(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に前記半導体基板と格子定数が大きく異なる結晶層を成長させる半導体装置の製造方法において、前記半導体基板上に前記結晶層と格子定数が略等しく、且つ、転位密度が３×１０６  ｃｍ−２以下になる厚さの中間層を成長させたのち、前記中間層をエッチングによって薄くし、次いで、前記中間層上に前記結晶層を成長させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
上記始めに成長させる中間層の厚さを４μｍ以上とし、また、エッチング後の中間層の厚さを３μｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上に前記半導体基板と格子定数が大きく異なる結晶層を成長させる半導体装置の製造方法において、前記半導体基板上に前記結晶層と格子定数が略等しく、且つ、転位密度が３×１０６  ｃｍ−２以下になる厚さの中間層を成長させたのち、前記中間層をエッチングによって１μｍ以下の厚さにし、次いで、前記中間層上に再度中間層を成長させたのち、前記結晶層を成長させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
上記始めに成長させる中間層の厚さを４μｍ以上とし、また、再成長後の中間層全体の厚さを３μｍ以下とすることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板上に前記半導体基板と格子定数が大きく異なる結晶層を成長させる半導体装置の製造方法において、前記半導体基板上に前記結晶層と格子定数が略等しく、且つ、１μｍ以下の厚さの中間層を成長させたのち、前記中間層をエッチングによって薄くし、次いで、前記中間層上に再度中間層を成長させたのち、前記結晶層を成長させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
上記始めに成長させる中間層の厚さを１〜２μｍとし、また、再成長後の中間層全体の厚さを３μｍ以下とすることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
上記半導体基板がＳｉであり、上記中間層がＣｄＴｅであり、且つ、上記結晶層がＨｇＣｄＴｅであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、ＨｇＣｄＴｅ等のＨｇを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を異種基板上にエピタキシャル成長させるための半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、赤外線検出半導体装置用の結晶としては、シリコン、ＩｎＳｂ、ＰｂＳｎＴｅ、及び、ＨｇＣｄＴｅが用いられているが、１０μｍ帯の赤外線に感度を有する赤外線検出半導体装置としては、ＨｇＣｄＴｅ、特に、Ｈｇ０．７８Ｃｄ０．２２Ｔｅ等が用いられている。
【０００３】
このＨｇＣｄＴｅ結晶は、Ｔｅ過剰のＨｇ−Ｃｄ−Ｔｅ溶液を用いて、ＣｄＴｅ基板上に液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）させることにより、均一性の優れたｐ型単結晶薄膜が得られており、このｐ型単結晶薄膜にＢ（ボロン）をイオン注入して形成したｎ＋  型層とｐ型単結晶薄膜とによりｐｎ接合を形成して、赤外線フォトダイオードや赤外線固体撮像装置等の赤外線検出半導体装置を構成していた。
【０００４】
そして、近年の赤外線検出半導体装置の大規模化に伴って大面積のＨｇＣｄＴｅ結晶が必要になってきているが、大面積のＣｄＴｅ基板の入手が困難であるため、大面積の基板の入手が容易であるＳｉやＧａＡｓ等の異種基板を用いることが試みられている。
【０００５】
