(57)【要約】【課題】ｐ−ＧａＡｓエピタキシャル層の上に形成されたＩｎＧａＰエピタキシャル層のエッチングを適正に行うことができる化合物半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板１１の上に、ｎ+−ＧａＡｓサブコレクタ層１２と、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層１３と、ｐ−ＧａＡｓベース層１４と、ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５と、ｎ+−ＧａＡｓエミッタコンタクト層１６と、ｎ+−ＩｎＧａＡｓノンアロイコレクタ層１７とを順次、結晶成長してＨＢＴ３０を形成する。この際、ｐ−ＧａＡｓベース層１４をエピタキシャル成長した後、このベース層１４に不活性ガスであるＮ2ガス３２をフローすることによって残留Ａｓを除去する。【選択図】  図１
2004193432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にIII族およびＶ族原料によるエピタキシャル層を成長させる化合物半導体装置の製造方法において、
前記III族およびＶ族原料によるＡｓを含む第１のエピタキシャル層を成長し、前記第１のエピタキシャル層に不活性ガスをフローした後、前記第１のエピタキシャル層の上に、前記III族およびＶ族原料によるＡｓを含まない第２のエピタキシャル層を成長する
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のエピタキシャル層はＧａＡｓエピタキシャル層であり、前記第２のエピタキシャル層はＩｎＧａＰエピタキシャル層である
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスは、窒素ガスである
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記Ｖ族原料は、少なくとも、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）のうちの１つからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記III族原料は、少なくとも、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）のうちの１つからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物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、III−Ｖ族の化合物半導体装置の製造方法に関し、特にｐ型ＧａＡｓ（ガリウム砒素）エピタキシャル層とｎ型ＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）エピタキシャル層を有する構造であって、携帯電話機のマイクロ波通信用増幅器等の半導体デバイスに適用されるＨＢＴ(Hetero Junction Bipolar Transistor)等の化合物半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）などの化合物半導体は、Ｓｉ（シリコン）半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長を生かしてＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは、高速動作や高効率動作が要求される半導体デバイスに多く用いられている。半導体デバイスの代表例としては、ＨＢＴが挙げられる。
【０００３】
図５に示すように、ＨＢＴ１０は、基板１１の上に、サブコレクタ層１２と、コレクタ層１３と、ベース層１４と、エミッタ層１５と、エミッタコンタクト層１６と、ノンアロイコレクタ層１７とを順次、エピタキシャル成長（結晶成長）して構成されている。エピタキシャル成長では、下地となる基板１１上に、成長させたい物質の元素を含む気体（ガス）または液体状の原料を供給すると、基板１１の原子配列の影響を受けて特定の結晶方位をもった結晶が成長する。
【０００４】
ノンアロイコレクタ層１７およびエミッタコンタクト層１６は、トランジスタのエミッタ電極を形成するための層である。エミッタ層１５、ベース層１４およびコレクタ層１３は、各々のトランジスタにおけるエミッタ、ベースおよびコレクタ電流の流れる層である。サブコレクタ層１２は、コレクタ電極を形成する層である。基板１１は、各々のエピタキシャル層１２〜１７を単結晶成長させるための下地である。
【０００５】
図６に、各々のエピタキシャル層に所定の化合物半導体を適用したＨＢＴ２０の構成例を示す。但し、図６において図５との対応関係を採るために各々のエピタキシャル層には同一符号を付した。また、図６中、ｎ−、ｐ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、ｐ型であることを表し、ｎ+−はｎ型でｎ−の場合と比べて不純物濃度が高いことを表す。
【０００６】
