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬することを含む。本発明の実施形態に係る方法を用いてＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を処理した後、バルク金属汚染は、基板からほぼ完全に除去できるとともに、処理後の基板の表面粗さは、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して０．５ｎｍＲＭＳ未満とすることができる。本発明は、半導体デバイスを製造する更なる処理ステップを実施する前に、本発明の実施形態に係るバルク金属汚染を除去する方法を用いて、半導体デバイスを製造するための方法を提供する。
【解決手段】該方法は、金属汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を、体積比ｘ：ｙ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２（ｘは３〜９、ｙは１）を有する硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬することを含む。本発明の実施形態に係る方法を用いてＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を処理した後、バルク金属汚染は、基板からほぼ完全に除去できるとともに、処理後の基板の表面粗さは、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して０．５ｎｍＲＭＳ未満とすることができる。本発明は、半導体デバイスを製造する更なる処理ステップを実施する前に、本発明の実施形態に係るバルク金属汚染を除去する方法を用いて、半導体デバイスを製造するための方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板（例えば、ＧａＡｓ基板）からバルク金属（例えば、銅）の汚染を除去する方法に関する。さらに本発明は、本発明の実施形態に従って、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去する該方法を用いて半導体デバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度なＣＭＯＳプロセスで用いるために、多くの材料が新たに導入されており、スケーリング(scaling)およびデバイス性能の向上を持続している。これらの材料のうち、ＣＭＯＳ技術の新しい基板として高電子移動度ＩＩＩ−Ｖ族化合物がある。高性能デバイス用の基板として用いた場合、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、厳しい金属汚染についての半導体製造設備の仕様や条件に適合する必要がある。これらの仕様や条件に適合することは、使用するクリーニング技術やエッチング技術についての挑戦であり、特に、洗浄した基板の表面粗さに影響が出ないようにするためである。
【０００３】
ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralsky：液体封止型チョクラルスキー法）およびＶＧＦ（vertical gradient freeze：垂直温度勾配凝固法）は、ＧａＡｓ材料などのＩＩＩ−Ｖ族材料の主要な成長方法のうちの２つである。これらの方法で成長したＧａＡｓ基板は、かなり頻繁に１×１０１８〜１×１０２０ａｔ／ｃｍ３のオーダーで高い金属汚染レベルを示すことがある。これらの金属汚染は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕなどの貴金属によって形成されたり、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎなどの常金属(common metal)汚染によって形成されることがある。
【０００４】
例として、ＧａＡｓ材料中のＣｕ汚染濃度は、特に、基板の表面からバルクへ５〜１０ミクロン中に、１×１０１９〜１×１０２０ａｔ／ｃｍ３の範囲に及ぶことがある。これは、バルクＣｕ汚染として知られており、多くの場合、製造プロセスで使用する研磨スラリーから由来している。表面の化学機械プロセス工程後、Ｃｕまたは一般には金属汚染は、室温であっても極めて急速に深く基板内に拡散する。
【０００５】
ＧａＡｓ以外の他のＩＩＩ−Ｖ族材料、例えば、ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂおよびこれらの組合せは、上述と同様な高い汚染レベルを示すことがある。
【０００６】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板をクリーニングするために、換言すると、金属汚染を基板から除去するためには、汚染基板の厚い層を、例えば、エッチングによって除去して、その後、金属の再付着(re-plating)が、露出した、例えば、エッチングされた基板上で生じないようにする必要がある。再付着は、ＣｕやＡｕなどの貴金属が高い酸化電位を有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を酸化し得るために発生する現象である。その結果、クリーニング液からＩＩＩ−Ｖ族半導体基板上へこれらの貴金属の再堆積、即ち、再付着が、酸化還元反応により発生し得る。この挙動は、標準的な化学性質を用いて貴金属を除去することを困難にする。
【０００７】
文献（J. of Crystal Growth 264, 98-103 (2004), Song et al. ）は、ＮＨ４ＯＨ混合物および酸・過酸化水素混合物（例えば、１：１：３０ ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏまたは１：１：３０ ＨＦ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）の組合せによる、ＧａＡｓ基板の湿式化学クリーニング方法を報告している。
【０００８】
湿式化学クリーニングの第１工程として、ＮＨ４ＯＨ混合物が粒子および金属を除去するために用いられ、湿式化学クリーニングの第２工程として、酸・過酸化水素混合物が残余の金属汚染物を除去して、酸化層の成分を制御するために用いられる。この文献は、ＨＣｌおよびＨＦと同様な高い電気陰性度を持つ酸・過酸化水素剤が、表面Ｃｕ汚染を除去し、再付着効果を防止するために必要であることを教示する。この文献では、組成１：１：５０ ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを持つＮＨ４ＯＨ混合物と組成１：１：３０ ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを持つ過酸化水素混合物の組合せによって、クリーニング後の最良の結果が得られている。
【０００９】
しかしながら、この化学薬品の組合せを用いて処理したＧａＡｓ基板は、相変わらず１２×１０１０ａｔ／ｃｍ２のＣｕ濃度を示す。これは高すぎるため、半導体製造設備では許容されない。
【００１０】
さらに、ＧａＡｓ基板の厚い層を除去するために用いたＨＣｌとＨＦ過酸化水素の濃縮混合物は、次のプロセスに適さない粗い表面を生じさせる。従って、ＧａＡｓ基板からバルク金属汚染を除去するために、上記文献Song et al.によって提案されたような化学薬品の組合せの使用は、依然として、ＣＭＯＳプロセスなどの他のプロセス工程の前に、追加の研磨工程と、続いてクリーニング工程とを必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去するための良好な方法、およびＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去する該方法を用いて半導体デバイスを製造する方法を提供することである。
【００１２】
本発明の実施形態に係る方法の利点は、バルク金属汚染が皆無またはほとんど無く、良好な表面粗さを示すＩＩＩ−Ｖ族半導体基板をもたらす点である。従って、本発明の実施形態に係る方法は、基板として使用可能になる前、例えば、半導体のＣＭＯＳプロセスの前に、化学機械研磨工程及び／又は更なるクリーニング工程を必要としない。こうして本発明の実施形態に係る方法の利点は、それが単一工程の方法である点であり、プロセス時間およびプロセスコストを削減するため、産業プロセスにおいて有利となる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、本発明に係る方法およびデバイスによって達成される。本発明の第１の態様において、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去するための単一工程の方法が提供される。該方法は、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を、硫酸および過酸化物(peroxide)からなる混合物の中に浸漬することを含み、硫酸および過酸化物からなる混合物の体積比が、ｘ：ｙ（ｘは３〜９、ｙは１）であることを特徴とする。過酸化物は、過酸化水素Ｈ２Ｏ２とすることができる。過酸化水素は、何れか適切な手段によって、例えば、Ｎａ２Ｏ２から生成してもよい。
【００１４】
混合物の濃度は、ｘ：ｙ比率として表される。ここで、ｘとｙは実数であり、各成分の体積割合を意味し、即ち、ｘは、Ｈ２ＳＯ４の体積割合を意味し、ｙは、Ｈ２Ｏ２の体積割合を意味する。
【００１５】
汚染したＩＩＩ−Ｖ族基板を、本発明の実施形態に係る方法を用いて処理することによって、金属汚染は、基板からほぼ完全に除去できるとともに、処理後に得られた基板の表面粗さは、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ(Root Mean Square)未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満とすることができる。
【００１６】
ほぼ完全に除去されるとは、本発明の実施形態に係る方法を用いて処理した後の金属汚染濃度が、可能な限り低く、好ましくは、関連した金属汚染についての検出方法及び／又は検出デバイスの検出限界未満であることを意味する。
【００１７】
本発明の実施形態に係る方法の利点は、本発明の実施形態に係る方法を用いて処理したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、基板として使用可能になる前、例えば、半導体のＣＭＯＳプロセスの前に、追加の研磨工程及び／又は更なるクリーニング工程を必要としない点である。こうして本発明の実施形態に係る方法の利点は、それが単一工程の方法である点であり、プロセス時間およびプロセスコストを削減するため、産業プロセスにおいて有利となる。
【００１８】
本発明の実施形態によれば、硫酸および過酸化物の混合物の体積比ｘ：ｙのＨ２ＳＯ４の体積割合ｘは、３〜６でもよい。特に、過酸化水素の使用が好ましい。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、硫酸および過酸化物からなる混合物の体積比は、４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２でもよい。これらの実施形態によれば、６５℃〜９５℃の温度の無撹拌液について、１．５３〜２．６３μｍ／分のエッチングレートが得られ、４５℃〜６５℃の温度の撹拌液について、２．２〜３．１μｍ／分のエッチングレートが得られる。
【００２０】
本発明の実施形態によれば、該方法は、４５℃〜９５℃の温度を有する、硫酸および過酸化物からなる混合物中で実施してもよい。
【００２１】
本発明の更なる実施形態によれば、該方法は、８０℃〜９５℃の温度を有する、硫酸および過酸化物からなる混合物中で実施してもよい。
【００２２】
本発明の更なる実施形態によれば、該方法は、２〜６μｍ／分のエッチングレートを有する、硫酸および過酸化物からなる混合物を用いて実施してもよい。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、該方法は、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を混合物中に浸漬しているとき、硫酸および過酸化物の混合物を撹拌することをさらに含んでもよい。
【００２４】
本発明の他の実施形態によれば、該方法は、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を混合物中に浸漬しているとき、硫酸および過酸化物の混合物を機械的に揺動することをさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、該方法は、硫酸および過酸化物の混合物中に、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を浸漬する直前に、下記ステップにより硫酸および過酸化物の混合物を新たに準備することをさらに含んでもよい。
・硫酸および過酸化物をｘ：ｙ（ｘは３〜９、ｙは１）の体積比で混合することによって、混合物を準備すること。
・新たに準備した混合物を撹拌しながら冷却して、均等な温度分布を得ること。
【００２６】
混合物を準備した後、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、最も好ましくは、直ちに、あるいは少なくとも可能な限り早く、混合物中に浸漬してもよい。このことは、混合物の品質および特性が過酸化物の分解によって速く低下することから、重要になる。こうして可能な限り最良の結果を得るためには、本発明の実施形態に係る方法は、最も好ましくは、新たに準備した、硫酸および過酸化物からなる混合物を用いて実施してもよい。
【００２７】
