(57)【要約】【課題】Ｔｅを拡散した表面の荒れを抑制できる半導体ウエハの製造方法を提供する。特性を向上できる半導体装置の製造方法およびセンサアレイの製造方法を提供する。【解決手段】半導体ウエハの製造方法は、以下の工程を備えている。ＧａＳｂ基板１２上にＧａＳｂを含む層を成長することにより、エピタキシャルウエハを形成する。Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いて、エピタキシャルウエハの表面側からＴｅを拡散する。半導体装置の製造方法は、上記半導体ウエハの製造方法により半導体ウエハを製造する工程と、半導体ウエハにおいてＴｅが拡散された領域に電極を形成する工程とを備える。半導体装置は、フォトダイオードであることが好ましい。センサアレイ３０の製造方法は、フォトダイオード２０を複数形成する工程を備える。【選択図】図１０
2012119567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＳｂ基板上にＧａＳｂを含む層を成長することにより、エピタキシャルウエハを形成する工程と、
Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いて、前記エピタキシャルウエハの表面側からＴｅを拡散する工程とを備えた、半導体ウエハの製造方法。
【請求項２】
前記形成する工程では、ＧａＳｂ層とＩｎＡｓ層とを有する積層単位を複数含む多重量子井戸構造を有する前記ＧａＳｂを含む層を成長する、請求項１に記載の半導体ウエハの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体ウエハの製造方法により半導体ウエハを製造する工程と、
前記半導体ウエハにおいてＴｅが拡散された領域に電極を形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体装置がフォトダイオードである、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４のフォトダイオードを複数形成する工程を備えた、センサアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの製造方法、半導体装置の製造方法およびセンサアレイの製造方法に関し、より特定的にはＧａＳｂ（ガリウムアンチモン）／ＩｎＡｓ（インジウム砒素）系の半導体ウエハの製造方法、半導体装置の製造方法およびセンサアレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ系の半導体装置として、たとえば受光層を有する受光装置が挙げられる。このような受光装置として、たとえば、Appl.Phys.Lett.,Vol.90, 231108(2007) pp.231108-1-231108-3（非特許文献１）には、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓタイプＩＩ量子井戸を受光層に用い、カットオフ波長１２μｍ程度のフォトダイオードを作製したことが開示されている。
【０００３】
また、J.Appl.Phys., Vol.101, 044514 (2007) pp.044514-1-044514-6（非特許文献２）には、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ多重量子井戸受光層を用いたフォトダイオードをアレイ状に並べたセンサチップと、シリコンからなる読出し回路（ＲＯＩＣ）とを貼り合わせた構造の２次元センサアレイを作成したことが開示されている。
【０００４】
また、Proc.of.SPIE Vol.7298 pp.72981S1-72981S9（非特許文献３）には、ＧａＳｂ／ＩｎＡｓ量子井戸受光層は、少数キャリアの寿命がｎ型よりもｐ型の方が長いことから、ｎ型よりもｐ型で使用することが望ましいことが開示されている。その際、ｐ−ｎ構造を実現するために受光層上にｎ型領域を形成する必要がある。非特許文献３では、ＧａＳｂ層にＴｅ（テルル）を拡散させてｎ型領域を形成する技術を開示している。図１８は、非特許文献３に開示されている、ＧａＳｂ層にＴｅを拡散させたときのＴｅの深さ方向の濃度分布をＳＩＭＳにより測定したデータを示す。図１８に示すように、表面でのＴｅの濃度は約１×１０19ｃｍ-3であり、深さ方向が５０ｎｍでのＴｅの濃度は約１×１０16ｃｍ-3であり、Ｔｅの濃度は深さ方向において急に減少している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Appl.Phys.Lett.,Vol.90,231108(2007)  pp.231108-1-231108-3
【非特許文献２】J.Appl.Phys., Vol.101, 044514 (2007) pp.101,044514-1-044514-6
【非特許文献３】Proc.of.SPIE Vol.7298 pp.72981S1-72981S9
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記非特許文献１および２は、ドーピングによりｎ型層を形成している。このため、上記非特許文献１および２に開示のフォトダイオードを用いてセンサアレイを形成する場合には、一般的にはメサエッチングによる素子分離が必要である。しかし、メサエッチングで形成された側面ではリーク電流が生じ、暗電流増加の原因になり、感度が低下する。このように、フォトダイオードの特性が低下するという問題がある。
