JP2000357814A - Method for pretreating semiconductor substrate, and manufacture of infrared detector - Google Patents
Method for pretreating semiconductor substrate, and manufacture of infrared detectorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、主にｐ型ＨｇＣｄ
Ｔｅ半導体層を有する半導体基板のデバイス形成前の前
処理方法及びｐ型ＨｇＣｄＴｅ半導体層を有する赤外線
検出器（IRFPA:InfraRed Focal Plane Array）の製造に
関する。TECHNICAL FIELD The present invention mainly relates to p-type HgCd
The present invention relates to a pretreatment method for a semiconductor substrate having a Te semiconductor layer before device formation and the manufacture of an infrared detector (IRFPA: InfraRed Focal Plane Array) having a p-type HgCdTe semiconductor layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図６は、光起電力型ｐｎ接合フォトダイ
オードアレイタイプの赤外線検出器の構造を示す断面図
である。ＣｄＺｎＴｅ基板３０上にはｐ型ＨｇＣｄＴｅ
層３１が形成されており、ＨｇＣｄＴｅ層３１の表層部
には例えばＢ（ボロン）が導入された複数のｎ型不純物
領域３３が一次元アレイ状あるいは二次元アレイ状に配
列して形成されている。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a photovoltaic pn junction photodiode array type infrared detector. P-type HgCdTe on the CdZnTe substrate 30
A layer 31 is formed, and a plurality of n-type impurity regions 33 into which, for example, B (boron) is introduced are formed in a one-dimensional array or a two-dimensional array in a surface portion of the HgCdTe layer 31. .
【０００３】また、ＨｇＣｄＴｅ層３１の上には絶縁性
の表面保護膜３２が形成されている。この保護膜３２に
は、ｎ型不純物領域３３に通じるコンタクト孔３２ａと
ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層３１に通じるコンタクト孔３２ｂと
が形成されている。電極３４はコンタクト孔３２ａを介
してｎ型不純物領域３３に電気的に接続されており、電
極３５はコンタクト孔３２ｂを介してｐ型ＨｇＣｄＴｅ
層３１に電気的に接続されている。これらの電極３４，
３５は、例えばインジウム（Ｉｎ）等の金属からなる。On the HgCdTe layer 31, an insulating surface protection film 32 is formed. In the protective film 32, a contact hole 32a communicating with the n-type impurity region 33 and a contact hole 32b communicating with the p-type HgCdTe layer 31 are formed. The electrode 34 is electrically connected to the n-type impurity region 33 through the contact hole 32a, and the electrode 35 is p-type HgCdTe through the contact hole 32b.
It is electrically connected to the layer 31. These electrodes 34,
35 is made of a metal such as indium (In).
【０００４】この光起電力型ｐｎ接合フォトダイオード
アレイをＳｉ信号処理回路（図示せず）とＩｎ等の金属
のバンプで貼り合わせることにより赤外線検出器が構成
される。ところで、シリコン半導体では一般的に半導体
層中に不純物を均一にドーピングした後、活性化処理を
施してキャリア濃度を調整しているが、ＨｇＣｄＴｅ半
導体では、そのようにしてキャリア濃度を調整すること
は困難である。通常、光起電力型ｐｎ接合フォトダイオ
ードに使用されるｐ型ＨｇＣｄＴｅ半導体層は、気相Ｈ
ｇ雰囲気中において２００〜４００℃の温度で一定時間
熱処理し、ＨｇＣｄＴｅ層中にＨｇ空孔を所定量形成し
ている。これらのＨｇ空孔がアクセプタとして作用す
る。An infrared detector is formed by bonding this photovoltaic pn junction photodiode array to a Si signal processing circuit (not shown) with a metal bump such as In. By the way, in a silicon semiconductor, generally, after doping impurities uniformly in a semiconductor layer, an activation process is performed to adjust the carrier concentration. In the case of a HgCdTe semiconductor, it is not possible to adjust the carrier concentration in such a manner. Have difficulty. Normally, a p-type HgCdTe semiconductor layer used for a photovoltaic pn junction photodiode has a vapor phase HgCdTe semiconductor layer.