本発明の実施形態によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂおよびこれらの組合せの何れかでもよい。
【００２８】
本発明の特定の実施形態によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、ＧａＡｓでもよい。
【００２９】
本発明の他の実施形態によれば、金属バルク汚染は、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕなどの貴金属でもよい。
【００３０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、金属バルク汚染は、例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎなどの常金属(common metal)の何れかでもよい。
【００３１】
本発明の特定の実施形態によれば、金属バルク汚染は、Ｃｕでもよい。
【００３２】
本発明の第２の態様において、本発明の実施形態に係る、ＩＩＩ−Ｖ族基板からバルク金属汚染を除去するための方法の使用が半導体プロセスにおいて提供される。
【００３３】
本発明の更なる態様において、半導体デバイスを製造するための方法が提供される。該方法は、
・ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を用意すること、
・半導体デバイスを製造する更なる処理ステップを実施する前に、本発明の実施形態に係るバルク金属汚染を除去する方法を用いて、該ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を処理すること、を含む。
【００３４】
本発明の特定かつ好ましい態様は、付随する独立および従属請求項に記述されている。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴と組み合わせてもよく、他の従属請求項の特徴と、請求項で明示的に記述されるものだけでなく、適切に組み合わせてもよい。
【００３５】
当該分野においてデバイスについて一定の改良、変化、進化があるが、本概念は、実質的に新しく新規な改良を意味するものと考えられ、先の慣習からの新しい試みを含むものであり、より効率的で安定した信頼されるこの種のデバイスの提供をもたらす。
【００３６】
本発明の上記または他の特性、特徴および利点は、本発明の原理を例示する添付図面と関連しつつ、下記の詳細な説明から明らかとなるであろう。この説明は、発明の範囲を限定することなく、単に例として用いられる。下記で引用した参照図面は、添付図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明は、特定の実施形態に関して一定の図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載した図面は、概略的かつ非限定的なものである。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明目的のために誇張したり、縮尺どおり描写していないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の具体化に対応していない。
【００３８】
請求項で用いた用語「備える、含む(comprising)」は、列挙した手段に限定されるものと解釈すべきでなく、他の要素やステップを排除するものでない。参照したように、記述した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものと解釈され、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、あるいはこれらのグループの存在や追加を排除するものでない。「ＡとＢとを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ，Ｂだけからなるデバイスに限定されるべきでない。本発明に関して、デバイスの関連した構成要素がＡとＢであることを意味する。
【００３９】
本明細書を通じて「一実施形態」または「実施形態」とは、実施形態に関連した記載した特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。こうして本明細書を通じて種々の場所での文言「一実施形態」または「実施形態」の出現は、必ずしも同じ実施形態を参照するものではないが、そうすることもある。さらに、特定の特徴、構造または特性は、本開示から当業者に明らかなように、何れか適切な手法で１つ又はそれ以上の実施形態において組合せてもよい。
【００４０】
同様に、本発明の例示の実施形態の説明において、開示を簡素化し、種々の発明態様の１つ又はそれ以上の理解を助ける目的で、本発明の種々の特徴が時には単一の実施形態、その図面または説明において一緒に寄せ集められていると理解すべきである。しかしながら、この開示方法は、請求発明が、各請求項で明記されたものより多くの特徴を必要とする意図を反映したものとして解釈すべきではない。むしろ、下記請求項が反映しており、発明の態様は、単一の開示した実施形態の全ての特徴よりは少ない。こうして詳細な説明に続く請求項は、この詳細な説明中に明確に組み込まれており、各請求項は、本発明の別個の実施形態として、それ自体の上に立脚している。
【００４１】
さらに、ここで説明した幾つかの実施形態は、他の実施形態に含まれる特徴の幾つかを含むとともに、異なる実施形態の特徴の組合せは、当業者に理解されるように、本発明の範囲内にあり、異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、下記請求項において、請求した実施形態の何れもが何れの組合せに使用できる。ここで提供した説明において、数多くの特定の詳細が述べられている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしで実用化できると理解される。他の例では、周知の方法、構造および技術は、本説明の理解を曖昧にしないために、詳細には示していない。
【００４２】
本発明は、例えば、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂなどのＩＩＩ−Ｖ族基板から、例えば、貴金属汚染や常金属汚染などのバルク金属汚染を除去するための単一工程の方法を提供する。
【００４３】
半導体製造プロセスで有用であるには、該方法は、下記の条件を満足する必要がある。
【００４４】
（ａ）該方法は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の汚染部分を完全に除去するには、１０分未満、より好ましく５分未満の処理時間だけが必要となる高いエッチングレートで、厚い層、即ち、汚染した基板の少なくとも２μｍ、好ましくは、少なくとも５μｍ、好ましくは、少なくとも１０μｍであって、最大で１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍまたは５０μｍまでを除去すべきである（製造が容易で少ないサイクルタイム）。除去すべき層の厚さは、金属汚染物のタイプおよび基板のバルクでの拡散速度に依存する。
【００４５】
（ｂ）該方法は、最も進歩したプロセス技術ノードに適合した最終的な粗さ、即ち、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍまたはそれ以下のＲＭＳ（二乗平均平方根）として表現される表面粗さを有する滑らかな表面を得るべきである。
【００４６】
（ｃ）該方法は、バルク金属汚染、特に、貴金属汚染を、再付着なしで除去すべきである。
【００４７】
本発明に係る方法は、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を、硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬することを含む。本発明によれば、硫酸および過酸化物の混合物は、硫酸：過酸化物の体積比ｘ：ｙを有し、ｘは３〜９、好ましくは４〜８、最も好ましくは４〜６であり、ｙは１である。過酸化物は、好ましくは過酸化水素である。
【００４８】
混合物の濃度は、ｘ：ｙ比率として表される。ここで、ｘとｙは実数であり、各成分の体積割合を意味し、即ち、ｘは、Ｈ２ＳＯ４の体積割合を意味し、ｙは、過酸化物、例えば、Ｈ２Ｏ２の体積割合を意味する。
【００４９】
体積比ｘ：ｙ（ｘは３〜９、好ましくは４〜８、最も好ましくは４〜６であり、ｙは１）の硫酸および過酸化物の混合物（例えば、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２）を用いた本発明の実施形態に係る方法は、研磨効果を示す。これは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板、例えば、ＧａＡｓをこのような硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬することは、すぐに使用できる基板表面が得られることを意味する。すぐに使用できる基板表面とは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の表面が、初期の研磨表面、換言すると、該方法を実施する前の表面と同等か、それより優れた良好な粗さを示すことを意味する（後述する）。従って、本発明の実施形態に係る方法は、追加の研磨工程やクリーニング工程を必要としない。好ましくは、本発明の実施形態に従って硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬した後のＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の表面粗さは、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満とすることができる。
【００５０】
より多くのＨ２ＳＯ４をＨ２Ｏ２で希釈するほど、悪い結果が得られ、換言すると、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の表面粗さの値が劣化することが示された（後述する）。よって、より多くのＨ２ＳＯ４をＨ２Ｏ２で希釈するほど、本発明に係る方法は、半導体プロセスでの単一工程の方法として使用するのに適さなくなる。換言すると、Ｈ２ＳＯ４をＨ２Ｏ２で希釈し過ぎると、例えば、半導体デバイスの更なる処理のための粗さの条件を満足する基板を得るために、追加の研磨工程が必要になる。これは、何らかの追加の工程がコストを増やすことになり、半導体プロセスにおいて有利ではない。
【００５１】
ＩＩＩ−Ｖ族基板、特に、ＧａＡｓ基板のエッチングを、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏを用いて行うことは知られている。このとき種々の組成が用いられたが、これらのうちバルク金属汚染を除去しつつ、追加の研磨工程及び／又は特殊なクリーニング工程の必要なしで、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ(Root Mean Square)未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さを達成するのに適したものは見つかっていない。
【００５２】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体表面から金属汚染、特に、貴金属汚染を除去するのに知られた湿式化学液は、上述したように、ＨＣｌおよびＨＦなどの高い電気陰性度を持つ酸性酸化剤を利用している。これらの電気陰性度が高いほど、金属汚染物、例えば、Ｃｕの除去にとってより効率的になる。バルク金属汚染を除去するためには、製造が容易な時間間隔で、厚い基板層、即ち、１０μｍまたはそれ以上をエッチングすべきであり（上述を参照）、これは、濃縮した溶液を用いることを意味する。しかしながら、以前の実験は、濃縮したＨＦやＨＣｌの混合物の使用が、０．５ｎｍＲＭＳより大きい粗さを持つ粗いＧａＡｓ基板を生じさせることを示した。これは、先進の半導体デバイスプロセスと適合しない。
【００５３】
従って、バルク貴金属汚染が、硫酸過酸化物の混合物、上記の酸より低い電気陰性度の化合物によってほぼ完全に除去されることは、予想されておらず、驚くべきことである。
【００５４】
さらに、該方法は、研磨工程やクリーニング工程の更なる要求なしで、単一工程の処理の利点を提供する。処理後の基板表面粗さが、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満とすることができるからである。
【００５５】
よって、本発明の実施形態に係る方法を用いて、バルク金属汚染が無くまたはほぼ皆無で、良好な表面粗さを有し、半導体デバイスの更なる製造において直接使用可能なＩＩＩ−Ｖ族半導体基板、例えば、ＧａＡｓ基板が、単一工程で得ることができる。バルク金属汚染が無くまたはほぼ皆無とは、本発明の実施形態に係る方法を用いた処理後の金属汚染物の濃度が可能な限り低く、好ましくは、関連した金属汚染についての検出方法及び／又は検出デバイスの検出限界未満であることを意味する。良好な表面粗さとは、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さを意味する。
【００５６】
本発明の最も好ましい実施形態によれば、硫酸および過酸化物からなる混合物が、４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比を有してもよい。これらの混合物は、ＩＩＩ−Ｖ族基板、特にＧａＡｓ基板からバルク金属汚染を除去するのに極めて有効であり、良好な表面粗さ、即ち、混合物の温度に応じて、かつ混合物中での基板の浸漬時に混合物を撹拌したか否かに応じて、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さを示す表面が得られることが判った。