【０００７】
上記非特許文献３は、拡散によりｎ型層を形成している。しかし、上記非特許文献３のように拡散によりｎ型層を形成する場合には、以下の問題があることを本発明者は鋭意研究の結果、見出した。
【０００８】
すなわち、上記非特許文献３によれば、図１８に示すように、非特許文献３に開示のＧａＳｂ層に拡散されたＴｅの濃度分布に示されるように、ドーパントとしてのＴｅが内部にあまり取り込まれずに、多くがＧａＳｂ層の表面に分布し、Ｔｅが入り込む深さは１００ｎｍ以下にとどまっている。半導体装置を作製するにはｎ型領域をさらに深くする必要がある。特に受光装置の場合は動作のために受光層を空乏化させ、なおかつ電極抵抗の増加を防ぐために、深く高濃度でＴｅを拡散させる必要がある。しかし後述するように発明者らの実験では、上記非特許文献３の受光層をｐ型で用い、この受光層上に形成したＧａＳｂ層に、深く高濃度でＴｅを拡散させようとすると、ＴｅがＧａＳｂ層の表面に蓄積し、Ｔｅが蓄積されたＧａＳｂ層の表面には荒れが生じることが判明している。このように荒れが生じた表面上に形成された電極を有する半導体装置は、電極抵抗が増加するなど、特性が低下するという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明の一の目的は、Ｔｅを拡散した表面の荒れを抑制できる半導体ウエハの製造方法を提供することである。本発明の他の目的は、特性を向上できる半導体装置の製造方法およびセンサアレイの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体ウエハの製造方法は、以下の工程を備えている。ＧａＳｂ基板上にＧａＳｂを含む層を成長することにより、エピタキシャルウエハを形成する。Ｓｂ（アンチモン）元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いて、エピタキシャルウエハの表面側からＴｅを拡散する。
【００１１】
本発明者は鋭意研究の結果、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いることにより、エピタキシャルウエハ表面に存在するＳｂとＴｅとの反応を抑制することができることを見出した。また、ＳｂとＴｅとの反応に起因してＴｅがエピタキシャルウエハの表面に析出することを抑制できることも本発明者は見出した。したがって、本発明の半導体ウエハの製造方法によれば、Ｔｅを拡散したエピタキシャルウエハの表面にＴｅが析出することを抑制できるので、表面の荒れを抑制することができる。
【００１２】
本発明の半導体ウエハの製造方法において好ましくは、上記形成する工程では、ＧａＳｂ層とＩｎＡｓ層とを有する積層単位を複数含む多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multiple-Quantum Well）を有するＧａＳｂを含む層を成長する。
【００１３】
これにより、製造される半導体ウエハを用いて作製する半導体装置の感度、リーク電流、発光効率などの特性をより向上することができる。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記半導体ウエハの製造方法により半導体ウエハを製造する工程と、半導体ウエハにおいてＴｅが拡散された領域に電極を形成する工程とを備える。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、Ｔｅを拡散したエピタキシャルウエハの表面の荒れを抑制できるので、この表面上に電極を形成すると、電極抵抗などの特性を向上することができる。
【００１６】
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、上記半導体装置は、フォトダイオードである。ＧａＳｂを含む層を備える半導体装置は、フォトダイオードに好適に用いられる。このため、感度、暗電流などの特性をより向上したフォトダイオードを製造することができる。
【００１７】
本発明のセンサアレイの製造方法は、上記フォトダイオードを複数形成する工程を備える。本発明のセンサアレイの製造方法によれば、Ｔｅを拡散した半導体ウエハの表面の荒れを抑制したフォトダイオードを備えているので、電極抵抗などの特性を向上したセンサアレイを製造することができる。また、メサエッチングを用いずに、Ｔｅの拡散により素子分離をすることができるので、リーク電流による暗電流の増加を抑制できるので、感度、暗電流などの特性を向上したセンサアレイを製造することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の半導体ウエハの製造方法によれば、Ｔｅを拡散した表面の荒れを抑制できる半導体ウエハを製造することができる。