A predetermined amount of Hg vacancies are formed in the HgCdTe layer by performing a heat treatment at a temperature of 200 to 400 ° C. for a predetermined time in an atmosphere of g. These Hg vacancies act as acceptors.
【０００５】ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層の形成方法としては、
液相エピタキシー法（ＬＰＥ：Liquid Phase Epitax
y）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metalorgamic
Chemical Vapor Deposition）及び分子線エピタキシー
法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）等が知られてい
る。例えば、特開平１０−１６３５１７号及び特開平１
０−１９００２０号には液相エピタキシー法によるｐ型
ＨｇＣｄＴｅ層の製造方法が記載されており、特開平６
−１２５１１９号には有機金属気相成長法によるｐ型Ｈ
ｇＣｄＴｅ層の製造方法が記載されている。[0005] As a method of forming the p-type HgCdTe layer,
Liquid phase epitaxy (LPE: Liquid Phase Epitax
y), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)
Chemical vapor deposition and molecular beam epitaxy (MBE: Molecular Beam Epitaxy) are known. For example, JP-A-10-163517 and JP-A-1
No. 0-190020 describes a method for producing a p-type HgCdTe layer by a liquid phase epitaxy method.
No. 125125 discloses p-type H by metalorganic vapor phase epitaxy.
A method for producing a gCdTe layer is described.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
赤外線検出器では、検出効率が十分でないという欠点が
ある。これは、以下の理由によると考えられる。液相エ
ピタキシー法、有機金属気相成長法又は分子線エピタキ
シー法等により形成されたＨｇＣｄＴｅ層中には、Ａｇ
（銀）、Ｌｉ（リチウム）及びＮａ（ナトリウム）等の
不純物元素が混入している。ｐ型ＨｇＣｄＴｅ半導体層
では、アクセプタとして作用するＨｇ空孔が不純物元素
を取り込みやすいという性質があり、上記の不純物元素
は容易にＨｇ空孔を埋めてしまう。多くのＨｇ空孔が上
記の不純物元素により埋められたＨｇＣｄＴｅ半導体層
を用いて光起電力型ｐｎ接合フォトダイオードを作製す
ると、エネルギーギャップ内に形成された不純物に起因
する深い準位が光励起されたキャリアの再結合中心とな
るため、量子効率の低下を引き起こす。これがｐｎ接合
フォトダイオードの性能劣化の原因となる。However, the conventional infrared detector has a disadvantage that the detection efficiency is not sufficient. This is considered for the following reason. Ag in a HgCdTe layer formed by a liquid phase epitaxy method, a metalorganic vapor phase epitaxy method, a molecular beam epitaxy method, or the like.
Impurity elements such as (silver), Li (lithium) and Na (sodium) are mixed. In the p-type HgCdTe semiconductor layer, Hg vacancies acting as acceptors have a property of easily taking in impurity elements, and the above-described impurity elements easily fill Hg vacancies. When a photovoltaic pn junction photodiode was manufactured using an HgCdTe semiconductor layer in which many Hg vacancies were filled with the above-described impurity elements, a deep level caused by impurities formed in the energy gap was photoexcited. As a recombination center of carriers, the quantum efficiency is reduced. This causes performance degradation of the pn junction photodiode.
【０００７】なお、ＬｉやＮａはＨｇＣｄＴｅ層形成時
の原料中に不純物として含まれる元素である。また、Ｎ
ａは人間の汗などにも含まれている。これらの比較的質
量が軽い元素は、イオン化してＨｇＣｄＴｅ層中を移動
する性質がある。Ｌｉ及びＮａは、ＨｇＣｄＴｅ層の深
さ方向に比較的均一に分布している。また、ＨｇＣｄＴ
ｅ層をエピタキシャル成長させた後、ＨｇＣｄＴｅ層の
表面を研磨するが、研磨剤中に不純物として含まれるＡ
ｇがＨｇＣｄＴｅ層の表面に付着し、それが深さ方向に
拡散してＨｇＣｄＴｅ層中にＡｇが混入すると考えられ
る。ＡｇはＨｇＣｄＴｅ層の表面から１０μｍ程度の深
さまでの領域に偏在している。[0007] Li and Na are elements contained as impurities in the raw material when the HgCdTe layer is formed. Also, N
a is also included in human sweat and the like. These relatively light elements have the property of ionizing and moving through the HgCdTe layer. Li and Na are relatively uniformly distributed in the depth direction of the HgCdTe layer. In addition, HgCdT
After the e-layer is epitaxially grown, the surface of the HgCdTe layer is polished.