【００５７】
本発明の実施形態に係る方法は、バルク金属汚染、例えば、貴金属汚染（例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕ）だけでなく、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ汚染などの他の金属汚染を、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板、例えば、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂ基板などから除去するために使用できる。
【００５８】
本発明の実施形態によれば、単一工程の方法は、ＧａＡｓ基板などのＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を硫酸および過酸化物の混合物中に浸漬する前に、硫酸および過酸化物をｘ：ｙ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比（ｘは３〜９、好ましくは４〜８、最も好ましくは４〜６であり、ｙは１である。）で混合することによって、混合物を新たに準備することと、均一な温度分布が得られるように、新たに準備した混合物を撹拌しながら冷却することとをさらに含む。
【００５９】
混合物を準備した後、ＧａＡｓ基板などのＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、好ましくは直ちに、あるいは少なくとも可能な限り早く、混合物中に浸漬してもよい。このことは、混合物の品質および特性が過酸化物の分解によって速く低下することから、重要になる。こうして基板に残留するバルク金属汚染および表面粗さの観点で最良の結果を得るためには、本発明の実施形態に係る方法は、最も好ましくは、新たに準備した、硫酸および過酸化物の混合物を用いて実施してもよい。
【００６０】
本発明に従って、バルク金属汚染、特に、バルク貴金属汚染を、ＧａＡｓ基板などのＩＩＩ−Ｖ族半導体基板から除去するための単一工程の方法について、非限定の例および図面を用いて詳細に説明する。
【００６１】
以下に参照する全ての実験は、ＣＭＫ社(CMK Ltd.)（スロバキア）によって供給される、アンドープで（１００）の方位を有する２インチのＧａＡｓ基板（ウエハ）において実施している。従って、本発明に係る方法の更なる説明は、ＧａＡｓ基板を用いて行っている。しかしながら、これは本発明をいずれかの手法に限定するものではなく、本発明の実施形態に係る方法は、上述のような他の適当なＩＩＩ−Ｖ族半導体基板にも適用できるものと理解すべきである。
【００６２】
受領したままのＧａＡｓウエハの表面での金属汚染レベルは、直線的な全反射蛍光Ｘ線分析装置（ＴＸＲＦ）を用いて測定した。代表的なサンプルの金属汚染の初期レベルを（表１）に示す。ここから判るように、特に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃａが高い濃度値を示しているが、場合によっては高濃度のＦｅも起こりえる。
【００６３】
Ｃｕバルク汚染についての典型的な値は、１×１０１２〜１×１０１３ａｔ／ｃｍ２であるが、ある場合には、半導体材料の製造方法に依存して、１０１８〜１０２０ａｔ／ｃｍ２程度に高くなり、一方、Ｆｅ，Ｎｉの濃度値は、多くの場合、１×１０１２ａｔ／ｃｍ２を下回るであろう。
【００６４】
【表１】
【００６５】
金属、特に、貴金属は、ＧａＡｓ基板のバルク内部に素早く拡散し得る。Ｃｕは、最も急速に拡散する元素の１つであり、汚染物が基板表面から約１０ミクロンの深さまでの基板のバルク内に存在し得ることが観測されている。従って、全てのＣｕ汚染物をほぼ完全に除去するには、基板の上側部分の少なくとも１０ミクロンを除去すべきことになる。
【００６６】
本発明の実施形態によれば、金属バルク汚染をＧａＡｓ基板からほぼ完全に除去して、研磨工程やクリーニング工程を必要とせずに、良好な表面粗さを得るための単一工程の方法は、下記のステップをさらに含んでもよい。
【００６７】
１）硫酸および過酸化物をｘ：ｙ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比（ｘは３〜９、好ましくは４〜８、最も好ましくは４〜６であり、ｙは１である。）で混合することによって、混合物を新たに準備すること。
【００６８】
２）均一な温度分布が得られるように、新たに準備した混合物を撹拌しながら冷却すること。
【００６９】
３）少なくとも１つのＧａＡｓウエハをホルダに戴置すること。
【００７０】
４）少なくとも１つのＧａＡｓウエハを持つホルダを、硫酸および過酸化物の混合物を備えた浴槽(bath)の中に浸漬すること。
【００７１】
５）ウエハを脱イオン水（ＤＩＷ）でリンス処理し、残留する液滴を、Ｎ２ガンなどを用いて乾燥すること。
【００７２】
硫酸および過酸化物の混合物の特性は、例えば、混合物の分解により、急速に低下することから、ウエハを処理するために使用する混合物は、新たに準備し、準備後直ちにあるいは少なくとも可能な限り早く使用して、できる限り最良の結果を得ることが最も好ましい。
【００７３】
新たに準備するとは、好ましくは、本発明の実施形態に係る方法を実施する必要がある直前に、硫酸および過酸化物の混合物を準備することを意味する。好ましくは、混合物は、本発明の実施形態に係る方法を実施する前の３０分までに、好ましくは１５分までに、より好ましくは１０分までに、最も好ましくは５分までに準備して、そして混合物を使用する。
【００７４】
本発明の好ましい実施形態によれば、この方法の一定のパラメータ、例えば、温度、撹拌、機械的揺動について、得られる基板表面の特性への影響を決定するために、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２＝４：１の一定の体積比を持つ硫酸および過酸化物の混合物を使用した。
【００７５】
これらの実験に用いた別々のサンプルは、ＧＡＳ＿Ｗ０１〜ＧＡＳ＿Ｗ１４で示している。全ての異なるサンプルは、４の体積単位または体積割合のＨ２ＳＯ４（９６ｗｔ％）および１の体積単位または体積割合のＨ２Ｏ２（３０ｗｔ％）を含む硫酸および過酸化物の混合物を用いて処理した。
【００７６】
硫酸および過酸化物の混合物中に浸漬した後、全てのサンプルは、オーバーフロー槽で脱イオン水（ＤＩＷ）を用いてリンス処理した。リンス工程の際、クイックダンプリンス(quick dump rinse)を１分ごとに行って、硫酸塩(sulfate)をより効率的に除去した。ダンプリンスとは、１分後にウエハを脱イオン水から取り出して、そしてもう１分間だけ脱イオン水の中に素早く戻すことを意味する。これは、必要に応じて何回も繰り返してもよく、ここでの例では、３回（３分間のリンス処理）行った。
【００７７】
本発明の実施形態によれば、硫酸および過酸化物の混合物は、混合物中でのＧａＡｓ基板の浸漬中に撹拌してもよい。これらの実施形態によれば、撹拌は、磁気撹拌器を用いて１７０ＲＰＭで行ってもよい。ＧａＡｓ基板の浸漬中に混合物を撹拌すると、より高いエッチングレートが得られる（表２を参照）。
【００７８】
他の実施形態によれば、硫酸および過酸化物の混合物は、混合物中でのＧａＡｓ基板の浸漬中に機械的に揺動してもよい。機械的揺動は、例えば、硫酸および過酸化物の混合物を備えた浴槽中で、ウエハを収納するホルダをウエハ表面と平行な方向に手動または自動で揺動させることによって行ってもよい。機械的揺動は、ＧａＡｓ基板の浸漬中に混合物を撹拌する実施形態に対してより高いエッチングレートが得られる（表２を参照）。
【００７９】
（表２）は、使用した実験条件と、特定の実験条件下で得られた対応するエッチングレートの概要を示す。
【００８０】
【表２】
【００８１】
（表２）から、４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比、２３℃〜９５℃の温度を有する撹拌しない溶液（サンプルＧＡＳ＿Ｗ０１〜ＧＡＳ＿Ｗ０７）については、これらの条件下で得られるエッチングレートは、０．３９μｍ／分〜２．９３μｍ／分の範囲になる。２３℃と２５℃で得られるエッチングレートは、例えば、実際の製造など、多数の基板から厚いＧａＡｓ層を除去すべき場合に使用するには低すぎる。これは、かなり多くの時間を要するであろう。
【００８２】
硫酸および過酸化物の混合物が６５℃〜９５℃の温度に保持された場合、エッチングレートは、室温のものより高いことが判る。よって、これらの温度が、本発明の実施形態に係る方法を用いるのに適している。より好ましくは、硫酸／過酸化物の混合物は、８５℃〜９５℃である。これらの場合、２．０１〜２．９３μｍ／分のエッチングレートが得られるからである。これは、例えば、半導体デバイスの実際の製造で使用するのに、実施時間を削減できるために有利である。
【００８３】
４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比、４５℃〜６５℃の温度を有する撹拌した溶液（サンプルＧＡＳ＿Ｗ０８〜ＧＡＳ＿Ｗ１１）については、エッチングレートは、温度に依存するが、２．２μｍ／分〜３．１μｍ／分の範囲になる。こうしたエッチングレートは、例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ＧａＡｓ基板の汚染した部分を除去するのに必要な処理時間の観点で有利であろう。しかし、このエッチングレートは、多数のサンプルについて許容時間の範囲内で、例えば、１０μｍの厚いＧａＡｓ層を除去するには少し低いであろう。
【００８４】
（表２）から、４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比、８０℃〜９０℃の温度を有し、機械的に揺動した硫酸および過酸化物の混合物（サンプルＧＡＳ＿Ｗ１２〜ＧＡＳ＿Ｗ１４）を用いると、最良の結果が得られることが判る。これらの条件下で得られるエッチングレートは、３．７μｍ／分〜５．３μｍ／分の範囲になる。これらの条件下で得られるエッチングレートは、厚い層を、即ち、ＧａＡｓまたは他のＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の１０μｍ〜１５μｍのオーダーで、１０分間、好ましくは５分間、より好ましくは３分間で除去するのに適している。これにより、これらの実施形態に係る方法が、処理工程時間およびコストが重要になる半導体製造において使用するのに適するようになる。
【００８５】
産業上は、機械的揺動は、例えば、ウエハを収納するホルダを、硫酸および過酸化物の混合物を備えた浴槽中でウエハ表面に対して平行な方向に前後に動かすことが可能なロボットアームを用いて実施することができる。
【００８６】
機械的条件および温度の選択に拘わらず、金属バルク汚染は、全ての場合でほぼ完全に除去することができる。
【００８７】
上述のように処理したサンプルについて、全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）測定を行った。これらの測定は、初期の金属汚染値に関係なく、サンプルＧａＡｓ基板に当初存在した全ての金属について、検出限界付近またはそれ以下の金属バルク汚染を示している。
【００８８】
一般には、混合物を撹拌したか、撹拌しないか、あるいは機械的に揺動したかに関係なく、硫酸および過酸化物の混合物の温度は、好ましくは４５℃〜９５℃、より好ましくは８０℃〜９５℃である。
【００８９】
特定の例によれば、硫酸および過酸化物の混合物の温度は、４：１の体積比で９０℃の温度を有してもよい。ＧａＡｓ基板は、ホルダ内に戴置して、硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬し、続いて２分間機械的に揺動し、オーバーフロー槽で脱イオン水を用いて３分間リンス処理し、１分ごとにクイックダンプリンスを行ってから乾燥した。その後、金属汚染レベルをＴＸＲＦを用いて測定した。
【００９０】
図１は、ＴＸＲＦ測定による、本発明の実施形態に係る硫酸および過酸化物の混合物を用いたＧａＡｓ基板の処理後の金属汚染レベル（白バー）を、金属汚染の初期値（斜線バー）と比較している。初期値とは、本発明の実施形態に係る硫酸および過酸化物を用いて処理する前のＧａＡｓの金属バルク汚染に関する値を意味する。この図において、検出限界（ＤＬ）は、横線バーで示している。バー（白バーや斜線バー）の欠落は、本発明の実施形態に係る処理前後の特定の金属についての濃度が、検出限界（ＤＬ）よりかなり低いことを示している。値が検出限界に接近している場合、たとえ僅かに低くても（図中のＮｉの場合など）、測定は定量的であり、バーを図に示している。ここから判るように、Ｃｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎｉの汚染が、約５×１０１０ ａｔ／ｃｍ２である検出限界より低くまで除去されている。
【００９１】
初期基板、即ち、上述のような硫酸および過酸化物の混合物を用いた処理前の基板、および本発明の実施形態に係る汚染除去処理後の基板の粗さを、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した。その結果を（表３）に整理している。
【００９２】
本発明の実施形態に係る単一工程の汚染除去処理（ＳＰＭ（硫酸／過酸化物混合物）で示す）に曝されたＧａＡｓ基板は、初期基板に対して改善した表面品質を示している。（表３）に示すように、初期のＧａＡｓ表面は、０．２４３ｎｍ ＲＭＳ（２μｍｘ２μｍ）の粗さを有するが、本発明の実施形態に係る処理後のＧａＡｓ表面の粗さは、０．１５７ｎｍ ＲＭＳ（２μｍｘ２μｍ）である。
【００９３】
