(57)【要約】【課題】基板とバッファ層の界面に発生するＳｉやＳなどのｎ型不純物による汚染を除去する手段を提供すること。【解決手段】反応管２内に設置し基板４を加熱し、反応管２内にIII族とＶ族の原料を流すことにより、目的とする素子構造のエピタキシャル層を上記基板上に成長させる気相エピタキシャル成長方法において、エピタキシャル層であるバッファ層４２の成長を行う直前に、基板表面にＨ2Ｏを導入して基板表面をクリーニングする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管と、該反応管内に設置した基板を加熱する手段と、前記反応管内にIII属とＶ属の原料を流すことにより前記基板上に目的とする素子構造のエピタキシャル層を成長させる供給路とを具備する気相エピタキシャル成長装置において、
エピタキシャル層の成長を行う直前に、前記供給路に水蒸気を流して前記基板表面をクリーニングする手段を設けたことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
【請求項２】
反応管内に設置した基板を加熱し、反応管内にIII属とＶ属の原料を流すことにより、目的とする素子構造のエピタキシャル層を上記基板上に成長させる気相エピタキシャル成長方法において、
エピタキシャル層の成長を行う直前に、基板表面にＨ2Ｏを導入して基板表面をクリーニングすることを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
【請求項３】
請求項２記載の気相エピタキシャル成長方法において、
気相中のＨ2Ｏの濃度を５０〜５００ｐｐｍとしたことを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の気相エピタキシャル成長方法において、
クリーニング時の基板表面温度を４００〜９００℃とすることを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
【請求項５】
請求項２、３又は４記載の気相エピタキシャル成長方法において、
前記基板に、ガリウム砒素基板あるいはインジウム燐基板を用いることを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に熱的にエピタキシャル成長させて、目的とする素子構造のエピタキシャル層を成長させる装置及び方法に係わり、特に基板とエピタキシャル層界面の特性を改善する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ショットキバリア型の電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと記す）用のエピタキシャル結晶を基板に成長させる場合、半絶縁性の基板上に目的とする構造をエピタキシャル成長させる。このとき、半絶縁性の基板上に活性層を直接エピタキシャル成長させると、基板の表面欠陥、表面準位及び基板の不純物に依存する深い順位による電子トラップの影響により、活性層において電子移動度の低下やキャリアの補償などが起こり、高品質な活性層が得られない。このため、従来は上述した基板による影響をなくすために、図２に示したような基板４３と活性層４１との間に高抵抗のバッファ層４２をエピタキシャル成長させていた。バッファ層４２により基板の欠陥等の影響を受けない高品質な活性層が得られていることは既に周知のことである。
【０００３】
図３は、従来のフェイスダウンタイプの気相エピタキシャル成長装置（例えば、特許文献１参照）を示した縦断面図である。
【０００４】
気相エピタキシャル成長装置１の上下方向の中間部には、片側に原料ガス供給口２ａ、反対側にガス排気口２ｂを備えた横型の反応管２が配置されており、その反応管２の中心部には、複数の基板４を保持するサセプタ３が回転可能に配設されている。
【０００５】
サセプタ３は円板形をしており、その円板面内には同一円上に均等に複数の円形の開口５が設けられ、各々の開口５内には、エピタキシャル成長の対象である結晶成長用基板としての基板４がその表面を下にして収納配置され、さらにその上に均熱板７が重ねて収納配置される。この基板４を開口５内に載置し支持する構造を得るため、開口５の下面周縁部には、図４に示すように開口５の中心方向に一部が張り出した金属製のツメ１１から成る基板支持部６が設けられており、基板４は、この基板支持部６に外周部が支えられて開口５の下面にフェイスダウンで保持される。なお、開口５内において、基板４の上には図３に示す如く均熱板７が設けられる。
【０００６】