It is considered that g adheres to the surface of the HgCdTe layer and diffuses in the depth direction to mix Ag in the HgCdTe layer. Ag is unevenly distributed in a region from the surface of the HgCdTe layer to a depth of about 10 μm.
【０００８】以上から本発明の目的は、半導体層に混入
して特性劣化の原因となる不純物を除去できる半導体基
板の前処理方法を提供することを目的とする。また、本
発明の他の目的は、Ｈｇを含有する化合物半導体層中の
不純物を低減し、検出効率が高い赤外線検出器の製造方
法を提供することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for pretreating a semiconductor substrate, which can remove impurities which are mixed in a semiconductor layer and cause deterioration of characteristics. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing an infrared detector having high detection efficiency by reducing impurities in a compound semiconductor layer containing Hg.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記した課題は、デバイ
ス形成前の半導体層に対しプラズマエッチング処理を施
し、前記半導体層中に存在する不純物を前記半導体層の
表面近傍に集め、前記半導体層の表層部とともにエッチ
ング除去することを特徴とする半導体基板の前処理方法
により解決する。The object of the present invention is to perform a plasma etching process on a semiconductor layer before forming a device, collect impurities present in the semiconductor layer near the surface of the semiconductor layer, and remove the impurities from the semiconductor layer. The problem is solved by a pretreatment method for a semiconductor substrate, which is characterized by performing etching removal together with a surface layer portion.
【００１０】上記した課題は、基板上にＨｇを含有する
第１導電型化合物半導体層をエピタキシャル成長させる
工程と、前記化合物半導体層をプラズマエッチング処理
して前記化合物半導体層の表層部を除去する工程と、前
記化合物半導体層に第２導電型不純物を選択的に導入し
て不純物領域を形成する工程とを有することを特徴とす
る赤外線検出器の製造方法により解決する。[0010] The above-mentioned problems include a step of epitaxially growing a first conductivity type compound semiconductor layer containing Hg on a substrate, a step of removing the surface layer of the compound semiconductor layer by plasma etching the compound semiconductor layer. Forming an impurity region by selectively introducing an impurity of the second conductivity type into the compound semiconductor layer.
【００１１】以下、本発明の作用について説明する。本
発明においては、半導体層の表面をプラズマエッチング
処理することにより、Ａｇ等のII族の不純物元素、並び
にＬｉ及びＮａ等のＩ族の不純物元素などを半導体層か
ら除去し、これらの不純物元素の濃度を減少させる。例
えば、液相エピタキシー法により形成されたｐ型ＨｇＣ
ｄＴｅ半導体層では、Ａｇ等の比較的重い不純物原子は
ＨｇＣｄＴｅ基板表面から１０μｍ程度の深さまでの領
域に偏在しており、Ｌｉ及びＮａ等の比較的軽い不純物
原子はＨｇＣｄＴｅ層の全域に均一に分布している。こ
のＨｇＣｄＴｅ半導体層に対しプラズマエッチング処理
を実施すると、プラズマエッチング時のいわゆるゲッタ
リング効果により、ＨｇＣｄＴｅ層中のＬｉ及びＮａ等
の不純物元素がＨｇＣｄＴｅ層の表面近傍（最表面から
１〜２μｍ程度の領域）に集まってくる。また、ＨｇＣ
ｄＴｅ層の表面から１０μｍ程度の領域に偏在するＡｇ
も、プラズマエッチングのゲッタリング効果により表面
から１〜２μｍ程度の領域に集まってくる。そして、こ
れらの不純物原子は、ＨｇＣｄＴｅ層の表層部のエッチ
ングにともなってＨｇＣｄＴｅ層から除去される。これ
により、赤外線検出器の特性劣化の原因となるＡｇ、Ｌ
ｉ及びＮａ等の不純物元素のＨｇＣｄＴｅ層中の濃度が
著しく低減される。The operation of the present invention will be described below. In the present invention, a group II impurity element such as Ag and a group I impurity element such as Li and Na are removed from the semiconductor layer by plasma etching the surface of the semiconductor layer. Decrease concentration. For example, p-type HgC formed by a liquid phase epitaxy method
In the dTe semiconductor layer, relatively heavy impurity atoms such as Ag are unevenly distributed in a region from the HgCdTe substrate surface to a depth of about 10 μm, and relatively light impurity atoms such as Li and Na are uniformly distributed throughout the HgCdTe layer. are doing. When a plasma etching process is performed on the HgCdTe semiconductor layer, an impurity element such as Li and Na in the HgCdTe layer is in the vicinity of the surface of the HgCdTe layer (a region of about 1 to 2 μm from the outermost surface) due to a so-called gettering effect during the plasma etching. ) Come together. In addition, HgC
Ag unevenly distributed in a region of about 10 μm from the surface of the dTe layer
Also gather in a region of about 1 to 2 μm from the surface due to the gettering effect of plasma etching. These impurity atoms are removed from the HgCdTe layer with the etching of the surface layer of the HgCdTe layer. As a result, Ag, L causing deterioration of characteristics of the infrared detector
The concentration of impurity elements such as i and Na in the HgCdTe layer is significantly reduced.