本発明の半導体装置の製造方法およびセンサアレイの製造方法によれば、特性を向上できる半導体装置およびセンサアレイを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体ウエハを概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における受光層の一部を概略的に示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるエピタキシャルウエハを形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＴｅを拡散させる状態を概略的に示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１における多重量子井戸構造を受光層に用いた場合の効果を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２における半導体ウエハを概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるフォトダイオードを概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４における発光装置を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態５におけるセンサアレイを概略的に示す上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５におけるセンサアレイを概略的に示し、図９の線分Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図１１】実施例１の半導体ウエハの表面をＳＥＭにより観察した図である。
【図１２】実施例１の半導体ウエハの断面をＳＥＭにより観察した図である。
【図１３】実施例１の半導体ウエハのＴｅの濃度をＳＩＭＳにより測定した図である。
【図１４】比較例１の半導体ウエハの表面をＳＥＭにより観察した図である。
【図１５】比較例１の半導体ウエハの断面をＳＥＭにより観察した図である。
【図１６】比較例２の半導体ウエハの表面をＳＥＭにより観察した図である。
【図１７】比較例２の半導体ウエハの断面をＳＥＭにより観察した図である。
【図１８】非特許文献３において、ＧａＳｂ層にＴｅを拡散させたときのＴｅの深さ方向の濃度分布をＳＩＭＳにより測定したデータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体ウエハ１０を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本発明の半導体ウエハの一実施形態として、フォトダイオード用の半導体ウエハ１０について説明する。
【００２２】
図１に示すように、半導体ウエハ１０は、ＧａＳｂ基板１２と、バッファ層１３と、受光層１４と、ＧａＳｂ層１５と、拡散領域１６とを備えている。
【００２３】
ＧａＳｂ基板１２は、たとえばｐ型ＧａＳｂである。ＧａＳｂ基板１２は主面を有し、主面の面方位はたとえば（１００）である。
【００２４】
バッファ層１３は、ＧａＳｂ基板１２の主面上に形成され、たとえば１μｍの厚みを有し、１×１０18ｃｍ-3の濃度のＢｅ（ベリリウム）を含むｐ型ＧａＳｂ層である。
【００２５】
受光層１４は、バッファ層１３上に形成されている。図２は、本実施の形態における受光層１４の一部を概略的に示す拡大断面図である。受光層１４は、図２に示すように、ＩｎＡｓ層１４ａとＧａＳｂ層１４ｂとを有する積層単位を複数含む多重量子井戸構造であることが好ましい。言い換えると、受光層１４は、ＩｎＡｓ層１４ａとＧａＳｂ層１４ｂとがこの順で複数層交互に積層された多重量子井戸構造であることが好ましい。本実施の形態の受光層１４は、たとえば、３．６ｎｍの厚みを有するＩｎＡｓ層１４ａと、２．１ｎｍの厚みを有するＧａＳｂ層１４ｂとを有する積層単位が２００（周期数が２００）である。なお、積層単位は、ＩｎＡｓ層１４ａとＧａＳｂ層１４ｂとの界面１４ｃ、１４ｄの少なくとも一方がＩｎＳｂ−ｌｉｋｅであるものを含む。また、受光層１４は単一の層よりなっていてもよい。
【００２６】
ＧａＳｂ層１５は、受光層１４上に形成され、たとえば０．３μｍの厚みを有するアンドープＧａＳｂ層である。
【００２７】
拡散領域１６は、ＧａＳｂ層１５の表面１５ａの一部にＴｅが拡散されている。本実施の形態では、半導体ウエハ１０において、表面１６ａ上に形成されるｎ型電極とＧａＳｂ基板１２下に形成されるｐ型電極とに挟まれる領域に、Ｔｅが拡散された拡散領域１６を有している。ＧａＳｂ層１５に形成された拡散領域１６は、たとえば１×１０15ｃｍ-3〜１×１０22ｃｍ-3の濃度のＴｅを含むｎ型ＧａＳｂ層である。
【００２８】
続いて、図１〜図４を参照して、本実施の形態における半導体ウエハ１０の製造方法について説明する。なお、図３および図４は、本実施の形態における半導体ウエハ１０の一製造工程を概略的に示す断面図であり、図３はエピタキシャルウエハを形成した状態を概略的に示し、図４は、Ｔｅを拡散させる状態を概略的に示す模式図である。
【００２９】
まず、図３に示すように、ＧａＳｂ基板１２を準備する。次に、ＧａＳｂ１２上に、バッファ層１３を形成する。この工程では、バッファ層１３として、たとえば１μｍの厚みを有し、１×１０18ｃｍ-3の濃度のＢｅを含むｐ型ＧａＳｂ層を形成する。
【００３０】