そして、基板４を支持するサセプタ３を、その回転軸８を磁気シールドユニット９を介してモータ１０で回転しつつ、ヒータ１３、１４によりサセプタ３を介して基板４を加熱し、サセプタ３と平行に原料ガスを流して基板４上に薄膜を形成する。
【０００７】
このようにして作成されたエピタキシャルウェハは、表面から所望の結晶層まで層を除去して電極をつけるなどのプロセスを行うことでデバイスとして使用できるようになる。
【特許文献１】特開平１１−２１４３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のとおり図２に示したバッファ層４２を基板４３と活性層４１との間に介在させることにより、高品質な活性層４１が得られるようになったが、今度は基板４３とバッファ層４２の界面に発生するシリコン（Ｓｉ）や硫黄（Ｓ）などのｎ型不純物による汚染が問題になってきた。
【０００９】
基板・エピタキシャル層の界面がｎ型不純物に汚染されているエピタキシャル基板を使用してＦＥＴ素子を作製した場合、基板・バッファ層の界面の抵抗が下がるため、この部分に電流が流れ、ピンチオフ特性が悪化する。また、ｇｄ（ドレインコンダクタンス）が増大し、低ドレイン電流でのｇｍ（総合コンダクタンス）が低下するため、雑音指数も大きくなるなど、ＦＥＴの電気特性を大幅に悪化させていた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基板とバッファ層の界面に発生するシリコン（Ｓｉ）や硫黄（Ｓ）などのｎ型不純物による汚染を除去する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の要点は、基板を加熱し、その基板上に目的とするエピタキシャル層構造を成長させる直前に、基板表面上にＨ2Ｏを導入して基板表面をクリーニングすることにある。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、具体的には次のように構成したものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る気相エピタキシャル成長装置は、反応管と、該反応管内に設置した基板を加熱する手段と、前記反応管内にIII属とＶ属の原料を流すことにより前記基板上に目的とする素子構造のエピタキシャル層を成長させる供給路とを具備する気相エピタキシャル成長装置において、エピタキシャル層の成長を行う直前に、前記供給路に水蒸気を流して前記基板表面をクリーニングする手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明に係る気相エピタキシャル成長方法は、反応管内に設置した基板を加熱し、反応管内にIII属とＶ属の原料を流すことにより、目的とする素子構造のエピタキシャル層を上記基板上に成長させる気相エピタキシャル成長方法において、エピタキシャル層の成長を行う直前に、基板表面にＨ2Ｏを導入して基板表面をクリーニングすることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２記載の気相エピタキシャル成長方法において、気相中のＨ2Ｏの濃度を５０〜５００ｐｐｍとしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項第２又は３記載の気相エピタキシャル成長方法において、クリーニング時の基板表面温度を４００〜９００℃とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項２、３又は４記載の気相エピタキシャル成長方法において、前記基板に、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板あるいはインジウム燐（ＩｎＰ）基板を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エピタキシャル層の成長を行う直前に、基板表面にＨ2Ｏを導入して基板表面をクリーニングするので、これにより、基板とエピタキシャル層の界面に存在するシリコン（Ｓｉ）や硫黄（Ｓ）などのｎ型の不純物を制御性よく低減することが可能になり、電気的特性の優れたＦＥＴ用エピタキシャルウェハを提供することが可能になる。
【００１９】
クリーニングを効果的になす上で、気相中のＨ2Ｏの濃度は５０〜５００ｐｐｍとするのが好ましく、また基板表面温度は４００〜９００℃とするのが好ましい。
【００２０】
［発明の要点］
なぜ、基板・バッファ層界面におけるシリコン（Ｓｉ）や硫黄（Ｓ）などのｎ型不純物汚染を除去する効果が有るのか、よく分かっていないが、下記のことを考えている。
【００２１】