【００１２】プラズマエッチング処理としては、例えば
水素及びアルゴンの混合ガスを用いたＥＣＲ（電子サイ
クロトロン共鳴）プラズマエッチングがある。水素及び
アルゴンの混合ガスに窒素を添加することにより、プラ
ズマエッチングによるＨｇＣｄＴｅ層のｎ型反転ダメー
ジを低減することができる。As a plasma etching process, for example, there is ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma etching using a mixed gas of hydrogen and argon. By adding nitrogen to a mixed gas of hydrogen and argon, n-type inversion damage of the HgCdTe layer due to plasma etching can be reduced.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。図１（ａ）〜図１
（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る半導体基板の前処
理方法を工程順に示す模式図である。図１（ａ）は、Ｃ
ｄＺｎＴｅ基板１０上に、例えば液相エピタキシー法に
よりｐ型ＨｇＣｄＴｅ層１１を形成し、表面研磨した後
の状態を示す。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 (a) to 1
(C) is a schematic diagram showing the pretreatment method of the semiconductor substrate according to the embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 1A shows C
The state after the p-type HgCdTe layer 11 is formed on the dZnTe substrate 10 by, for example, a liquid phase epitaxy method and the surface is polished is shown.
【００１４】このようにして形成したｐ型ＨｇＣｄＴｅ
層１１の表面近傍にはＡｇが偏在している。Ａｇは主に
ＨｇＣｄＴｅ層１１を形成後に実施する研磨工程におい
て、研磨剤に不純物として含まれているＡｇがＨｇＣｄ
Ｔｅ層１１の表面に付着し、その後ＨｇＣｄＴｅ層１１
の内部に拡散したものと考えられる。以下、ＨｇＣｄＴ
ｅ層１１のうち、Ａｇが偏在されている領域を不純物偏
在層１１ａという。不純物偏在層１１ａは、表面から約
１０μｍの深さまで達する。The p-type HgCdTe thus formed
Ag is unevenly distributed near the surface of the layer 11. Ag is mainly contained in the polishing agent after the formation of the HgCdTe layer 11 in the polishing step.
The HgCdTe layer 11 adheres to the surface of the Te layer 11
It is thought that it diffused inside. Hereinafter, HgCdT
In the e layer 11, a region where Ag is unevenly distributed is referred to as an impurity unevenly distributed layer 11a. The impurity unevenly distributed layer 11a reaches a depth of about 10 μm from the surface.
【００１５】また、ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層１１中には、Ｌ
ｉ及びＮａ等の元素が存在している。これらのＬｉ及び
Ｎａは、ＨｇＣｄＴｅ層１１を形成する際に原料中に不
純物として存在するこれらの元素がＨｇＣｄＴｅ層１１
の成長に伴ってＨｇＣｄＴｅ層１１中に混入したと考え
られる。図１において、○印はこれらの不純物を示して
いる。In the p-type HgCdTe layer 11, L
Elements such as i and Na are present. These Li and Na are contained in the HgCdTe layer 11 when the HgCdTe layer 11 is formed.