ＨＢＴ２０は、ＧａＡｓ基板１１の上に、厚さ５００ｎｍでキャリア濃度が３×１０18ｃｍ-3のｎ+−ＧａＡｓサブコレクタ層１２と、７００ｎｍで２×１０16ｃｍ-3のｎ−ＧａＡｓコレクタ層１３と、８０ｎｍで４×１０19ｃｍ-3のｐ−ＧａＡｓベース層１４と、５０ｎｍで５×１０17ｃｍ-3のｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５と、１００ｎｍで３×１０18ｃｍ-3のｎ+−ＧａＡｓエミッタコンタクト層１６と、１００ｎｍで１×１０19ｃｍ-3のｎ+−ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層１７とを順次、結晶成長して構成されている。
【０００７】
この各エピタキシャル層１２〜１７を成長させる場合、ＧａＡｓ基板１１をサセプタと呼ばれる基板保持具にセットし、成長炉内で加熱する。サセプタにＧａＡｓ基板１１をセットする際、均熱板と呼ばれる治具をＧａＡｓ基板１１の上に載せる。均熱板は、ＧａＡｓ基板１１面内の温度分布を均一にする働きがある。この状態で、成長炉内に各エピタキシャル層１２〜１７の原料ガスを順次供給すると、原料ガスが熱により分解し、ＧａＡｓ基板１１の上に各エピタキシャル層１２〜１７が成長する。
【０００８】
エピタキシャル層の原料として、ｐ−ＧａＡｓを成長させる場合は、Ｇａ原料のＧａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ａｓ原料のＡｓＨ3（アルシン）、及びｐ型ドーパントをＧａＡｓ基板１１に供給する。ｐ型ドーパントの元素としてはＣ（炭素）がある。Ｃ原料としては、ＣＢｒ4、ＣＣｌ3Ｂｒがある。なお、Ｇａ原料として他にＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）がある。Ａｓ原料として他にＡｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）がある。
【０００９】
ｎ−ＧａＡｓを成長させる場合は、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びｎ型ドーパントをＧａＡｓ基板１１に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉやＳｅ（セレン）がある。Ｓｉ原料としては、ＳｉＨ4（モノシラン）、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）がある。Ｓｅ原料としては、Ｈ2Ｓｅ（セレン化水素）がある。
【００１０】
ｎ−ＩｎＧａＰを成長させる場合には、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＰＨ3（ホスフィン）、及びｎ型ドーパントをＧａＡｓ基板１１に供給する。Ｐ原料としては他に、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）がある。
【００１１】
この他、エピタキシャル層の原料としてｉ−ＧａＡｓ（半絶縁性のＧａＡｓ）を成長させる場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3とＡｓＨ3をＧａＡｓ基板１１に供給する。このようなｉ−ＧａＡｓを、ｎ+−ＧａＡｓサブコレクタ層１２の上にコレクタ層１３として成長させたＨＢＴが知られている（特許文献１参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７−３２６６２７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の化合物半導体装置であるＨＢＴ２０の製造方法においては、ｐ−ＧａＡｓベース層１４をエピタキシャル成長させた場合、その成長層上にＡｓが残留し、この残留Ａｓが、ベース層１４上に成長されるエミッタ層１５のＩｎＧａＰに混入し、ＩｎＧａＰＡｓとなることがある。一般的にＨＢＴ２０においては、ウエハのプロセス時にＨＢＴ２０の各エピタキシャル層１１〜１７毎に選択エッチングを行うが、ＩｎＧａＰ用のエッチング液で、Ａｓが混入したＩｎＧａＰのエミッタ層１５をエッチングした場合、そのエッチング速度が著しく低下する傾向がある。このようにエッチング速度が低下した場合、ＩｎＧａＰによるエミッタ層１５のエッチングが適正に行えないという問題がある。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ｐ−ＧａＡｓエピタキシャル層の上に形成されたＩｎＧａＰエピタキシャル層のエッチングを適正に行うことができる化合物半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の化合物半導体装置の製造方法は、基板上にIII族およびＶ族原料によるエピタキシャル層を成長させる化合物半導体装置の製造方法において、前記III族およびＶ族原料によるＡｓを含む第１のエピタキシャル層を成長し、前記第１のエピタキシャル層に不活性ガスをフローした後、前記第１のエピタキシャル層の上に、前記III族およびＶ族原料によるＡｓを含まない第２のエピタキシャル層を成長することを特徴としている。
【００１６】
また、前記第１のエピタキシャル層はＧａＡｓエピタキシャル層であり、前記第２のエピタキシャル層はＩｎＧａＰエピタキシャル層であることを特徴としている。
【００１７】
また、前記不活性ガスは、窒素ガスであることを特徴としている。
【００１８】
また、前記Ｖ族原料は、少なくとも、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）
3（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）のうちの１つからなることを特徴としている。