本発明の実施形態によれば、汚染除去処理は、例えば、アンモニウム過酸化物(ammonium peroxide)溶液（ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ、体積比４０：４：１）を用いた研磨工程に続いてもよい。アンモニウム過酸化物を用いた処理後に達成されるＧａＡｓ基板の粗さは、元のサンプルよりごく僅かに良い。（表３）に示すように（ＳＰＭ＋ＡＰＭ（アンモニウム過酸化物混合物）で示す）、特別な研磨工程後の最終粗さは、０．１４４ｎｍ ＲＭＳ（２μｍｘ２μｍ）である。この僅かな改善は、ＩＩＩ−Ｖ族基板を本発明の実施形態に係る単一工程で処理した場合、特別な研磨工程を該方法に追加する必要がないことを示している。
【００９４】
【表３】
【００９５】
上記から、本発明の実施形態に係る単一工程のバルク汚染除去処理を用いて処理したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の表面粗さおよび金属汚染除去性能の両方が、最も進歩した応用、例えば、半導体処理の要求に適合していると結論付けられる。
【００９６】
本発明の他の実施形態によれば、硫酸および過酸化物の混合物の異なる組成の効果を調査した。混合物の温度は、全ての場合で９０℃であり、磁気撹拌器を用いて１７０ＲＰＭで撹拌した。サンプルラベルＧＡＳ＿Ｗ１５〜ＧＡＳ＿Ｗ１８を体積比９：１〜５：５の異なる濃度のＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２混合物を用いて処理した（表２を参照）。全ての混合物は、得られるエッチングレートに応じて各サンプルにつき基板のほぼ１０ミクロンが除去されるように、９０℃で３０秒間〜３分間の時間でテストした。エッチングレートは、Ｈ２Ｏ２濃度が増加するにつれて増えることが判った。
【００９７】
体積比９：１の硫酸および過酸化物の混合物を用いたとき、２．９７μｍ／分のエッチングレートが得られる（表２、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１５を参照）。しかし、光学顕微鏡測定によると、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１５は表面上に幾つかのストライプを示しており、おそらく不均一な高いエッチングレートに起因するものである。サンプルＧＡＳ＿Ｗ１５は、顕微鏡下では、粗さの点で許容できる表面品質を示しているが、エッチング後の不均一性が、例えば、半導体デバイスの製造プロセスで使用するには大きすぎるであろう。
【００９８】
（表２）からさらに判るように、７：３，６：４，５：５の体積比をそれぞれ有する混合物および９：１溶液よりも希釈したＨ２ＳＯ４溶液で処理したサンプルＧＡＳ＿Ｗ１６〜ＧＡＳ＿Ｗ１８のエッチングレートは、１０．１５μｍ／分〜２８．１２μｍ／分であり、これらの値はプロセスの良好な制御を確保するには大きすぎる。従って、こうしたパラメータを持つ本発明の実施形態に係る方法は、半導体プロセスで使用するには適していない。
【００９９】
より希釈したＨ２ＳＯ４溶液で処理したサンプルＧＡＳ＿Ｗ１６〜ＧＡＳ＿Ｗ１８は、視覚上も許容できない大きい粗さを示す。これらの３つの場合はとても高いエッチングレートのため、おそらく、これらの除去レートより高い、極めて高いレートで酸化物が形成されており、ぼやけた表面をもたらす。ウエハのぼやけた外観は、Ｈ２Ｏ２を用いてＨ２ＳＯ４溶液をさらに希釈することによって増加するであろう。
【０１００】
サンプルＧＡＳ＿Ｗ１６〜ＧＡＳ＿Ｗ１８の顕微鏡検査は、表面上で大きい粗さおよび粒子状の残留物を確認している。これらの粒子状の残留物は、予定時間内で表面から除去できない処理中に形成される酸化物と関係している。
【０１０１】
高いエッチングレート値のため、撹拌によるエッチング深さの制御はとても困難になる。
【０１０２】
本発明の更なる実施形態によれば、処理したウエハのエッチングレートおよび形態(morphology)の両方に対する水添加の効果を調査した。（表２）に示すように、異なる体積比Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏについて撹拌の有無とともに室温で調査した。
【０１０３】
サンプルＧＡＳ＿Ｗ１９〜ＧＡＳ＿Ｗ２２は、（表２）に示すように、異なる体積比を持つＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを用いて室温（２３℃〜２８℃）で撹拌ありと撹拌なしとで処理した。処理時間は、全ての場合で基板のほぼ１０ミクロンが除去されるように、２２：４０：３８の比を持つＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ混合物について撹拌ありで１分３０秒から、４５：２０：３５の比を持つＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ混合物について撹拌なしで９分までの範囲で選択した。前回のように、各実験につき３分間のＤＩＷリンス処理を行い、１分ごとにクイックダンプリンスを行った。
【０１０４】
視覚的には４つのウエハのうち３つが非常にぼやけた。おそらく基板上に存在する酸化物のためである。１つのウエハだけ、即ち、サンプルＧＡＳ＿Ｗ２１は、鏡面状の表面を有したが、多数のエッチングピットを示した。エッチングレートは、（表２）で判るように、サンプルＧＡＳ＿Ｗ２１の２．３６μｍ／分からサンプルＧＡＳ＿Ｗ２０の８．９６μｍ／分まで変化する値を示している。
【０１０５】
図２は、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１９〜ＧＡＳ＿Ｗ２２の光学顕微鏡画像を示す。画像は、６３０μｍ×４９０μｍの縮尺である。ここから判るように、全てのウエハは、極めて粗く、ＧＡＳ＿Ｗ２０（図２（ｂ））およびＧＡＳ＿Ｗ２１（図２（ｃ））について（表４）で示すような値を有し、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１４（表３）のものよりかなり大きい。
【０１０６】
さらに、粒子状の汚染が、３つのウエハ、即ち、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１９（図２（ａ））、ＧＡＳ＿Ｗ２０（図２（ｂ））、ＧＡＳ＿Ｗ２２（図２（ｄ））に存在している。サンプルＧＡＳ＿Ｗ２１（図２（ｃ））は、視覚的には粗さが小さいが、エッチングピットの存在が認められる。
【０１０７】
光学顕微鏡下でより良い粗さを示すサンプルだけ、即ち、ＧＡＳ＿Ｗ２０とＧＡＳ＿Ｗ２１をＡＦＭで測定した。ＡＦＭ写真から抽出した粗さ値は（表４）に整理している。
【０１０８】
【表４】
【０１０９】
しかしながら、充分厚い層がエッチングされること、換言すると、基板が硫酸／過酸化物の混合物中に浸漬される時間、混合物の温度、および混合物の体積比が、基板の、例えば、１０μｍ〜１５μｍの層が除去されるようになっていることを条件として、全ての混合物は、体積比Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏに拘わらず、ウエハから金属汚染、例えば、貴金属汚染をほぼ完全に除去している。
【０１１０】
処理後のＧａＡｓ基板での金属汚染物の濃度は（表５）に整理している。全てのウエハは、検出できないＣｕレベルを有する。ウエハ上のＣａ汚染は、ＤＩＷ浴槽から起因している。サンプルＧＡＳ＿Ｗ２１について得られた高いＦｅ値およびＮｉ値は、ウエハ取り扱いによる偶発的な局所汚染に起因している。
【０１１１】
【表５】
【０１１２】
テストした全ての混合物は、本発明の実施形態に係る方法を用いて処理した後、良好な、即ち、低い金属汚染濃度を示しているが、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１５〜ＧＡＳ＿Ｗ２２の粗さは極めて大きく、更なるプロセスにとってはあまり適切でない。こうして硫酸および過酸化物からなる混合物への水の添加は有益でない。より大きな粗さ、粒子状の汚染物の存在及び／又はエッチングピットの形成をもたらすからである。従って、添加した水を含有する混合物は、例えば、半導体プロセスでの単一工程の汚染除去処理に適切でない。
【０１１３】
要約すると、半導体、例えば、ＧａＡｓのウエハを、体積比ｘ：ｙ（ｘは３〜９、好ましくは４〜６であり、ｙは１）を持つ硫酸および過酸化物からなる混合物中に浸漬することは、検出方法及び／又は検出装置の検出限界より低い金属バルク汚染と、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さとを備えた半導体基板表面をもたらすことが判る。
【０１１４】
好ましくは、硫酸／過酸化物の混合物の温度は、混合物を撹拌するか否か、あるいは機械的に揺動するか否かに依存して、４５℃〜９５℃、より好ましくは８０℃〜９５℃である。好ましくは、該方法は、２〜６μｍ／分のエッチングレートで実施してもよい。エッチングレートは、硫酸／過酸化物の混合物の体積比、混合物の温度、混合物を撹拌するか否か、機械的に揺動するか否かに依存する。
【０１１５】
本発明の実施形態に係る方法は、バルク金属汚染が皆無または殆ど無く、そして追加の研磨工程を必要とすることなく、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さを有する半導体基板をもたらす。
【０１１６】
バルク金属汚染が皆無または殆ど無くとは、本発明の実施形態に係る方法を用いた処理後の金属汚染物の濃度が、可能な限り低く、好ましくは、関連する金属汚染用の検出方法及び／又は検出装置の検出限界より低いことを意味する。
【０１１７】
本発明に係るデバイスとして、好ましい実施形態、特定の構造および構成、そして材料についてここで説明したが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、形態および詳細での種々の変化や変更が可能であると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】硫酸および過酸化物の混合物を用いた基板のエッチング前後でのＧａＡｓ基板上の金属汚染レベルを示す。
【図２】硫酸過酸化物処理後のサンプルＧＡＳ＿Ｗ１９（図２（ａ））、ＧＡＳ＿Ｗ２０（図２（ｂ））、ＧＡＳ＿Ｗ２１（図２（ｃ））、ＧＡＳ＿Ｗ２２（図２（ｄ））の顕微鏡画像である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板（例えば、ＧａＡｓ基板）からバルク金属（例えば、銅）の汚染を除去する方法に関する。さらに本発明は、本発明の実施形態に従って、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去する該方法を用いて半導体デバイスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度なＣＭＯＳプロセスで用いるために、多くの材料が新たに導入されており、スケーリング(scaling)およびデバイス性能の向上を持続している。これらの材料のうち、ＣＭＯＳ技術の新しい基板として高電子移動度ＩＩＩ−Ｖ族化合物がある。高性能デバイス用の基板として用いた場合、ＩＩＩ−Ｖ族材料は、厳しい金属汚染についての半導体製造設備の仕様や条件に適合する必要がある。これらの仕様や条件に適合することは、使用するクリーニング技術やエッチング技術についての挑戦であり、特に、洗浄した基板の表面粗さに影響が出ないようにするためである。
【０００３】
ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralsky：液体封止型チョクラルスキー法）およびＶＧＦ（vertical gradient freeze：垂直温度勾配凝固法）は、ＧａＡｓ材料などのＩＩＩ−Ｖ族材料の主要な成長方法のうちの２つである。これらの方法で成長したＧａＡｓ基板は、かなり頻繁に１×１０１８〜１×１０２０ａｔ／ｃｍ３のオーダーで高い金属汚染レベルを示すことがある。これらの金属汚染は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕなどの貴金属によって形成されたり、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｚｎなどの常金属(common metal)汚染によって形成されることがある。
【０００４】
例として、ＧａＡｓ材料中のＣｕ汚染濃度は、特に、基板の表面からバルクへ５〜１０ミクロン中に、１×１０１９〜１×１０２０ａｔ／ｃｍ３の範囲に及ぶことがある。これは、バルクＣｕ汚染として知られており、多くの場合、製造プロセスで使用する研磨スラリーから由来している。表面の化学機械プロセス工程後、Ｃｕまたは一般には金属汚染は、室温であっても極めて急速に深く基板内に拡散する。
【０００５】
ＧａＡｓ以外の他のＩＩＩ−Ｖ族材料、例えば、ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂおよびこれらの組合せは、上述と同様な高い汚染レベルを示すことがある。
【０００６】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板をクリーニングするために、換言すると、金属汚染を基板から除去するためには、汚染基板の厚い層を、例えば、エッチングによって除去して、その後、金属の再付着(re-plating)が、露出した、例えば、エッチングされた基板上で生じないようにする必要がある。再付着は、ＣｕやＡｕなどの貴金属が高い酸化電位を有し、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を酸化し得るために発生する現象である。その結果、クリーニング液からＩＩＩ−Ｖ族半導体基板上へこれらの貴金属の再堆積、即ち、再付着が、酸化還元反応により発生し得る。この挙動は、標準的な化学性質を用いて貴金属を除去することを困難にする。
【０００７】