異種基板を用いる場合には、ＨｇＣｄＴｅ（３００Ｋにおける格子定数：６．４６０〜６．４８１Å）と、Ｓｉ（３００Ｋにおける格子定数：５．４３０９Å）またはＧａＡｓ（３００Ｋにおける格子定数：５．６５３３Å）との格子定数の差を緩和するためにＣｄＴｅを中間層として設け、このＣｄＴｅ中間層上にＨｇＣｄＴｅ層を成長させていた。
【０００６】
この場合、ＣｄＴｅ（３００Ｋにおける格子定数：６．４８１Å）とＳｉとの格子定数の差も大きいので、ＣｄＴｅ成長初期に多数の結晶欠陥、特に、転位が発生するが、転位は成長層の厚さの増加に伴って徐々に減少するため、通常４〜５μｍ以上のＣｄＴｅ中間層を成長させて、転位密度が小さくなった状態でＨｇＣｄＴｅ層を成長させていた。
【０００７】
図６参照
図６は、ＣｄＴｅ中間層の厚さと、ＨｇＣｄＴｅ層表面の転位密度、即ち、エッチピット密度（ＥＰＤ）の相関を表すもので、４μｍ以上成長させた場合にはエッチピット密度は２×１０６  ｃｍ−２以下になるが、ＣｄＴｅ中間層の厚さが３μｍ以下の場合には１０７  ｃｍ−２以上になる。
【０００８】
これは、ＣｄＴｅ−Ｓｉ間の格子不整合によってＣｄＴｅ／Ｓｉ界面で発生した転位がＨｇＣｄＴｅ層まで伝播したためと考えられ、ＣｄＴｅ成長中に転位が徐々に減少するので、ＣｄＴｅ中間層が厚くなるにつれて、ＨｇＣｄＴｅ層の貫通転位も減少する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＨｇＣｄＴｅ層を用いた赤外線検出半導体装置は通常冷却して使用されており、この時に、ＳｉとＣｄＴｅ及びＨｇＣｄＴｅとの熱膨張率が異なるため、熱膨張による歪がＨｇＣｄＴｅ層及びＣｄＴｅ中間層に加わり、割れが生じる場合があった。
【００１０】
この割れの問題を回避するためには、ＨｇＣｄＴｅ層及びＣｄＴｅ中間層をできるかぎり薄くすれば良いが、ｐｎ接合を形成するＨｇＣｄＴｅ層は所定の厚さが必要であるため、ＣｄＴｅ中間層を薄くせざるを得ない。しかし、ＣｄＴｅ中間層を薄くすると上述のように転位密度が増大し、素子特性の低下をもたらすことになる。
【００１１】
即ち、転位を少なくしようとすると、割れによる信頼性の低下の問題が生じ、逆に、割れをなくそうとすると、転位の増大による素子特性の低下の問題が生ずる欠点がある。
【００１２】
したがって、本発明は、割れによる信頼性の低下、及び、転位の増大による素子特性の低下の問題を同時に解決するための中間層を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１（ａ）乃至（ｄ）参照
（１）本発明は、半導体基板１上に半導体基板１と格子定数が大きく異なる結晶層３を成長させる半導体装置の製造方法において、半導体基板１上に結晶層３と格子定数が略等しく、且つ、転位密度が３×１０６  ｃｍ−２以下になる厚さの中間層２を成長させたのち、この中間層２をエッチングによって薄くし、次いで、この中間層２上に結晶層３を成長させることを特徴とする。
【００１４】
この様に、中間層２を転位密度が３×１０６  ｃｍ−２以下になる厚さに成長させた場合、中間層２中における転位の消滅が中間層２の表面近くのみではなく、中間層２／半導体基板１界面近傍においても進行しているため、中間層２を薄く、即ち、熱膨張による割れの発生が殆どなくなる厚さ以下に薄くしても、その表面の転位密度も減少しており、結晶性の良好な結晶層３を得ることができる。
【００１５】
（２）また、本発明は、上記（１）において、始めに成長させる中間層２の厚さを４μｍ以上とし、また、エッチング後の中間層２の厚さを３μｍ以下とすることを特徴とする。
【００１６】
この様に、始めに成長させる中間層２の厚さを４μｍ以上とすることによって、エッチング後の中間層２の厚さを３μｍ以下にして割れを低減させる場合にも、転位密度を３×１０６  ｃｍ−２程度にすることができる。
【００１７】