【００１９】
また、前記III族原料は、少なくとも、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）のうちの１つからなることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態）
図１（ａ）に示す本実施の形態の化合物半導体装置の製造方法により製造されたＨＢＴ３０の構成は、図６に示した従来のＨＢＴ２０と同様であるが、異なる点は、図１（ｂ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓベース層１４をエピタキシャル成長した後、このベース層１４に不活性ガスであるＮ2ガス３２をフローすることによって残留Ａｓを除去するようにしたことにある。
【００２２】
このように残留Ａｓを除去した後、ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５をエピタキシャル成長させれば、その残留Ａｓの影響でエミッタ層１５のエッチング速度が低下するといったことがなくなるので、ＩｎＧａＰによるエミッタ層１５のエッチングを適正に行うことができる。
【００２３】
図１（ａ）に示したＨＢＴ３０を、上記の化合物半導体装置の製造方法で実際に製造した際の実施例を説明する。
【００２４】
結晶成長時のＧａＡｓ基板１１の温度は７００℃、図示せぬ成長炉内の圧力は７０Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素とした。まず、ｎ+−ＧａＡｓサブコレクタ層１２の成長を、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、Ｓｉ2Ｈ6の原料を用いて行った。これら原料の流量は、それぞれ９０ｃｍ3／分、１９ｃｍ3／分、３４００ｃｍ3／分とした。
【００２５】
次に、ｎ−ＧａＡｓコレクタ層１３の成長を、上記サブコレクタ層１２の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、Ｓｉ2Ｈ6の原料を用いて行った。これら原料の流量は、それぞれ２００ｃｍ3／分、６４０ｃｍ3／分、１７ｃｍ3／分とした。
【００２６】
次に、ｐ−ＧａＡｓベース層１４の成長を、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ３、ＣＢｒ4の原料を用いて行った。これら原料の流量は、それぞれ５００ｃｍ3／分、１０ｃｍ3／分、１７ｃｍ3／分とした。
【００２７】
このように成長されたベース層１４に、５００ｃｍ3／分の流量で９９．９９９ｖｏｌ％以上の高純度のＮ2ガスを３分間フローした。
【００２８】
次に、ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５の成長を、Ｉｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＰＨ3、およびＳｉ2Ｈ6の原料を用いて行った。これら原料の流量は、それぞれ２６０ｃｍ3／分、１３０ｃｍ3／分、１．０ｃｍ3および５０ｃｍ3／分とした。
【００２９】
次に、ｎ+−ＧａＡｓエミッタコンタクト層１６の成長を、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、Ｓｉ2Ｈ6の原料を用いて行った。これら原料の流量は、それぞれ９０ｃｍ3／分、１９ｃｍ3／分、３４００ｃｍ3／分とした。
【００３０】
最後に、ｎ+−ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層１７の成長を、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、およびＨ2Ｓｅの原料を用いて行った。これら原料の流量は、それぞれ２００ｃｍ3／分、４００ｃｍ3／分、１２０ｃｍ3および３００ｃｍ3／分とした。また、このように各層１２〜１７が成長されるＨＢＴ３０においては、各層１２〜１７毎に所定の選択エッチングを行った。
【００３１】
図２に、ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５のエッチング速度（ｎｍ／秒）とＮ2ガス流量（ｃｍ3／分）との関係を示す。但し、Ｎ2ガスのフロー時間は上記同様に３分間とした。また、エッチング速度は、上記のようにベース層１４にＮ2ガスを３分間フローした後、エミッタ層１５を成長させ、このエミッタ層１５をＩｎＧａＰ用のエッチング液でエッチングする際の速度である。この場合のエッチング速度は、図２から分かるように、Ｎ2ガスの流量が０から増加するに従って速くなり、５００ｃｍ3／分を越えると、ほぼ横ばいの一定となる。
【００３２】
図３に、ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５のエッチング速度（ｎｍ／秒）とＮ2ガスフロー時間（分）との関係を示す。この場合のエッチング速度は、図３から分かるように、Ｎ2ガスのフロー時間が０から長くなるに従って速くなり、３分を越えると、ほぼ横ばいの一定となる。
【００３３】
つまり、ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５のエッチング速度は、Ｎ2ガスの流量およびフロー時間が増加するに従って速くなり、所定の増加時点でほぼ一定となる。
【００３４】