文献（J. of Crystal Growth 264, 98-103 (2004), Song et al. ）は、ＮＨ４ＯＨ混合物および酸・過酸化水素混合物（例えば、１：１：３０ ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏまたは１：１：３０ ＨＦ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）の組合せによる、ＧａＡｓ基板の湿式化学クリーニング方法を報告している。
【０００８】
湿式化学クリーニングの第１工程として、ＮＨ４ＯＨ混合物が粒子および金属を除去するために用いられ、湿式化学クリーニングの第２工程として、酸・過酸化水素混合物が残余の金属汚染物を除去して、酸化層の成分を制御するために用いられる。この文献は、ＨＣｌおよびＨＦと同様な高い電気陰性度を持つ酸・過酸化水素剤が、表面Ｃｕ汚染を除去し、再付着効果を防止するために必要であることを教示する。この文献では、組成１：１：５０ ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを持つＮＨ４ＯＨ混合物と組成１：１：３０ ＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを持つ過酸化水素混合物の組合せによって、クリーニング後の最良の結果が得られている。
【０００９】
しかしながら、この化学薬品の組合せを用いて処理したＧａＡｓ基板は、相変わらず１２×１０１０ａｔ／ｃｍ２のＣｕ濃度を示す。これは高すぎるため、半導体製造設備では許容されない。
【００１０】
さらに、ＧａＡｓ基板の厚い層を除去するために用いたＨＣｌとＨＦ過酸化水素の濃縮混合物は、次のプロセスに適さない粗い表面を生じさせる。従って、ＧａＡｓ基板からバルク金属汚染を除去するために、上記文献Song et al.によって提案されたような化学薬品の組合せの使用は、依然として、ＣＭＯＳプロセスなどの他のプロセス工程の前に、追加の研磨工程と、続いてクリーニング工程とを必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去するための良好な方法、およびＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去する該方法を用いて半導体デバイスを製造する方法を提供することである。
【００１２】
本発明の実施形態に係る方法の利点は、バルク金属汚染が皆無またはほとんど無く、良好な表面粗さを示すＩＩＩ−Ｖ族半導体基板をもたらす点である。従って、本発明の実施形態に係る方法は、基板として使用可能になる前、例えば、半導体のＣＭＯＳプロセスの前に、化学機械研磨工程及び／又は更なるクリーニング工程を必要としない。こうして本発明の実施形態に係る方法の利点は、それが単一工程の方法である点であり、プロセス時間およびプロセスコストを削減するため、産業プロセスにおいて有利となる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、本発明に係る方法およびデバイスによって達成される。本発明の第１の態様において、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去するための単一工程の方法が提供される。該方法は、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を、硫酸および過酸化物(peroxide)からなる混合物の中に浸漬することを含み、硫酸および過酸化物からなる混合物の体積比が、ｘ：ｙ（ｘは３〜９、ｙは１）であることを特徴とする。過酸化物は、過酸化水素Ｈ２Ｏ２とすることができる。過酸化水素は、何れか適切な手段によって、例えば、Ｎａ２Ｏ２から生成してもよい。
【００１４】
混合物の濃度は、ｘ：ｙ比率として表される。ここで、ｘとｙは実数であり、各成分の体積割合を意味し、即ち、ｘは、Ｈ２ＳＯ４の体積割合を意味し、ｙは、Ｈ２Ｏ２の体積割合を意味する。
【００１５】
汚染したＩＩＩ−Ｖ族基板を、本発明の実施形態に係る方法を用いて処理することによって、金属汚染は、基板からほぼ完全に除去できるとともに、処理後に得られた基板の表面粗さは、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ(Root Mean Square)未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満とすることができる。
【００１６】
ほぼ完全に除去されるとは、本発明の実施形態に係る方法を用いて処理した後の金属汚染濃度が、可能な限り低く、好ましくは、関連した金属汚染についての検出方法及び／又は検出デバイスの検出限界未満であることを意味する。
【００１７】
本発明の実施形態に係る方法の利点は、本発明の実施形態に係る方法を用いて処理したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、基板として使用可能になる前、例えば、半導体のＣＭＯＳプロセスの前に、追加の研磨工程及び／又は更なるクリーニング工程を必要としない点である。こうして本発明の実施形態に係る方法の利点は、それが単一工程の方法である点であり、プロセス時間およびプロセスコストを削減するため、産業プロセスにおいて有利となる。
【００１８】
本発明の実施形態によれば、硫酸および過酸化物の混合物の体積比ｘ：ｙのＨ２ＳＯ４の体積割合ｘは、３〜６でもよい。特に、過酸化水素の使用が好ましい。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、硫酸および過酸化物からなる混合物の体積比は、４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２でもよい。これらの実施形態によれば、６５℃〜９５℃の温度の無撹拌液について、１．５３〜２．６３μｍ／分のエッチングレートが得られ、４５℃〜６５℃の温度の撹拌液について、２．２〜３．１μｍ／分のエッチングレートが得られる。
【００２０】
本発明の実施形態によれば、該方法は、４５℃〜９５℃の温度を有する、硫酸および過酸化物からなる混合物中で実施してもよい。
【００２１】
本発明の更なる実施形態によれば、該方法は、８０℃〜９５℃の温度を有する、硫酸および過酸化物からなる混合物中で実施してもよい。
【００２２】
本発明の更なる実施形態によれば、該方法は、２〜６μｍ／分のエッチングレートを有する、硫酸および過酸化物からなる混合物を用いて実施してもよい。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、該方法は、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を混合物中に浸漬しているとき、硫酸および過酸化物の混合物を撹拌することをさらに含んでもよい。
【００２４】
本発明の他の実施形態によれば、該方法は、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を混合物中に浸漬しているとき、硫酸および過酸化物の混合物を機械的に揺動することをさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、該方法は、硫酸および過酸化物の混合物中に、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を浸漬する直前に、下記ステップにより硫酸および過酸化物の混合物を新たに準備することをさらに含んでもよい。
・硫酸および過酸化物をｘ：ｙ（ｘは３〜９、ｙは１）の体積比で混合することによって、混合物を準備すること。
・新たに準備した混合物を撹拌しながら冷却して、均等な温度分布を得ること。
【００２６】
混合物を準備した後、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、最も好ましくは、直ちに、あるいは少なくとも可能な限り早く、混合物中に浸漬してもよい。このことは、混合物の品質および特性が過酸化物の分解によって速く低下することから、重要になる。こうして可能な限り最良の結果を得るためには、本発明の実施形態に係る方法は、最も好ましくは、新たに準備した、硫酸および過酸化物からなる混合物を用いて実施してもよい。
【００２７】
本発明の実施形態によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂおよびこれらの組合せの何れかでもよい。
【００２８】
本発明の特定の実施形態によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、ＧａＡｓでもよい。
【００２９】
本発明の他の実施形態によれば、金属バルク汚染は、例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕなどの貴金属でもよい。
【００３０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、金属バルク汚染は、例えば、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎなどの常金属(common metal)の何れかでもよい。
【００３１】
本発明の特定の実施形態によれば、金属バルク汚染は、Ｃｕでもよい。
【００３２】
本発明の第２の態様において、本発明の実施形態に係る、ＩＩＩ−Ｖ族基板からバルク金属汚染を除去するための方法の使用が半導体プロセスにおいて提供される。
【００３３】
本発明の更なる態様において、半導体デバイスを製造するための方法が提供される。該方法は、
・ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を用意すること、
・半導体デバイスを製造する更なる処理ステップを実施する前に、本発明の実施形態に係るバルク金属汚染を除去する方法を用いて、該ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を処理すること、を含む。
【００３４】
本発明の特定かつ好ましい態様は、付随する独立および従属請求項に記述されている。従属請求項からの特徴は、独立請求項の特徴と組み合わせてもよく、他の従属請求項の特徴と、請求項で明示的に記述されるものだけでなく、適切に組み合わせてもよい。
【００３５】
当該分野においてデバイスについて一定の改良、変化、進化があるが、本概念は、実質的に新しく新規な改良を意味するものと考えられ、先の慣習からの新しい試みを含むものであり、より効率的で安定した信頼されるこの種のデバイスの提供をもたらす。
【００３６】
本発明の上記または他の特性、特徴および利点は、本発明の原理を例示する添付図面と関連しつつ、下記の詳細な説明から明らかとなるであろう。この説明は、発明の範囲を限定することなく、単に例として用いられる。下記で引用した参照図面は、添付図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明は、特定の実施形態に関して一定の図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されず、請求項によってのみ限定される。記載した図面は、概略的かつ非限定的なものである。図面において、幾つかの要素のサイズは、説明目的のために誇張したり、縮尺どおり描写していないことがある。寸法および相対寸法は、本発明の実際の具体化に対応していない。
【００３８】
請求項で用いた用語「備える、含む(comprising)」は、列挙した手段に限定されるものと解釈すべきでなく、他の要素やステップを排除するものでない。参照したように、記述した特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものと解釈され、１つ又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップまたは構成要素、あるいはこれらのグループの存在や追加を排除するものでない。「ＡとＢとを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素Ａ，Ｂだけからなるデバイスに限定されるべきでない。本発明に関して、デバイスの関連した構成要素がＡとＢであることを意味する。
【００３９】
本明細書を通じて「一実施形態」または「実施形態」とは、実施形態に関連した記載した特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。こうして本明細書を通じて種々の場所での文言「一実施形態」または「実施形態」の出現は、必ずしも同じ実施形態を参照するものではないが、そうすることもある。さらに、特定の特徴、構造または特性は、本開示から当業者に明らかなように、何れか適切な手法で１つ又はそれ以上の実施形態において組合せてもよい。
【００４０】
同様に、本発明の例示の実施形態の説明において、開示を簡素化し、種々の発明態様の１つ又はそれ以上の理解を助ける目的で、本発明の種々の特徴が時には単一の実施形態、その図面または説明において一緒に寄せ集められていると理解すべきである。しかしながら、この開示方法は、請求発明が、各請求項で明記されたものより多くの特徴を必要とする意図を反映したものとして解釈すべきではない。むしろ、下記請求項が反映しており、発明の態様は、単一の開示した実施形態の全ての特徴よりは少ない。こうして詳細な説明に続く請求項は、この詳細な説明中に明確に組み込まれており、各請求項は、本発明の別個の実施形態として、それ自体の上に立脚している。
【００４１】
さらに、ここで説明した幾つかの実施形態は、他の実施形態に含まれる特徴の幾つかを含むとともに、異なる実施形態の特徴の組合せは、当業者に理解されるように、本発明の範囲内にあり、異なる実施形態を形成することを意味する。例えば、下記請求項において、請求した実施形態の何れもが何れの組合せに使用できる。ここで提供した説明において、数多くの特定の詳細が述べられている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしで実用化できると理解される。他の例では、周知の方法、構造および技術は、本説明の理解を曖昧にしないために、詳細には示していない。