次に、図３に示すように、バッファ層１３上に、受光層１４を形成する。この工程では、図２に示すように、ＩｎＡｓ層１４ａとＧａＳｂ層１４ｂとを有する積層単位を複数含む多重量子井戸構造の受光層１４を形成することが好ましい。本実施の形態では、たとえば、３．６ｎｍの厚みを有するＩｎＡｓ層１４ａと、２．１ｎｍの厚みを有するＧａＳｂ層１４ｂとを有する積層単位が２００（周期数が２００）である受光層１４を形成する。なお、積層単位は、図２におけるＩｎＡｓ層１４ａとＧａＳｂ層１４ｂとの界面１４ｃ、１４ｄの少なくとも一方がＩｎＳｂ−ｌｉｋｅであるものを含む。また、単一の層よりなる受光層１４を形成してもよい。
【００３１】
次に、図３に示すように、受光層１４上に、ＧａＳｂ層１５を形成する。この工程では、たとえば０．３μｍの厚みを有するアンドープＧａＳｂ層を形成する。この工程により、図３に示すＧａＳｂ基板１２、バッファ層１３、受光層１４およびＧａＳｂ層１５を備えたエピタキシャルウエハ１７を形成することができる。
【００３２】
バッファ層１３、受光層１４およびＧａＳｂ層１５の成長方法は、特に限定されないが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法で形成することが好ましい。なお、これらのエピタキシャル層の形成方法は特に限定されず、たとえば、ＯＭＶＰＥ（OrganoMetallic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法、昇華法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相成長法などにより成長してもよい。
【００３３】
次に、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いて、エピタキシャルウエハ１７の表面１７ａ側からＴｅを拡散する。この工程では、たとえば以下のように行なう。
【００３４】
まず、一方の端部が閉じた閉口端と、他方の端部が開いた開口端とを有する図４に示す石英管１０１を準備する。図３に示すエピタキシャルウエハ１７を、表面１７ａが露出するように（ＧａＳｂ基板１２が下側に位置するように）、図４に示す石英製のボート状の治具１０２に載置する。Ｔｅの原料として、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を石英製の容器１０３に収容する。Ｔｅの拡散原料としては、たとえば約１０ｍｇの重さを有するＳｂ2Ｔｅ3（三テルル化二アンチモンまたはテルル化アンチモン（ＩＩＩ））を用いる。なお、Ｔｅの拡散原料は、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物であれば特に限定されず、たとえばＳｂ2Ｔｅ5（テルル化アンチモン（Ｖ））などを用いてもよく、他の元素を含む化合物であってもよい。意図しない不純物の混入を低減する観点からは、Ｔｅの拡散原料としては、Ｓｂ元素とＴｅ元素とからなる化合物を用いることが好ましい。
【００３５】
エピタキシャルウエハ１７を載置した治具１０２と、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を収容した容器１０３とを石英管１０１の内部に配置する。その後、石英管を真空ポンプに接続して、石英管１０１の内圧がたとえば１×１０-6Ｔｏｒｒ以上５×１０-6Ｔｏｒｒ以下になるまで真空引きを行なって、石英管１０１の開口端を溶接により閉じる。
【００３６】
この石英管１０１を炉に投入し、石英管１０１を加熱部１０４で加熱することで、Ｔｅの拡散を行なう。加熱条件としては、たとえば３００℃以上６００℃以下で３０分間以上１４４０分間以下で保持する。加熱終了後に、石英管１０１を割ってＴｅを拡散したエピタキシャルウエハ１７を取り出す。
【００３７】
上記工程により、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いて、エピタキシャルウエハ１７の表面１７ａ側からＴｅを拡散することができる。このようにＴｅをエピタキシャルウエハ１７に拡散すると、たとえば１×１０15ｃｍ-3〜１×１０22ｃｍ-3のＴｅ濃度を有する拡散領域１６をＧａＳｂ層１５に形成することができる。なお、ＧａＳｂ層１５全体にＴｅを拡散してもよいが、選択的に（または局所的に）Ｔｅを拡散することが好ましい。選択的にＴｅを拡散する場合には、たとえば、拡散する領域が開口したＳｉＮ（窒化シリコン）などのマスクを表面１７ａに形成する。
【００３８】
上記の工程により、図１に示す半導体ウエハ１０を製造することができる。このように製造された半導体ウエハ１０の拡散領域１６の表面１６ａは、Ｔｅの蓄積が低減され、表面１６ａの荒れが低減されている。それに加えて、ＧａＳｂ層１５の深さ方向に広くＴｅが拡散される。
【００３９】
ここで、本実施の形態では、最上層にＧａＳｂ層１５が形成された半導体ウエハおよびその製造方法について説明したが、本発明の半導体ウエハ１０およびその製造方法は、ＧａＳｂ層１５上に、さらに別の層が形成されていてもよい。別の層は特に限定されず、ＧａＳｂ層、ＩｎＡｓ層などであってもよい。また、別の層は２層以上であってもよい。
【００４０】