（３）また、本発明は、半導体基板１上に半導体基板１と格子定数が大きく異なる結晶層３を成長させる半導体装置の製造方法において、半導体基板１上に結晶層３と格子定数が略等しく、且つ、転位密度が３×１０６  ｃｍ−２以下になる厚さの中間層２を成長させたのち、この中間層２をエッチングによって１μｍ以下の厚さにし、次いで、この中間層２上に再度中間層２を成長させたのち、結晶層３を成長させることを特徴とする。
【００１８】
この様に、中間層２を転位密度が３×１０６  ｃｍ−２以下になる厚さに成長させ、且つ、この中間層２をエッチングによって１μｍ以下の厚さ、即ち、熱膨張による割れの発生が殆どなくなる厚さ以下にし、次いで、この中間層２上に再度中間層２を成長させた場合には、再成長後の中間層表面の転位密度を、最初に成長させた厚い中間層の転位密度と略同程度にすることができる。
【００１９】
（４）また、本発明は、上記（３）において、始めに成長させる中間層２の厚さを４μｍ以上とし、また、再成長後の中間層２の全体の厚さを３μｍ以下とすることを特徴とする。
【００２０】
この様に、始めに成長させる中間層２の厚さを４μｍ以上とし、且つ、エッチング後の中間層２の厚さを１μｍ以下とし、さらに、再成長後の中間層２の全体の厚さを３μｍ以下にして割れを低減させる場合にも、４μｍ以上の厚さの中間層を成長させた場合と略同様に転位密度を２×１０６  ｃｍ−２程度にすることができる。
【００２１】
（５）また、本発明は、半導体基板１上に半導体基板１と格子定数が大きく異なる結晶層３を成長させる半導体装置の製造方法において、半導体基板１上に結晶層３と格子定数が略等しく、且つ、１μｍ以下の厚さの中間層２を成長させたのち、この中間層２をエッチングによって薄くし、次いで、この中間層２上に再度中間層２を成長させたのち、結晶層３を成長させることを特徴とする。
【００２２】
この様に、最初に成長させる中間層の厚さが、転位密度が３×１０６  ｃｍ−２以下になる厚さより薄い場合にも、エッチング後に再成長させる際に、転位がさらに消滅して十分低くなるため、良好な結晶層３を得ることができる。
【００２３】
（６）また、本発明は、上記（５）において、始めに成長させる中間層２の厚さを１〜２μｍとし、また、再成長後の中間層２の全体の厚さを３μｍ以下とすることを特徴とする。
【００２４】
この様に、始めに成長させる中間層２の厚さを１〜２μｍとし、再成長後の中間層２の全体の厚さを３μｍ以下にして割れを低減させる場合にも、再成長中に転位がさらに消滅するため、転位密度を３×１０６  ｃｍ−２程度にすることができる。
【００３１】
（７）また、本発明は、上記（１）乃至（６）において、半導体基板１がＳｉであり、中間層２がＣｄＴｅであり、且つ、結晶層３がＨｇＣｄＴｅであることを特徴とする。
【００３２】
大面積で且つ結晶性の良好なＨｇＣｄＴｅ結晶を得るためには、半導体基板１として大面積の基板が入手しやすいＳｉ基板を用い、且つ、中間層２としてＨｇＣｄＴｅと格子定数の略等しいＣｄＴｅを用いれば良い。
【００３３】
【発明の実施の形態】
まず、図２を参照して本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明する。
図２（ａ）参照
まず、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）装置内で、（１００）面から４°オフしたシリコン基板１１を、総流量が６０００ｓｃｃｍの水素雰囲気中で９２０℃に加熱して１０分間保持することによって、シリコン基板１１の表面の自然酸化膜（図示せず）を除去したのち、基板温度を４３０℃に降下させてからＤＥＴｅ（ジエチルテルル）を導入してシリコン基板１１の表面にＴｅを付着させ、次いで、ＤＥＴｅの供給を停止して７８０℃でアニールを行う。
【００３４】
この処理によって双晶が生ずることがなく、且つ、反位相領域（ａｎｔｉｐｈａｓｅ  ｄｏｍａｉｎ）のない単結晶のＣｄＴｅ（１１１）Ｂ層を成長させることできる。
【００３５】
図２（ｂ）参照
次いで、基板温度を３９０℃にしてＤＭＣｄ（ジメチルカドミウム）及びＤＥＴｅを導入して、厚さ４μｍ以上、例えば、５．５μｍのＣｄＴｅ層１２を成長させる。