【００４２】
本発明は、例えば、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂなどのＩＩＩ−Ｖ族基板から、例えば、貴金属汚染や常金属汚染などのバルク金属汚染を除去するための単一工程の方法を提供する。
【００４３】
半導体製造プロセスで有用であるには、該方法は、下記の条件を満足する必要がある。
【００４４】
（ａ）該方法は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の汚染部分を完全に除去するには、１０分未満、より好ましく５分未満の処理時間だけが必要となる高いエッチングレートで、厚い層、即ち、汚染した基板の少なくとも２μｍ、好ましくは、少なくとも５μｍ、好ましくは、少なくとも１０μｍであって、最大で１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍまたは５０μｍまでを除去すべきである（製造が容易で少ないサイクルタイム）。除去すべき層の厚さは、金属汚染物のタイプおよび基板のバルクでの拡散速度に依存する。
【００４５】
（ｂ）該方法は、最も進歩したプロセス技術ノードに適合した最終的な粗さ、即ち、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍまたはそれ以下のＲＭＳ（二乗平均平方根）として表現される表面粗さを有する滑らかな表面を得るべきである。
【００４６】
（ｃ）該方法は、バルク金属汚染、特に、貴金属汚染を、再付着なしで除去すべきである。
【００４７】
本発明に係る方法は、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を、硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬することを含む。本発明によれば、硫酸および過酸化物の混合物は、硫酸：過酸化物の体積比ｘ：ｙを有し、ｘは３〜９、好ましくは４〜８、最も好ましくは４〜６であり、ｙは１である。過酸化物は、好ましくは過酸化水素である。
【００４８】
混合物の濃度は、ｘ：ｙ比率として表される。ここで、ｘとｙは実数であり、各成分の体積割合を意味し、即ち、ｘは、Ｈ２ＳＯ４の体積割合を意味し、ｙは、過酸化物、例えば、Ｈ２Ｏ２の体積割合を意味する。
【００４９】
体積比ｘ：ｙ（ｘは３〜９、好ましくは４〜８、最も好ましくは４〜６であり、ｙは１）の硫酸および過酸化物の混合物（例えば、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２）を用いた本発明の実施形態に係る方法は、研磨効果を示す。これは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板、例えば、ＧａＡｓをこのような硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬することは、すぐに使用できる基板表面が得られることを意味する。すぐに使用できる基板表面とは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の表面が、初期の研磨表面、換言すると、該方法を実施する前の表面と同等か、それより優れた良好な粗さを示すことを意味する（後述する）。従って、本発明の実施形態に係る方法は、追加の研磨工程やクリーニング工程を必要としない。好ましくは、本発明の実施形態に従って硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬した後のＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の表面粗さは、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満とすることができる。
【００５０】
より多くのＨ２ＳＯ４をＨ２Ｏ２で希釈するほど、悪い結果が得られ、換言すると、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の表面粗さの値が劣化することが示された（後述する）。よって、より多くのＨ２ＳＯ４をＨ２Ｏ２で希釈するほど、本発明に係る方法は、半導体プロセスでの単一工程の方法として使用するのに適さなくなる。換言すると、Ｈ２ＳＯ４をＨ２Ｏ２で希釈し過ぎると、例えば、半導体デバイスの更なる処理のための粗さの条件を満足する基板を得るために、追加の研磨工程が必要になる。これは、何らかの追加の工程がコストを増やすことになり、半導体プロセスにおいて有利ではない。
【００５１】
ＩＩＩ−Ｖ族基板、特に、ＧａＡｓ基板のエッチングを、Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏを用いて行うことは知られている。このとき種々の組成が用いられたが、これらのうちバルク金属汚染を除去しつつ、追加の研磨工程及び／又は特殊なクリーニング工程の必要なしで、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ(Root Mean Square)未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さを達成するのに適したものは見つかっていない。
【００５２】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体表面から金属汚染、特に、貴金属汚染を除去するのに知られた湿式化学液は、上述したように、ＨＣｌおよびＨＦなどの高い電気陰性度を持つ酸性酸化剤を利用している。これらの電気陰性度が高いほど、金属汚染物、例えば、Ｃｕの除去にとってより効率的になる。バルク金属汚染を除去するためには、製造が容易な時間間隔で、厚い基板層、即ち、１０μｍまたはそれ以上をエッチングすべきであり（上述を参照）、これは、濃縮した溶液を用いることを意味する。しかしながら、以前の実験は、濃縮したＨＦやＨＣｌの混合物の使用が、０．５ｎｍＲＭＳより大きい粗さを持つ粗いＧａＡｓ基板を生じさせることを示した。これは、先進の半導体デバイスプロセスと適合しない。
【００５３】
従って、バルク貴金属汚染が、硫酸過酸化物の混合物、上記の酸より低い電気陰性度の化合物によってほぼ完全に除去されることは、予想されておらず、驚くべきことである。
【００５４】
さらに、該方法は、研磨工程やクリーニング工程の更なる要求なしで、単一工程の処理の利点を提供する。処理後の基板表面粗さが、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満とすることができるからである。
【００５５】
よって、本発明の実施形態に係る方法を用いて、バルク金属汚染が無くまたはほぼ皆無で、良好な表面粗さを有し、半導体デバイスの更なる製造において直接使用可能なＩＩＩ−Ｖ族半導体基板、例えば、ＧａＡｓ基板が、単一工程で得ることができる。バルク金属汚染が無くまたはほぼ皆無とは、本発明の実施形態に係る方法を用いた処理後の金属汚染物の濃度が可能な限り低く、好ましくは、関連した金属汚染についての検出方法及び／又は検出デバイスの検出限界未満であることを意味する。良好な表面粗さとは、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さを意味する。
【００５６】
本発明の最も好ましい実施形態によれば、硫酸および過酸化物からなる混合物が、４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比を有してもよい。これらの混合物は、ＩＩＩ−Ｖ族基板、特にＧａＡｓ基板からバルク金属汚染を除去するのに極めて有効であり、良好な表面粗さ、即ち、混合物の温度に応じて、かつ混合物中での基板の浸漬時に混合物を撹拌したか否かに応じて、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは、０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは、０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さを示す表面が得られることが判った。
【００５７】
本発明の実施形態に係る方法は、バルク金属汚染、例えば、貴金属汚染（例えば、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕ）だけでなく、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ汚染などの他の金属汚染を、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板、例えば、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂ基板などから除去するために使用できる。
【００５８】
本発明の実施形態によれば、単一工程の方法は、ＧａＡｓ基板などのＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を硫酸および過酸化物の混合物中に浸漬する前に、硫酸および過酸化物をｘ：ｙ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比（ｘは３〜９、好ましくは４〜８、最も好ましくは４〜６であり、ｙは１である。）で混合することによって、混合物を新たに準備することと、均一な温度分布が得られるように、新たに準備した混合物を撹拌しながら冷却することとをさらに含む。
【００５９】
混合物を準備した後、ＧａＡｓ基板などのＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、好ましくは直ちに、あるいは少なくとも可能な限り早く、混合物中に浸漬してもよい。このことは、混合物の品質および特性が過酸化物の分解によって速く低下することから、重要になる。こうして基板に残留するバルク金属汚染および表面粗さの観点で最良の結果を得るためには、本発明の実施形態に係る方法は、最も好ましくは、新たに準備した、硫酸および過酸化物の混合物を用いて実施してもよい。
【００６０】
本発明に従って、バルク金属汚染、特に、バルク貴金属汚染を、ＧａＡｓ基板などのＩＩＩ−Ｖ族半導体基板から除去するための単一工程の方法について、非限定の例および図面を用いて詳細に説明する。
【００６１】
以下に参照する全ての実験は、ＣＭＫ社(CMK Ltd.)（スロバキア）によって供給される、アンドープで（１００）の方位を有する２インチのＧａＡｓ基板（ウエハ）において実施している。従って、本発明に係る方法の更なる説明は、ＧａＡｓ基板を用いて行っている。しかしながら、これは本発明をいずれかの手法に限定するものではなく、本発明の実施形態に係る方法は、上述のような他の適当なＩＩＩ−Ｖ族半導体基板にも適用できるものと理解すべきである。
【００６２】
受領したままのＧａＡｓウエハの表面での金属汚染レベルは、直線的な全反射蛍光Ｘ線分析装置（ＴＸＲＦ）を用いて測定した。代表的なサンプルの金属汚染の初期レベルを（表１）に示す。ここから判るように、特に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃａが高い濃度値を示しているが、場合によっては高濃度のＦｅも起こりえる。
【００６３】
Ｃｕバルク汚染についての典型的な値は、１×１０１２〜１×１０１３ａｔ／ｃｍ２であるが、ある場合には、半導体材料の製造方法に依存して、１０１８〜１０２０ａｔ／ｃｍ２程度に高くなり、一方、Ｆｅ，Ｎｉの濃度値は、多くの場合、１×１０１２ａｔ／ｃｍ２を下回るであろう。
【００６４】
【表１】
【００６５】
金属、特に、貴金属は、ＧａＡｓ基板のバルク内部に素早く拡散し得る。Ｃｕは、最も急速に拡散する元素の１つであり、汚染物が基板表面から約１０ミクロンの深さまでの基板のバルク内に存在し得ることが観測されている。従って、全てのＣｕ汚染物をほぼ完全に除去するには、基板の上側部分の少なくとも１０ミクロンを除去すべきことになる。
【００６６】
本発明の実施形態によれば、金属バルク汚染をＧａＡｓ基板からほぼ完全に除去して、研磨工程やクリーニング工程を必要とせずに、良好な表面粗さを得るための単一工程の方法は、下記のステップをさらに含んでもよい。
【００６７】
１）硫酸および過酸化物をｘ：ｙ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比（ｘは３〜９、好ましくは４〜８、最も好ましくは４〜６であり、ｙは１である。）で混合することによって、混合物を新たに準備すること。
【００６８】
２）均一な温度分布が得られるように、新たに準備した混合物を撹拌しながら冷却すること。
【００６９】
３）少なくとも１つのＧａＡｓウエハをホルダに戴置すること。
【００７０】
４）少なくとも１つのＧａＡｓウエハを持つホルダを、硫酸および過酸化物の混合物を備えた浴槽(bath)の中に浸漬すること。
【００７１】
５）ウエハを脱イオン水（ＤＩＷ）でリンス処理し、残留する液滴を、Ｎ２ガンなどを用いて乾燥すること。
【００７２】
硫酸および過酸化物の混合物の特性は、例えば、混合物の分解により、急速に低下することから、ウエハを処理するために使用する混合物は、新たに準備し、準備後直ちにあるいは少なくとも可能な限り早く使用して、できる限り最良の結果を得ることが最も好ましい。
【００７３】
新たに準備するとは、好ましくは、本発明の実施形態に係る方法を実施する必要がある直前に、硫酸および過酸化物の混合物を準備することを意味する。好ましくは、混合物は、本発明の実施形態に係る方法を実施する前の３０分までに、好ましくは１５分までに、より好ましくは１０分までに、最も好ましくは５分までに準備して、そして混合物を使用する。
【００７４】