別の層を形成する場合には、エピタキシャルウエハにおいてＧａＳｂ基板１２と反対側の表面側からＴｅを拡散する。このため、ＧａＳｂ基板１２と反対側に位置する別の層にＴｅが拡散された拡散領域１６が形成される。拡散領域１６は、別の層全体に形成されてもよく、別の層の一部に形成されてもよく、別の層と、別の層の下に位置するＧａＳｂ層１５とに形成されてもよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態における半導体ウエハ１０の製造方法は、ＧａＳｂ基板１２上にＧａＳｂを含む層を成長することにより、エピタキシャルウエハ１７を形成する工程と、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いて、エピタキシャルウエハ１７の表面１７ａ側からＴｅを拡散する工程とを備えている。
【００４２】
本実施の形態における半導体ウエハ１０の製造方法によれば、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いることにより、エピタキシャルウエハ１７の表面に存在するＳｂとＴｅとの反応を抑制することができる。このため、ＳｂとＴｅとの反応に起因してＴｅがエピタキシャルウエハの表面に析出することを抑制できる。したがって、Ｔｅを拡散した拡散領域１６の表面１６ａにＴｅが析出することを抑制できるので、表面１６ａの荒れを抑制することができる。
【００４３】
また本実施の形態では、エピタキシャルウエハ１７の表面１７ａから内部に向けて深く高濃度でＴｅを拡散することができる。このため、半導体装置の作製に適した半導体ウエハ１０を製造することができる。
【００４４】
また、拡散領域１６の表面１６ａの荒れを起こすことなく高濃度のＴｅを拡散することができるので、表面１６ａ上にｎ型電極を形成でき、かつｎ型電極の抵抗を低く抑えることができる。ｎ型電極の抵抗を低減することにより、消費電力の低減が可能となり、またｎ型電極での発熱を抑制できる。このため、本実施の形態で製造される半導体ウエハ１０を用いて製造する半導体装置の寿命を長くすることができる。
【００４５】
本実施の形態における半導体ウエハ１０の製造方法において好ましくは、エピタキシャルウエハ１７を形成する工程では、ＩｎＡｓ層１４ａとＧａＳｂ層１４ｂとを有する積層単位を複数含む多重量子井戸構造を有するＧａＳｂを含む層としての受光層１４を成長する。
【００４６】
ＩｎＡｓ層１４ａとＧａＳｂ層１４ｂとを有する積層単位を複数含む多重量子井戸構造をたとえば受光層に用いると、受光層中で光の吸収で発生した電子・正孔対は図５のように電子はＩｎＡｓ中の導電帯に、正孔はＧａＳｂ中の価電子帯に分布することになるので、ＧａＳｂもしくはＩｎＡｓの単層を受光層に用いた場合より、長波長の光を検知することができる。なお、図５は、本実施の形態における多重量子井戸構造を受光層に用いた場合の効果を説明するための図である。
【００４７】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における半導体ウエハ１１を概略的に示す断面図である。本実施の形態における半導体ウエハ１１は、基本的には図１に示す実施の形態１の半導体ウエハ１０と同様の構成を備えているが、本実施の形態の半導体ウエハ１１は発光装置用である点において異なる。このため、本実施の形態の半導体ウエハ１１は、受光層１４の代わりに、発光層１８が形成されている。また、発光層１８が多重量子井戸構造を有している場合のＩｎＡｓ層１４ａとＧａＳｂ層１４ｂとを有する積層単位は、たとえば１０である。
【００４８】
また、本実施の形態における半導体ウエハ１１の製造方法は、基本的には実施の形態１における半導体ウエハ１０の製造方法と同様であるが、受光層１４を形成する工程の代わりに発光層１８を形成する工程を備えている点において異なる。
【００４９】
このように、本発明の半導体ウエハは、実施の形態１におけるフォトダイオード用の半導体ウエハ１０に限定されず、実施の形態２における発光装置用の半導体ウエハ１１であってもよい。
【００５０】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における半導体装置の一例であるフォトダイオード２０を概略的に示す断面図である。図７を参照して、本実施の形態における半導体装置の一例であるフォトダイオード２０について説明する。
【００５１】
図７に示すように、本実施の形態におけるフォトダイオード２０は、実施の形態１の半導体ウエハ１０と、ｎ型電極２１と、ｐ型電極２２と、保護膜２３とを備えている。
【００５２】
半導体ウエハ１０には、バッファ層１３の一部が露出するように、受光層１４およびＧａＳｂ層１５を貫通する開口部が形成されている。
【００５３】
ｎ型電極２１は、半導体ウエハ１０の拡散領域１６の表面１６ａ上に接するように形成されている。ｎ型電極２１は、たとえばＴｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）／Ａｕ（金）である。
【００５４】
ｐ型電極２２は、露出したバッファ層１３上に形成されている。ｐ型電極２２は、たとえばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕである。
【００５５】
保護膜２３は、半導体ウエハ１０のｎ型電極２１およびｐ型電極２２以外の表面であって、開口部を含むＧａＳｂ基板１２と反対側の表面１５ａ、１６ａに形成されている。保護膜２３は、たとえばＡＲコート（反射防止膜）などが用いられる。
【００５６】