基板表面にｎ型の不純物として存在するＳｉやＳは、基板に付着したときには有機物及び無機物の形で存在する。これらは基板を加熱すると熱分解によりラジカル又はイオンの形で基板表面に吸着し、そのままエピタキシャル成長するとエピタキシャル基板界面に取り込まれてしまう。
【００２２】
しかしながら、加熱後エピタキシャル成長する前にＨ2Ｏを流すと、不純物のラジカル及びイオンは容易にＨ2Ｏと結合し基板から脱離していく。この反応は可逆反応であるが、Ｈ2Ｏと結合して脱離した不純物は或る割合でパージアウトされて行くので、基板表面上の不純物は指数関数的に減っていくものと考えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明を用いて作製したＧａＡｓ系のショットキバリア型のＦＥＴ用エピタキシャル基板の構造の一例を示す。
【００２５】
基板４３には、液体封止引き上げ法（ＬＥＣ法）で作った半絶縁性ＧａＡｓ基板を用いた。ＦＥＴは、この基板４３上に、気相エピタキシャル成長法により成長した既存のバッファ層４２と活性層４１とを持ったエピタキシャル層構造を有するＦＥＴ用エピタキシャル基板より作製される。
【００２６】
図１に示したＦＥＴ用エピタキシャル基板において、半絶縁性ＧａＡｓ基板（基板４３）上に成長されるバッファ層４２は、厚さ５００nmのｐ−型（１×１０16cm-2以下）ＧａＡｓからなる。また、その上に成長される活性層４１は、厚さ１００nm（１×１０17cm-2、Ｓｉドープ）のｎ型ＧａＡｓから成る。
【００２７】
本実施形態に係る気相エピタキシャル成長方法では、図３の気相エピタキシャル成長装置を前提とし、その反応管２内に設置した基板４をヒータ１３、１４で加熱し、反応管２内にIII族とＶ族の原料を流すことにより、目的とする素子構造のエピタキシャル層を基板４上に成長させる。その際、図１に示すように、エピタキシャル層たるバッファ層４２の成長を行う直前に、基板表面にＨ2Ｏを導入して基板表面をクリーニングする。
【００２８】
本実施形態に係る気相エピタキシャル成長方法（本発明成長法）が従来の成長方法（従来成長法）（図２）と異なる点は、図１に示したとおり、本発明の成長方法では、バッファ層４２や活性層４１などのエピタキシャル層構造を成長する直前、つまりバッファ層４２を成長する直前に、Ｈ2Ｏを流す点にある。この基板表面をクリーニングする手段としては、図３の成長装置における反応管２への供給路に水蒸気を流す導入路を付加する。
【００２９】
今回の実験では、気相中のＨ2Ｏの濃度を１００ｐｐｍ、処理時間を１０分、基板温度を６５０℃とした。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１に、本発明の成長方法により試作したエピタキシャル基板につき、そのエピタキシャル層・基板の界面をＳＩＭＳ分析した結果を、従来の成長方法による場合と比較して示す。本発明の成長方法及び従来の成長方法の両者においてゲルマニウムは検出されなかったが、本発明を用いて成長したエピタキシャル基板は、従来の方法で成長したエピタキシャル基板に比べ、シリコン、硫黄が大幅に低減されている。
【００３２】
上記した実施形態では、基板としてＧａＡｓ基板を用いたが、ＩｎＰ基板を用いても本発明所期の効果を得ることができるし、バッファ層としてＧａＡｓを用いたが、ＡｌＧａＡｓを用いても本発明所期の効果を得ることができるし、バッファ層としてｐ−型のものを用いたが、高抵抗のものを用いても本発明所期の効果を得ることができる。
【００３３】
上記した実施形態では、高抵抗のバッファ層４２を有するショットキバリアゲート型ＦＥＴについて説明したが、半絶縁性の基板上に高抵抗のバッファを成長させるＨＥＭＴ、ＭＩＳＦＥＴ、ＤＭＴ及びＨＩＧＦＥＴなどの電子デバイスにおいても、上述と同様な理由により効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係るＦＥＴ用エピタキシャルウェハの断面構造と気相エピタキシャル成長方法を示す図である。
【図２】従来のＦＥＴ用エピタキシャルウェハの構造例を示す図である。
【図３】従来のＭＯＶＰＥ装置を示した図である。
【図４】従来の気相エピタキシャル成長装置におけるサセプタの開口部分の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  気相エピタキシャル成長装置
２  反応管
３  サセプタ  
４  基板
４１  活性層
４２  バッファ層
４３  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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