本発明の好ましい実施形態によれば、この方法の一定のパラメータ、例えば、温度、撹拌、機械的揺動について、得られる基板表面の特性への影響を決定するために、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２＝４：１の一定の体積比を持つ硫酸および過酸化物の混合物を使用した。
【００７５】
これらの実験に用いた別々のサンプルは、ＧＡＳ＿Ｗ０１〜ＧＡＳ＿Ｗ１４で示している。全ての異なるサンプルは、４の体積単位または体積割合のＨ２ＳＯ４（９６ｗｔ％）および１の体積単位または体積割合のＨ２Ｏ２（３０ｗｔ％）を含む硫酸および過酸化物の混合物を用いて処理した。
【００７６】
硫酸および過酸化物の混合物中に浸漬した後、全てのサンプルは、オーバーフロー槽で脱イオン水（ＤＩＷ）を用いてリンス処理した。リンス工程の際、クイックダンプリンス(quick dump rinse)を１分ごとに行って、硫酸塩(sulfate)をより効率的に除去した。ダンプリンスとは、１分後にウエハを脱イオン水から取り出して、そしてもう１分間だけ脱イオン水の中に素早く戻すことを意味する。これは、必要に応じて何回も繰り返してもよく、ここでの例では、３回（３分間のリンス処理）行った。
【００７７】
本発明の実施形態によれば、硫酸および過酸化物の混合物は、混合物中でのＧａＡｓ基板の浸漬中に撹拌してもよい。これらの実施形態によれば、撹拌は、磁気撹拌器を用いて１７０ＲＰＭで行ってもよい。ＧａＡｓ基板の浸漬中に混合物を撹拌すると、より高いエッチングレートが得られる（表２を参照）。
【００７８】
他の実施形態によれば、硫酸および過酸化物の混合物は、混合物中でのＧａＡｓ基板の浸漬中に機械的に揺動してもよい。機械的揺動は、例えば、硫酸および過酸化物の混合物を備えた浴槽中で、ウエハを収納するホルダをウエハ表面と平行な方向に手動または自動で揺動させることによって行ってもよい。機械的揺動は、ＧａＡｓ基板の浸漬中に混合物を撹拌する実施形態に対してより高いエッチングレートが得られる（表２を参照）。
【００７９】
（表２）は、使用した実験条件と、特定の実験条件下で得られた対応するエッチングレートの概要を示す。
【００８０】
【表２】
【００８１】
（表２）から、４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比、２３℃〜９５℃の温度を有する撹拌しない溶液（サンプルＧＡＳ＿Ｗ０１〜ＧＡＳ＿Ｗ０７）については、これらの条件下で得られるエッチングレートは、０．３９μｍ／分〜２．９３μｍ／分の範囲になる。２３℃と２５℃で得られるエッチングレートは、例えば、実際の製造など、多数の基板から厚いＧａＡｓ層を除去すべき場合に使用するには低すぎる。これは、かなり多くの時間を要するであろう。
【００８２】
硫酸および過酸化物の混合物が６５℃〜９５℃の温度に保持された場合、エッチングレートは、室温のものより高いことが判る。よって、これらの温度が、本発明の実施形態に係る方法を用いるのに適している。より好ましくは、硫酸／過酸化物の混合物は、８５℃〜９５℃である。これらの場合、２．０１〜２．９３μｍ／分のエッチングレートが得られるからである。これは、例えば、半導体デバイスの実際の製造で使用するのに、実施時間を削減できるために有利である。
【００８３】
４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比、４５℃〜６５℃の温度を有する撹拌した溶液（サンプルＧＡＳ＿Ｗ０８〜ＧＡＳ＿Ｗ１１）については、エッチングレートは、温度に依存するが、２．２μｍ／分〜３．１μｍ／分の範囲になる。こうしたエッチングレートは、例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ＧａＡｓ基板の汚染した部分を除去するのに必要な処理時間の観点で有利であろう。しかし、このエッチングレートは、多数のサンプルについて許容時間の範囲内で、例えば、１０μｍの厚いＧａＡｓ層を除去するには少し低いであろう。
【００８４】
（表２）から、４：１ Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２の体積比、８０℃〜９０℃の温度を有し、機械的に揺動した硫酸および過酸化物の混合物（サンプルＧＡＳ＿Ｗ１２〜ＧＡＳ＿Ｗ１４）を用いると、最良の結果が得られることが判る。これらの条件下で得られるエッチングレートは、３．７μｍ／分〜５．３μｍ／分の範囲になる。これらの条件下で得られるエッチングレートは、厚い層を、即ち、ＧａＡｓまたは他のＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の１０μｍ〜１５μｍのオーダーで、１０分間、好ましくは５分間、より好ましくは３分間で除去するのに適している。これにより、これらの実施形態に係る方法が、処理工程時間およびコストが重要になる半導体製造において使用するのに適するようになる。
【００８５】
産業上は、機械的揺動は、例えば、ウエハを収納するホルダを、硫酸および過酸化物の混合物を備えた浴槽中でウエハ表面に対して平行な方向に前後に動かすことが可能なロボットアームを用いて実施することができる。
【００８６】
機械的条件および温度の選択に拘わらず、金属バルク汚染は、全ての場合でほぼ完全に除去することができる。
【００８７】
上述のように処理したサンプルについて、全反射蛍光Ｘ線分析（ＴＸＲＦ）測定を行った。これらの測定は、初期の金属汚染値に関係なく、サンプルＧａＡｓ基板に当初存在した全ての金属について、検出限界付近またはそれ以下の金属バルク汚染を示している。
【００８８】
一般には、混合物を撹拌したか、撹拌しないか、あるいは機械的に揺動したかに関係なく、硫酸および過酸化物の混合物の温度は、好ましくは４５℃〜９５℃、より好ましくは８０℃〜９５℃である。
【００８９】
特定の例によれば、硫酸および過酸化物の混合物の温度は、４：１の体積比で９０℃の温度を有してもよい。ＧａＡｓ基板は、ホルダ内に戴置して、硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬し、続いて２分間機械的に揺動し、オーバーフロー槽で脱イオン水を用いて３分間リンス処理し、１分ごとにクイックダンプリンスを行ってから乾燥した。その後、金属汚染レベルをＴＸＲＦを用いて測定した。
【００９０】
図１は、ＴＸＲＦ測定による、本発明の実施形態に係る硫酸および過酸化物の混合物を用いたＧａＡｓ基板の処理後の金属汚染レベル（白バー）を、金属汚染の初期値（斜線バー）と比較している。初期値とは、本発明の実施形態に係る硫酸および過酸化物を用いて処理する前のＧａＡｓの金属バルク汚染に関する値を意味する。この図において、検出限界（ＤＬ）は、横線バーで示している。バー（白バーや斜線バー）の欠落は、本発明の実施形態に係る処理前後の特定の金属についての濃度が、検出限界（ＤＬ）よりかなり低いことを示している。値が検出限界に接近している場合、たとえ僅かに低くても（図中のＮｉの場合など）、測定は定量的であり、バーを図に示している。ここから判るように、Ｃｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｎｉの汚染が、約５×１０１０ ａｔ／ｃｍ２である検出限界より低くまで除去されている。
【００９１】
初期基板、即ち、上述のような硫酸および過酸化物の混合物を用いた処理前の基板、および本発明の実施形態に係る汚染除去処理後の基板の粗さを、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した。その結果を（表３）に整理している。
【００９２】
本発明の実施形態に係る単一工程の汚染除去処理（ＳＰＭ（硫酸／過酸化物混合物）で示す）に曝されたＧａＡｓ基板は、初期基板に対して改善した表面品質を示している。（表３）に示すように、初期のＧａＡｓ表面は、０．２４３ｎｍ ＲＭＳ（２μｍｘ２μｍ）の粗さを有するが、本発明の実施形態に係る処理後のＧａＡｓ表面の粗さは、０．１５７ｎｍ ＲＭＳ（２μｍｘ２μｍ）である。
【００９３】
本発明の実施形態によれば、汚染除去処理は、例えば、アンモニウム過酸化物(ammonium peroxide)溶液（ＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２／Ｈ２Ｏ、体積比４０：４：１）を用いた研磨工程に続いてもよい。アンモニウム過酸化物を用いた処理後に達成されるＧａＡｓ基板の粗さは、元のサンプルよりごく僅かに良い。（表３）に示すように（ＳＰＭ＋ＡＰＭ（アンモニウム過酸化物混合物）で示す）、特別な研磨工程後の最終粗さは、０．１４４ｎｍ ＲＭＳ（２μｍｘ２μｍ）である。この僅かな改善は、ＩＩＩ−Ｖ族基板を本発明の実施形態に係る単一工程で処理した場合、特別な研磨工程を該方法に追加する必要がないことを示している。
【００９４】
【表３】
【００９５】
上記から、本発明の実施形態に係る単一工程のバルク汚染除去処理を用いて処理したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板の表面粗さおよび金属汚染除去性能の両方が、最も進歩した応用、例えば、半導体処理の要求に適合していると結論付けられる。
【００９６】
本発明の他の実施形態によれば、硫酸および過酸化物の混合物の異なる組成の効果を調査した。混合物の温度は、全ての場合で９０℃であり、磁気撹拌器を用いて１７０ＲＰＭで撹拌した。サンプルラベルＧＡＳ＿Ｗ１５〜ＧＡＳ＿Ｗ１８を体積比９：１〜５：５の異なる濃度のＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２混合物を用いて処理した（表２を参照）。全ての混合物は、得られるエッチングレートに応じて各サンプルにつき基板のほぼ１０ミクロンが除去されるように、９０℃で３０秒間〜３分間の時間でテストした。エッチングレートは、Ｈ２Ｏ２濃度が増加するにつれて増えることが判った。
【００９７】
体積比９：１の硫酸および過酸化物の混合物を用いたとき、２．９７μｍ／分のエッチングレートが得られる（表２、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１５を参照）。しかし、光学顕微鏡測定によると、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１５は表面上に幾つかのストライプを示しており、おそらく不均一な高いエッチングレートに起因するものである。サンプルＧＡＳ＿Ｗ１５は、顕微鏡下では、粗さの点で許容できる表面品質を示しているが、エッチング後の不均一性が、例えば、半導体デバイスの製造プロセスで使用するには大きすぎるであろう。
【００９８】
（表２）からさらに判るように、７：３，６：４，５：５の体積比をそれぞれ有する混合物および９：１溶液よりも希釈したＨ２ＳＯ４溶液で処理したサンプルＧＡＳ＿Ｗ１６〜ＧＡＳ＿Ｗ１８のエッチングレートは、１０．１５μｍ／分〜２８．１２μｍ／分であり、これらの値はプロセスの良好な制御を確保するには大きすぎる。従って、こうしたパラメータを持つ本発明の実施形態に係る方法は、半導体プロセスで使用するには適していない。
【００９９】
より希釈したＨ２ＳＯ４溶液で処理したサンプルＧＡＳ＿Ｗ１６〜ＧＡＳ＿Ｗ１８は、視覚上も許容できない大きい粗さを示す。これらの３つの場合はとても高いエッチングレートのため、おそらく、これらの除去レートより高い、極めて高いレートで酸化物が形成されており、ぼやけた表面をもたらす。ウエハのぼやけた外観は、Ｈ２Ｏ２を用いてＨ２ＳＯ４溶液をさらに希釈することによって増加するであろう。
【０１００】
サンプルＧＡＳ＿Ｗ１６〜ＧＡＳ＿Ｗ１８の顕微鏡検査は、表面上で大きい粗さおよび粒子状の残留物を確認している。これらの粒子状の残留物は、予定時間内で表面から除去できない処理中に形成される酸化物と関係している。
【０１０１】
高いエッチングレート値のため、撹拌によるエッチング深さの制御はとても困難になる。
【０１０２】
本発明の更なる実施形態によれば、処理したウエハのエッチングレートおよび形態(morphology)の両方に対する水添加の効果を調査した。（表２）に示すように、異なる体積比Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏについて撹拌の有無とともに室温で調査した。
【０１０３】
サンプルＧＡＳ＿Ｗ１９〜ＧＡＳ＿Ｗ２２は、（表２）に示すように、異なる体積比を持つＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏを用いて室温（２３℃〜２８℃）で撹拌ありと撹拌なしとで処理した。処理時間は、全ての場合で基板のほぼ１０ミクロンが除去されるように、２２：４０：３８の比を持つＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ混合物について撹拌ありで１分３０秒から、４５：２０：３５の比を持つＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ混合物について撹拌なしで９分までの範囲で選択した。前回のように、各実験につき３分間のＤＩＷリンス処理を行い、１分ごとにクイックダンプリンスを行った。
【０１０４】
視覚的には４つのウエハのうち３つが非常にぼやけた。おそらく基板上に存在する酸化物のためである。１つのウエハだけ、即ち、サンプルＧＡＳ＿Ｗ２１は、鏡面状の表面を有したが、多数のエッチングピットを示した。エッチングレートは、（表２）で判るように、サンプルＧＡＳ＿Ｗ２１の２．３６μｍ／分からサンプルＧＡＳ＿Ｗ２０の８．９６μｍ／分まで変化する値を示している。
【０１０５】
図２は、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１９〜ＧＡＳ＿Ｗ２２の光学顕微鏡画像を示す。画像は、６３０μｍ×４９０μｍの縮尺である。ここから判るように、全てのウエハは、極めて粗く、ＧＡＳ＿Ｗ２０（図２（ｂ））およびＧＡＳ＿Ｗ２１（図２（ｃ））について（表４）で示すような値を有し、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１４（表３）のものよりかなり大きい。