本実施の形態におけるフォトダイオード２０は、たとえば波長が３μｍ〜１０μｍの中赤外用のフォトダイオードに好適に用いられる。
【００５７】
続いて、本実施の形態におけるフォトダイオード２０の製造方法について説明する。まず、実施の形態１の半導体ウエハ１０の製造方法にしたがって、半導体ウエハ１０を製造する。
【００５８】
次に、半導体ウエハ１０において、バッファ層１３の一部が露出するように、受光層１４およびＧａＳｂ層１５を貫通する開口部を形成する。開口部の形成方法は特に限定されず、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）などのドライエッチングにより形成することができる。
【００５９】
次に、開口部を形成した半導体ウエハ１０の表面において、ｎ型電極２１およびｐ型電極２２が形成される領域以外の領域に、保護膜２３を形成する。保護膜２３の形成方法は特に限定されないが、たとえば以下のように行なう。具体的には、半導体ウエハ１１の表面にプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着）法により保護膜を形成する。その後、保護膜上に、ｎ型電極２１およびｐ型電極２２を形成する領域が開口したレジストをリソグラフィにより形成する。次いで、フッ酸系溶液を用いて、レジストの開口部下の保護膜を除去する。
【００６０】
次に、ｎ型電極２１となるべき導電膜を蒸着法により形成し、レジストを除去し、リフトオフする。これにより、保護膜２３の開口部内であって、かつ半導体ウエハ１０の拡散領域１６の表面１６ａに接するように、ｎ型電極２１を形成する。また、保護膜２３の開口部内であって、かつ露出したバッファ層１３に接するようにｐ型電極２２を形成する。ｐ型電極２２は、たとえば蒸着法により形成することができる。
【００６１】
上記の工程を実施することにより、図７に示すフォトダイオード２０を製造することができる。なお、上記工程の順序は特に限定されない。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態における半導体装置の一例であるフォトダイオード２０の製造方法は、実施の形態１の半導体ウエハの製造方法により図１に示す半導体ウエハ１０を製造する工程と、半導体ウエハ１０においてＴｅが拡散された拡散領域１６にｎ型電極２１を形成する工程とを備えている。
【００６３】
本実施の形態におけるフォトダイオード２０の製造方法によれば、実施の形態１の半導体ウエハ１０を用いている。このため、半導体ウエハ１０のＴｅが拡散された拡散領域１６の表面１６ａの荒れが低減されるので、表面１６ａに高い特性のｎ型電極２１を形成することが可能である。また、ｎ型電極２１の抵抗を低減することができる。ｎ型電極２１の抵抗を低減することにより、消費電力の低減が可能となり、またｎ型電極２１での発熱を抑制できる。さらに、Ｔｅが表面１６ａに蓄積されないので、Ｔｅを拡散した拡散領域１６を深く形成することもできる。したがって、消費電力、寿命、感度、暗電流などの特性を向上したフォトダイオード２０を製造することができる。
【００６４】
（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４における半導体装置の一例である発光装置２５を概略的に示す断面図である。図８を参照して、本実施の形態における半導体装置の一例である発光装置２５について説明する。なお、本実施の形態では、発光装置２５として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を説明する。
【００６５】
図８に示すように、本実施の形態における発光装置２５は、実施の形態２の半導体ウエハ１１と、ｎ型電極２１と、ｐ型電極２２と、バリア層２６とを備えている。
【００６６】
ｎ型電極２１は、拡散領域１６の表面１６ａ上に接するように形成されている。ｐ型電極２２は、ＧａＳｂ基板１２下に形成されている。ｎ型電極２１およびｐ型電極２２の材料は、実施の形態３と同様である。
【００６７】
バリア層２６は、半導体ウエハ１１の表面（本実施の形態ではＧａＳｂ層１５の表面１５ａおよび拡散領域１６の表面１６ａ）においてｎ型電極２１が形成された領域以外の領域上に形成されている。バリア層２６は、拡散バリアのために設けられており、たとえばＳｉＯ2（酸化シリコン）で構成される。
【００６８】
続いて、図６および図８を参照して、本実施の形態における発光装置２５の製造方法について説明する。
【００６９】
まず、実施の形態２にしたがって、図６に示す半導体ウエハ１１を製造する。次に、半導体ウエハ１１のＧａＳｂ層１５および拡散領域１６側の表面において、ｎ型電極２１が形成される領域以外の領域に、バリア層２６を形成する。バリア層２６の形成方法は特に限定されないが、たとえば以下のように行なう。具体的には、半導体ウエハ１１の表面にプラズマＣＶＤ法によりバリア層を形成する。その後、バリア層上に、ｎ型電極２１を形成する領域が開口したレジストをリソグラフィにより形成する。次いで、フッ酸系溶液を用いて、レジストの開口部下のバリア層を除去する。これにより、拡散窓を有するバリア層２６を形成できる。
【００７０】
次に、ｎ型電極２１となるべき導電膜を蒸着法により形成し、レジストを除去し、リフトオフする。これにより、バリア層２６の拡散窓内であって、かつ半導体ウエハ１１の拡散領域１６の表面１６ａに接するように、ｎ型電極２１を形成する。また、ＧａＳｂ基板１２においてバッファ層１３が形成された面と反対側の面にｐ型電極２２を形成する。ｐ型電極２２は、たとえば蒸着法により形成することができる。