【００３６】
図２（ｃ）参照
次いで、基板を室温まで降温してからＭＯＶＰＥ装置から取り出し、Ｂｒメタノールを用いてエッチングすることにより、３μｍ以下、例えば、３μｍのＣｄＴｅ層１２を残存させる。
【００３７】
図２（ｄ）参照
次いで、再び、ＭＯＶＰＥ装置内に、基板をセットして、基板温度を３５０℃とした状態で６０分保持したのち、Ｈｇ、ＤＭＣｄ、及び、ＤＩＰＴｅ（ジイソプロピルテルル）を導入して、ＣｄＴｅ層１２上に厚さ６．０〜２０．０μｍ、例えば、９μｍのＨｇＣｄＴｅ層１３を成長させる。
【００３８】
図３参照
この本発明の第１の実施の形態の場合には、▲１▼で示す様に２×１０６  ｃｍ−２程度のエッチピット密度（ＥＰＤ）、即ち、転位密度がＨｇＣｄＴｅ層１３の表面に見られた。
なお、実線は、ＣｄＴｅ層を成長させたのち、０．５μｍ以下の厚さだけエッチング除去した場合の、ＣｄＴｅ層の層厚とＥＰＤとの相関を参考として示すもので、この場合には、エッチングしない場合と略同様の相関が見られる。
【００３９】
▲１▼のデータと実線とを対比することによって、本発明の第１の実施の形態によって、４μｍ以上の厚さのＣｄＴｅ層を設けた場合と略同程度の転位密度となり、良好な結晶性を有するＨｇＣｄＴｅ層１３が得られているのが確認された。
【００４０】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施の形態の製造工程を説明する。
図４（ａ）参照
まず、第１の実施の形態と全く同様に、ＭＯＶＰＥ装置内で、（１００）面から４°オフしたシリコン基板１１を、総流量が６０００ｓｃｃｍの水素雰囲気中で９２０℃に加熱して１０分間保持することによって、シリコン基板１１の表面の自然酸化膜（図示せず）を除去したのち、基板温度を４３０℃に降下させてからＤＥＴｅを導入してシリコン基板１１の表面にＴｅを付着させ、次いで、ＤＥＴｅの供給を停止して７８０℃でアニールを行う。
【００４１】
図４（ｂ）参照
次いで、基板温度を３９０℃にしてＤＭＣｄ及びＤＥＴｅを導入して、厚さ４μｍ以上、例えば、４．５μｍのＣｄＴｅ層１２を成長させる。
【００４２】
図４（ｃ）参照
次いで、基板を室温まで降温してから基板をＭＯＶＰＥ装置から取り出し、Ｂｒメタノールを用いてエッチングすることにより、０．５〜１．５μｍ、例えば、１μｍのＣｄＴｅ層１２を残存させる。
【００４３】
図４（ｄ）参照
次いで、再び、ＭＯＶＰＥ装置内に、基板をセットして、基板温度を３９０℃とした状態で１０分保持したのち、ＤＭＣｄ及びＤＥＴｅを導入して、厚さ０．５〜２．０μｍ、例えば、２μｍのＣｄＴｅ層１４を再成長させてＣｄＴｅ層１２及びＣｄＴｅ層１４の和を３μｍ以下、例えば、３μｍとする。
【００４４】
図４（ｅ）参照
次いで、基板温度を３５０℃に設定した状態で、Ｈｇ、ＤＭＣｄ、及びＤＩＰＴｅを導入して、ＣｄＴｅ層１４上に厚さ６．０〜２０．０μｍ、例えば、９μｍのＨｇＣｄＴｅ層１３を成長させる。
【００４５】
図３参照
この本発明の第２の実施の形態の場合には、▲２▼に示す様に１×１０６  ｃｍ−２程度のエッチピット密度（ＥＰＤ）が見られ、実線と対比することによって、本発明の第２の実施の形態によって、４μｍ以上の厚さのＣｄＴｅ層を設けた場合と略同程度の転位密度となり、良好な結晶性を有するＨｇＣｄＴｅ層１３が得られているのが確認された。
【００４６】
次に、図５を参照して、本発明の第３の実施の形態の製造工程を説明する。
図５（ａ）参照
まず、第１の実施の形態と全く同様に、ＭＯＶＰＥ装置内で、（１００）面から４°オフしたシリコン基板１１を、総流量が６０００ｓｃｃｍの水素雰囲気中で９２０℃に加熱して１０分間保持することによって、シリコン基板１１の表面の自然酸化膜（図示せず）を除去したのち、基板温度を４３０℃に降下させてからＤＥＴｅを導入してシリコン基板１１の表面にＴｅを付着させ、次いで、ＤＥＴｅの供給を停止して７８０℃でアニールを行う。
【００４７】
図５（ｂ）参照