図４に、ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５をエッチングする際の最大値のエッチング速度である１ｎｍ／秒を維持することが可能な、Ｎ2ガスの流量（ｃｍ3／分）とフロー時間（分）との関係を示す。この関係を式で表すと下記のようになる。
【００３５】
｛Ｎ2ガスの流量（ｃｍ3／分）｝×｛Ｎ2ガスのフロー時間（分）｝≧α
但し、αは係数であり、図４に示すＮ2ガスの流量とフロー時間との関係においては約１５００となる。つまり、流量とフロー時間の積が１５００ｃｍ3以上で、最大値である１ｎｍ／秒のエッチング速度が維持できる。なお、係数αは成長炉の大きさ、形状、排気量、温度、および圧力等の成長条件によって異なる。
【００３６】
つまり、前述したように、ベース層１４に５００ｃｍ3／分の流量でＮ2ガスを３分間フローするのが、低コスト化を図りながらｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層１５のエッチング速度が低下しないようにするのに適した条件である。言い換えれば、そのエミッタ層１５を適正にエッチングすることが可能なエッチング速度とするのに適した条件である。
【００３７】
このような高効率化によりエッチング液の使用量低減や、化合物半導体装置プロセス時の高歩留化などの効果を図ることが可能となる。
【００３８】
また、本実施の形態ではＮ2ガスのフローで残留Ａｓを除去しているが、他の不純物を除去し、ベース電流のリーク電流低下の抑止効果も期待できる。さらに、他の不活性ガスでもその効果が期待できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の化合物半導体装置の製造方法によれば、III族およびＶ族原料によるＡｓを含む第１のエピタキシャル層を成長し、第１のエピタキシャル層に不活性ガスをフローした後、第１のエピタキシャル層の上に、III族およびＶ族原料によるＡｓを含まない第２のエピタキシャル層を成長するようにしたので、不活性ガスによって第１のエピタキシャル層成長時の残留Ａｓが除去される。従って、第２のエピタキシャル層成長時に残留Ａｓが混入されなくなるので、残留Ａｓが起因する第２のＧａＰエピタキシャル層のエッチング速度の低下が無くなり、エッチングを適正に行うことが可能となる。
【００４０】
また、第１のエピタキシャル層がＧａＡｓエピタキシャル層であり、第２のエピタキシャル層がＩｎＧａＰエピタキシャル層である場合は、ＩｎＧａＰエピタキシャル層成長時に残留Ａｓが混入されなくなるので、残留Ａｓが起因するＩｎＧａＰエピタキシャル層のエッチング速度の低下が無くなり、エッチングを適正に行うことが可能となる。
【００４１】
また、不活性ガスを、窒素ガスとすれば、残留Ａｓの除去をより効果的に行うことが可能となる。
【００４２】
また、Ｖ族原料が、少なくとも、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（
トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＰＨ3（ホスフィン）、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）であり、III族原料が、少なくとも、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）である場合にも、上記同様に、第２のエピタキシャル層のエッチングを適正に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の化合物半導体装置の製造方法により製造されたＨＢＴを示し、（ａ）はｐ−ＧａＡｓベース層成長後にＮ2ガスをフローする様態を示し、（ｂ）はＨＢＴの全体構成を示す図である。
【図２】ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層のエッチング速度（ｎｍ／秒）とＮ2ガス流量（ｃｍ3／分）との関係図である。
【図３】ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層のエッチング速度（ｎｍ／秒）とＮ2ガスフロー時間（分）との関係図である。
【図４】ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層をエッチングする際の最大値のエッチング速度である１ｎｍ／秒を維持することが可能な、Ｎ2ガスの流量（ｃｍ3／分）とフロー時間（分）との関係図である。
【図５】一般的なＨＢＴの構成図である。
【図６】従来のＨＢＴの構成図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０  ＨＢＴ
１１  ＧａＡｓ基板
１２  ｎ+−ＧａＡｓサブコレクタ層
１３  ｎ−ＧａＡｓコレクタ層
１４  ｐ−ＧａＡｓベース層
１５  ｎ−Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層
１６  ｎ+−ＧａＡｓエミッタコンタクト層
１７  ｎ+−ＩｎＧａＡｓノンアロイコレクタ層
３２  Ｎ2ガス
【図１】
2004193432.tif 000003
【図２】
2004193432.tif 000004
【図３】
2004193432.tif 000005
【図４】
2004193432.tif 000006
【図５】
2004193432.tif 000007
【図６】
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