【００７１】
このように、本発明で製造する半導体装置は、実施の形態３のフォトダイオード２０に限定されず、実施の形態４の発光装置２５であってもよい。本実施の形態における発光装置２５の製造方法によれば、Ｔｅを拡散した拡散領域１６の表面の表面荒れを抑制できるので、発光効率や順方向電圧Ｖｆなどの特性を向上することができる。
【００７２】
（実施の形態５）
図９は、本発明の実施の形態５におけるセンサアレイ３０を概略的に示す上面図であり、図１０は、本発明の実施の形態５におけるセンサアレイ３０を概略的に示し、図９の線分Ｘ−Ｘに沿った断面図である。図９および図１０を参照して、本実施の形態のセンサアレイ３０を説明する。
【００７３】
本実施の形態のセンサアレイ３０は、実施の形態３のフォトダイオード２０を複数含むセンサチップと、読み出し回路（ＲＯＩＣ）３２と、複数のバンプ３３とを備えている。バンプ３３のそれぞれは、センサチップのフォトダイオード２０のｎ型電極２１のそれぞれと、読み出し回路３２の電極３４のそれぞれとを電気的に接続している。
【００７４】
続いて、本実施の形態におけるセンサアレイ３０の製造方法について説明する。まず、実施の形態３にしたがって、フォトダイオード２０を複数形成することにより、複数のフォトダイオード２０を含むセンサチップを準備する。このセンサチップは、ＧａＳｂ基板１２上にバッファ層１３、受光層およびＧａＳｂ層を順に形成し、所定の領域（拡散領域１６となるべき領域）にＴｅを拡散することにより形成することができる。また読み出し回路３２を準備する。次に、複数のバンプ３３を用いて、複数のフォトダイオード２０のｎ型電極２１のそれぞれと、読み出し回路３２の電極３４のそれぞれとを電気的に接続する。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態におけるセンサアレイ３０の製造方法によれば、実施の形態４のフォトダイオード２０を複数形成する。フォトダイオード２０のそれぞれは、Ｔｅが拡散された拡散領域１６の表面１６ａの荒れが抑制されて、ｎ型電極２１が形成されているので、消費電力、寿命、感度、暗電流などの特性を向上したセンサアレイ３０を実現することができる。
【００７６】
また、Ｔｅが拡散された拡散領域１６により素子分離が行なわれている。このため、本実施の形態では、Ｔｅをドーピングしながらエピタキシャル成長する場合に必要なメサを形成する工程を省略できる。このため、メサにおいてリーク電流が発生し、暗電流増加することに起因して感度が低下することを抑制できるセンサアレイ３０を製造することができる。この点からも、本実施の形態のセンサアレイ３０は感度、暗電流などの特性を向上することができる。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７８】
（実施例１）
実施例１は、基本的には実施の形態１の半導体ウエハの製造方法にしたがって図１に示す半導体ウエハ１０を製造した。
【００７９】
具体的には、まず、ＭＢＥ装置にて、アンドープＧａＳｂ基板１２の（１００）面上に、Ｓｂ供給部およびＢｅ供給部からＳｂおよびＢｅの原料を供給しながら、バッファ層１３を形成した。バッファ層１３は、１×１０18ｃｍ-3のドーピング濃度を有し、１μｍの厚みを有するＧａＳｂであった。
【００８０】
引き続きＭＢＥ装置にて、バッファ層１３上に、受光層１４を形成した。受光層１４は、３．６ｎｍの厚みを有するＩｎＡｓ層１４ａと、２．１ｎｍの厚みを有するＧａＳｂ層１４ｂとを有する積層単位を２００備えている多重量子井戸構造とした。
【００８１】
引き続きＭＢＥ装置にて、受光層１４上に、ＧａＳｂ層１５として、０．３μｍの厚みを有するアンドープＧａＳｂ層を形成した。これにより、図３に示すエピタキシャルウエハ１７を形成した。このエピタキシャルウエハ１７をＭＢＥ装置から取り出した。その後、エピタキシャルウエハ１７の表面１７ａの上に、中央部が開口したＳｉＮマスクを形成した。
【００８２】
次に、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いて、エピタキシャルウエハ１７の表面１７ａ側からＴｅを拡散した。具体的には、以下のように行なった。
【００８３】
図４に示すように、閉口端と開口端とを有する石英管１０１を準備した。表面１７ａが露出するようにエピタキシャルウエハ１７を載置した石英製のボート状の治具１０２と、Ｓｂ元素およびＴｅ元素を有する化合物１０５を収容した容器１０３とを、石英管１０１の内部に配置した。Ｔｅの拡散原料として、約１０ｍｇのＳｂ2Ｔｅ3を用いた。その後、石英管１０１を真空ポンプに接続して、石英管１０１の内圧が２×１０-6Ｔｏｒｒ程度になるまで真空引きを行なって、石英管１０１の開口端を溶接により閉じた。この石英管１０１を炉に投入し、石英管１０１を加熱部１０４により４８０℃に加熱して、２４０分間保持した。加熱終了後に、石英管１０１を割ってＴｅを拡散したエピタキシャルウエハ１７を取り出した。
【００８４】