次いで、基板温度を３９０℃にしてＤＭＣｄ及びＤＥＴｅを導入して、厚さ１〜２μｍ、例えば、２μｍのＣｄＴｅ層１２を成長させる。
【００４８】
図５（ｃ）参照
次いで、基板を室温まで降温してから基板をＭＯＶＰＥ装置から取り出し、Ｂｒメタノールを用いてエッチングすることにより、１μｍ以下、例えば、０．５μｍのＣｄＴｅ層１２を残存させる。
【００４９】
図５（ｄ）参照
次いで、再び、ＭＯＶＰＥ装置内に、基板をセットして、基板温度を３９０℃とした状態で１０分保持したのち、ＤＭＣｄ及びＤＥＴｅを導入して、厚さ１．５〜３．０μｍ、例えば、２μｍのＣｄＴｅ層１４を再成長させてＣｄＴｅ層１２及びＣｄＴｅ層１４の和を３μｍ以下、例えば、２．５μｍとする。
【００５０】
図５（ｅ）参照
次いで、基板温度を３５０℃に設定した状態で、Ｈｇ、ＤＭＣｄ、及びＤＩＰＴｅを導入して、ＣｄＴｅ層１４上に厚さ６．０〜２０．０μｍ、例えば、９μｍのＨｇＣｄＴｅ層１３を成長させる。
【００５１】
図３参照
この本発明の第３の実施の形態の場合には、▲３▼に示す様に３×１０６  ｃｍ−２程度のエッチピット密度（ＥＰＤ）が見られ、赤外線検出装置を製造するために必要な程度の低転位密度のＨｇＣｄＴｅ層１３が得られているのが確認された。
【００６１】
なお、上記の各実施の形態の説明においては、ＨｇＣｄＴｅ層１３の成長工程しか説明していないが、実際に赤外線検出装置を製造する場合には、結晶成長段階で、ＡｓやＩｎ等の導電型決定不純物を導入してエピタキシャルｐｎ接合を形成したり、ｐ型ＨｇＣｄＴｅ結晶中にＢ等をイオン注入してｎ領域を形成すれば良い。
【００６２】
また、本発明の各実施の形態においては、半導体基板としてシリコン基板１１を用いているが、シリコン基板に限られるものではなく、大面積の基板の入手が容易なＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＧａＰ基板、サファイア基板、或いは、これらを組み合わせた、例えば、ＧａＡｓ／Ｓｉ基板等を用いても良いものである。
【００６３】
また、本発明の各実施の形態においては、Ｔｅ源として、ＣｄＴｅ層１２，１４を成長させる場合にはＤＥＴｅを用い、ＨｇＣｄＴｅ層１３を成長させる場合にはＤＩＰＴｅを用いているが、何方か一方のみを用いても良いものである。
【００６４】
また、結晶層としては、ＨｇＣｄＴｅ層１３を用いて説明しているが、ＨｇＺｎＴｅ層或いはＨｇＣｄＺｎＴｅ層でも良く、それに応じて、中間層としてＣｄＴｅ層１２の代わりにＺｎＴｅ層或いはＣｄＺｎＴｅ層を用いれば良い。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＣｄＴｅ等の中間層を薄くしても良好な結晶性を有するＨｇＣｄＴｅ等の結晶層をシリコン基板等の大面積基板上に成長させることができるので、赤外線検出装置等の半導体装置の特性を向上することができると共に、信頼性も向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態の効果の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の説明図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の説明図である。
【図６】ＣｄＴｅ層の層厚とＥＰＤの相関の説明図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  中間層
３  結晶層
１１  シリコン基板
１２  ＣｄＴｅ層
１３  ＨｇＣｄＴｅ層
１４  ＣｄＴｅ層
【図１】
0003541332.tif 000002
【図２】
0003541332.tif 000003
【図３】
0003541332.tif 000004
【図４】
0003541332.tif 000005
【図５】
0003541332.tif 000006
【図６】
0003541332.tif 000007