【０１０６】
さらに、粒子状の汚染が、３つのウエハ、即ち、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１９（図２（ａ））、ＧＡＳ＿Ｗ２０（図２（ｂ））、ＧＡＳ＿Ｗ２２（図２（ｄ））に存在している。サンプルＧＡＳ＿Ｗ２１（図２（ｃ））は、視覚的には粗さが小さいが、エッチングピットの存在が認められる。
【０１０７】
光学顕微鏡下でより良い粗さを示すサンプルだけ、即ち、ＧＡＳ＿Ｗ２０とＧＡＳ＿Ｗ２１をＡＦＭで測定した。ＡＦＭ写真から抽出した粗さ値は（表４）に整理している。
【０１０８】
【表４】
【０１０９】
しかしながら、充分厚い層がエッチングされること、換言すると、基板が硫酸／過酸化物の混合物中に浸漬される時間、混合物の温度、および混合物の体積比が、基板の、例えば、１０μｍ〜１５μｍの層が除去されるようになっていることを条件として、全ての混合物は、体積比Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏに拘わらず、ウエハから金属汚染、例えば、貴金属汚染をほぼ完全に除去している。
【０１１０】
処理後のＧａＡｓ基板での金属汚染物の濃度は（表５）に整理している。全てのウエハは、検出できないＣｕレベルを有する。ウエハ上のＣａ汚染は、ＤＩＷ浴槽から起因している。サンプルＧＡＳ＿Ｗ２１について得られた高いＦｅ値およびＮｉ値は、ウエハ取り扱いによる偶発的な局所汚染に起因している。
【０１１１】
【表５】
【０１１２】
テストした全ての混合物は、本発明の実施形態に係る方法を用いて処理した後、良好な、即ち、低い金属汚染濃度を示しているが、サンプルＧＡＳ＿Ｗ１５〜ＧＡＳ＿Ｗ２２の粗さは極めて大きく、更なるプロセスにとってはあまり適切でない。こうして硫酸および過酸化物からなる混合物への水の添加は有益でない。より大きな粗さ、粒子状の汚染物の存在及び／又はエッチングピットの形成をもたらすからである。従って、添加した水を含有する混合物は、例えば、半導体プロセスでの単一工程の汚染除去処理に適切でない。
【０１１３】
要約すると、半導体、例えば、ＧａＡｓのウエハを、体積比ｘ：ｙ（ｘは３〜９、好ましくは４〜６であり、ｙは１）を持つ硫酸および過酸化物からなる混合物中に浸漬することは、検出方法及び／又は検出装置の検出限界より低い金属バルク汚染と、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さとを備えた半導体基板表面をもたらすことが判る。
【０１１４】
好ましくは、硫酸／過酸化物の混合物の温度は、混合物を撹拌するか否か、あるいは機械的に揺動するか否かに依存して、４５℃〜９５℃、より好ましくは８０℃〜９５℃である。好ましくは、該方法は、２〜６μｍ／分のエッチングレートで実施してもよい。エッチングレートは、硫酸／過酸化物の混合物の体積比、混合物の温度、混合物を撹拌するか否か、機械的に揺動するか否かに依存する。
【０１１５】
本発明の実施形態に係る方法は、バルク金属汚染が皆無または殆ど無く、そして追加の研磨工程を必要とすることなく、２μｍ×２μｍの表面グリッドに関して、０．５ｎｍＲＭＳ未満、好ましくは０．３ｎｍＲＭＳ未満、最も好ましくは０．２ｎｍＲＭＳ未満の表面粗さを有する半導体基板をもたらす。
【０１１６】
バルク金属汚染が皆無または殆ど無くとは、本発明の実施形態に係る方法を用いた処理後の金属汚染物の濃度が、可能な限り低く、好ましくは、関連する金属汚染用の検出方法及び／又は検出装置の検出限界より低いことを意味する。
【０１１７】
本発明に係るデバイスとして、好ましい実施形態、特定の構造および構成、そして材料についてここで説明したが、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、形態および詳細での種々の変化や変更が可能であると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】硫酸および過酸化物の混合物を用いた基板のエッチング前後でのＧａＡｓ基板上の金属汚染レベルを示す。
【図２】硫酸過酸化物処理後のサンプルＧＡＳ＿Ｗ１９（図２（ａ））、ＧＡＳ＿Ｗ２０（図２（ｂ））、ＧＡＳ＿Ｗ２１（図２（ｃ））、ＧＡＳ＿Ｗ２２（図２（ｄ））の顕微鏡画像である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去するための方法であって、
汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を、硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬することを含み、
硫酸および過酸化物の混合物の体積比Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２が、ｘ：ｙとしてｘは３〜９、ｙは１であることを特徴とする方法。
【請求項２】
ｘは４〜６である請求項１記載の方法。
【請求項３】
硫酸および過酸化物の混合物は、４：１の体積比を有する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
４５℃〜９５℃の温度を有する、硫酸および過酸化物の混合物中で実施するようにした請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
８０℃〜９５℃の温度を有する、硫酸および過酸化物の混合物中で実施するようにした請求項４記載の方法。
【請求項６】
硫酸および過酸化物の混合物のエッチングレートは、２〜６μｍ／分であるようにした請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を混合物中に浸漬しているとき、硫酸および過酸化物の混合物を撹拌することをさらに含む請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を混合物中に浸漬しているとき、硫酸および過酸化物の混合物を機械的に揺動することをさらに含む請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
硫酸および過酸化物の混合物中に、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を浸漬する前に、硫酸および過酸化物の混合物を新たに準備するステップをさらに含み、該ステップは、
・硫酸および過酸化物をｘ：ｙ（ｘは３〜９、ｙは１）の体積比で混合することによって、混合物を準備すること、
・新たに準備した混合物を撹拌しながら冷却して、均等な温度分布を得ること、を含む請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂまたはこれらの組合せを含む請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、ＧａＡｓを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
金属バルク汚染は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｆｅ，ＮｉまたはＺｎのいずれかを含む請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
金属バルク汚染は、Ｃｕを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
過酸化物は、過酸化水素である請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
半導体プロセスにおいて、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法の使用。
【請求項１６】
半導体デバイスを製造するための方法であって、
半導体デバイスを製造するための更なるステップを実施する前に、
・ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を用意すること、
・請求項１〜１４のいずれかに記載の方法を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を処理すること、を含む方法。
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板からバルク金属汚染を除去するための方法であって、
汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を、硫酸および過酸化物の混合物の中に浸漬することを含み、
硫酸および過酸化物の混合物の体積比Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２が、ｘ：ｙとしてｘは３〜９、ｙは１であることを特徴とする方法。
【請求項２】
ｘは４〜６である請求項１記載の方法。
【請求項３】
硫酸および過酸化物の混合物は、４：１の体積比を有する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
４５℃〜９５℃の温度を有する、硫酸および過酸化物の混合物中で実施するようにした請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
８０℃〜９５℃の温度を有する、硫酸および過酸化物の混合物中で実施するようにした請求項４記載の方法。
【請求項６】
硫酸および過酸化物の混合物のエッチングレートは、２〜６μｍ／分であるようにした請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を混合物中に浸漬しているとき、硫酸および過酸化物の混合物を撹拌することをさらに含む請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を混合物中に浸漬しているとき、硫酸および過酸化物の混合物を機械的に揺動することをさらに含む請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
硫酸および過酸化物の混合物中に、汚染したＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を浸漬する前に、硫酸および過酸化物の混合物を新たに準備するステップをさらに含み、該ステップは、
・硫酸および過酸化物をｘ：ｙ（ｘは３〜９、ｙは１）の体積比で混合することによって、混合物を準備すること、
・新たに準備した混合物を撹拌しながら冷却して、均等な温度分布を得ること、を含む請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＳｂまたはこれらの組合せを含む請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、ＧａＡｓを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
金属バルク汚染は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｆｅ，ＮｉまたはＺｎのいずれかを含む請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
金属バルク汚染は、Ｃｕを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
過酸化物は、過酸化水素である請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
半導体プロセスにおいて、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法の使用。
【請求項１６】
半導体デバイスを製造するための方法であって、
半導体デバイスを製造するための更なるステップを実施する前に、
・ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を用意すること、
・請求項１〜１４のいずれかに記載の方法を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板を処理すること、を含む方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−２４４４３４（Ｐ２００８−２４４４３４Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−１５８７４（Ｐ２００８−１５８７４）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（５９１０６０８９８）アンテルユニヴェルシテール・ミクロ−エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼッド・ドゥブルヴェ (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＵＮＩＶＥＲＳＩＴＡＩＲ ＭＩＣＲＯ−ＥＬＥＫＴＲＯＮＩＣＡ ＣＥＮＴＲＵＭ ＶＺＷ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５８７４（Ｐ２００８−１５８７４）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【出願人】（５９１０６０８９８）アンテルユニヴェルシテール・ミクロ−エレクトロニカ・サントリュム・ヴェー・ゼッド・ドゥブルヴェ (302)
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＵＮＩＶＥＲＳＩＴＡＩＲ ＭＩＣＲＯ−ＥＬＥＫＴＲＯＮＩＣＡ ＣＥＮＴＲＵＭ ＶＺＷ
【Ｆターム（参考）】
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