以上の工程により、図１に示す実施例１の半導体ウエハ１０を製造した。このようにＴｅが拡散された実施例１の半導体ウエハ１０の表面および断面を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy：ＳＥＭ）で観察した。その結果を図１１および図１２にそれぞれ示す。図１１は、Ｔｅが拡散された実施例１の半導体ウエハの拡散領域１６の表面１６ａをＳＥＭにより観察した図である。図１１は、Ｔｅが拡散された実施例１の半導体ウエハ１０の断面をＳＥＭにより観察した図である。図１０および図１１に示すように、実施例１のＴｅが拡散された拡散領域１６の表面１６ａには、Ｔｅの蓄積や荒れは見られなかった。
【００８５】
またＴｅを導入した実施例１の半導体ウエハ１０についてＳＩＭＳを用いてＴｅの濃度を分析した。その結果を図１３に示す。図１３は、Ｔｅが拡散された実施例１の半導体ウエハ１０のＴｅの濃度をＳＩＭＳにより測定した図である。図１３において、縦軸はＴｅの濃度を示し（単位：ｃｍ-3）、横軸は拡散領域１６の表面１６ａからＧａＳｂ基板１２に向けた深さを示し（単位：ｎｍ）、深さが０とは拡散領域１６の表面１６ａを意味する。図１３に示すように、Ｔｅが拡散された実施例１の半導体ウエハ１０は、拡散領域１６の表面１６ａから深さ０．３μｍまで、Ｔｅが１×１０16ｃｍ-3のレベルで拡散していることがわかった。
【００８６】
（比較例１）
比較例１の半導体ウエハは、基本的には実施例１の半導体ウエハと同様に製造したが、Ｔｅの拡散原料として、約１０ｍｇの単体Ｔｅを用いた点において異なっていた。
【００８７】
実施例１と同様に、比較例１の半導体ウエハの表面および断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。その結果を図１４および図１５にそれぞれ示す。図１４は、Ｔｅが拡散された比較例１の半導体ウエハの表面をＳＥＭにより観察した図である。図１５は、Ｔｅが拡散された比較例１の半導体ウエハの断面をＳＥＭにより観察した図である。図１４および図１５に示すように、比較例１の半導体ウエハでは、Ｔｅを拡散させた拡散領域の表面にはＴｅが蓄積し、表面が荒れていることがわかった。
【００８８】
（比較例２）
比較例２の半導体ウエハは、基本的には実施例１の半導体ウエハと同様に製造したが、Ｔｅの拡散原料として、約１０ｍｇの単体Ｔｅと、約１０００ｍｇの単体Ｓｂとを用いた点において異なっていた。
【００８９】
実施例１と同様に、比較例２の半導体ウエハの表面および断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。その結果を図１６および図１７にそれぞれ示す。図１６は、Ｔｅが拡散された比較例２の半導体ウエハの表面をＳＥＭにより観察した図である。図１７は、Ｔｅが拡散された比較例２の半導体ウエハの断面をＳＥＭにより観察した図である。図１６および図１７に示すように、比較例２の半導体ウエハでは、Ｔｅを拡散させた拡散領域の表面にはＴｅが蓄積し、表面が荒れていることがわかった。
【００９０】
以上より、Ｔｅの拡散原料として、単体Ｔｅを用いた比較例１、単体Ｔｅおよび単体Ｓｂを用いた比較例２では、Ｔｅが拡散領域の表面に析出して、拡散領域の表面が荒れていた。比較例２のように、Ｔｅの拡散原料として、ＴｅとＳｂとを化合物ではなく単体として用いた場合であっても、Ｓｂの蒸気圧が低いため、Ｓｂを原料として用いた効果は見られなかった。このため、表面に存在するＳｂとＴｅとが反応として、表面荒れが生じたと考えられる。
【００９１】
一方、Ｔｅの拡散原料としてＴｅとＳｂとの化合物を用いた実施例１では、Ｔｅが拡散領域１６の表面１６ａに析出されておらず、表面１６ａの荒れが抑制されていた。実施例１のように拡散原料に化合物であるＳｂ2Ｔｅ3を使用してＴｅの蓄積や表面荒れを起こすことなくＴｅを拡散できる原因として、ＴｅがＳｂと反応した状態でＧａＳｂ層の表面に到達するので、ＧａＳｂに存在するＳｂとＴｅとの反応が抑制されることが考えられる。
【００９２】
よって、本実施例によれば、Ｓｂ元素とＴｅ元素とを有する化合物を用いてエピタキシャルウエハの表面側からＴｅを拡散することにより、表面にＴｅが蓄積することを抑制でき、Ｔｅを拡散した表面の荒れを抑制できることが確認できた。また、Ｔｅを深く拡散させることができたので、本発明により製造された半導体ウエハを用いてフォトダイオードを製造した場合には、感度、暗電流などの特性を向上できることもわかった。
【００９３】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９４】
１０，１１  半導体ウエハ、１２  ＧａＳｂ基板、１３  バッファ層、１４  受光層、１４ａ  ＩｎＡｓ層、１４ｂ  ＧａＳｂ層、１４ｃ，１４ｄ  界面、１５  ＧａＳｂ層、１５ａ，１６ａ，１７ａ  表面、１６  拡散領域、１７  エピタキシャルウエハ、１８  発光層、２０  フォトダイオード、２１  ｎ型電極、２２  ｐ型電極、２３  保護膜、２５  発光装置、２６  バリア層、３０  センサアレイ、３２  回路、３３  バンプ、３４  電極、１０１  石英管、１０２  治具、１０３  容器、１０４  加熱部、１０５  Ｓｂ元素およびＴｅ元素を有する化合物。
【図１】
2012119567.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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