Is considered to have been mixed into the HgCdTe layer 11 with the growth of. In FIG. 1, the circles indicate these impurities.
【００１６】本実施の形態においては、図１（ｂ）に示
すように、ＨｇＣｄＴｅ層１１に対し、プラズマエッチ
ング（「プラズマドライエッチング」ともいう）による
前処理（デバイス形成前の処理）を施す。具体的には、
ＥＣＲプラズマエッチング装置内にＨｇＣｄＴｅ層１１
を有する基板１０を載置し、装置内に水素（Ｈ2 ）、ア
ルゴン（Ａｒ）及び窒素（Ｎ2 ）の混合ガスを供給し、
マイクロ波パワーを印加して、これらの混合ガスをプラ
ズマ化する。そして、基板１０を固定するホルダに高周
波パワーを印加して、ＨｇＣｄＴｅ層１１を２μｍ程度
の深さまでエッチングする。In this embodiment, as shown in FIG. 1B, the HgCdTe layer 11 is subjected to a pre-treatment (a treatment before device formation) by plasma etching (also referred to as "plasma dry etching"). In particular,
HgCdTe layer 11 in ECR plasma etching system
Is mounted, and a mixed gas of hydrogen (H 2 ), argon (Ar), and nitrogen (N 2 ) is supplied into the apparatus.
Microwave power is applied to convert these mixed gases into plasma. Then, high-frequency power is applied to the holder for fixing the substrate 10, and the HgCdTe layer 11 is etched to a depth of about 2 μm.
【００１７】このプラズマエッチングに伴って、ＨｇＣ
ｄＴｅ層１１中の不純物が基板表面に引き寄せられ、Ｈ
ｇＣｄＴｅ層１１の表面付近には不純物が集まってく
る。そして、プラズマエッチングによりＨｇＣｄＴｅ層
１１の表層部が削り取られ、それに伴ってＨｇＣｄＴｅ
層１１から不純物が除去される。これにより、図１
（ｃ）に示すように、ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層１１の表面付
近のＡｇだけでなく、ＨｇＣｄＴｅ層１１の深層部に存
在していたＬｉ及びＮａ等の元素が除去され、これらの
不純物元素の濃度が著しく低減される。With the plasma etching, HgC
The impurities in the dTe layer 11 are attracted to the substrate surface,
Impurities gather near the surface of the gCdTe layer 11. Then, the surface layer of the HgCdTe layer 11 is scraped off by plasma etching.
The impurities are removed from the layer 11. As a result, FIG.
As shown in (c), not only Ag near the surface of the p-type HgCdTe layer 11 but also elements such as Li and Na existing in the deep part of the HgCdTe layer 11 are removed, and the concentration of these impurity elements is reduced. It is significantly reduced.
【００１８】なお、ＨｇＣｄＴｅ層１１のエッチング深
さは特に限定するものではないが、少なくともＡｇ、Ｌ
ｉ及びＮａ等を十分に除去することができる深さエッチ
ングすることが必要である。また、エッチング量が多す
ぎるとＨｇＣｄＴｅ層１１の厚さが薄くなるだけでな
く、ＨｇＣｄＴｅ層１１の深さ方向に形成されるｎ型反
転ダメージの拡がりが大きくなる。このため、エッチン
グ深さは、エッチング条件等に応じて適宜設定すること
が好ましい。Although the etching depth of the HgCdTe layer 11 is not particularly limited, at least Ag, L
It is necessary to perform a depth etching capable of sufficiently removing i, Na and the like. If the etching amount is too large, not only does the thickness of the HgCdTe layer 11 become thinner, but also the spread of n-type inversion damage formed in the depth direction of the HgCdTe layer 11 increases. For this reason, it is preferable that the etching depth is appropriately set according to the etching conditions and the like.
【００１９】図２，図３は、横軸にＨｇＣｄＴｅ層１１
の表面からの深さをとり、縦軸に不純物の濃度をとっ
て、Ａｇ及びＬｉの深さ方向の濃度分布を示す図であ
る。図２は上述のプラズマエッチング処理を施していな
いＨｇＣｄＴｅ層１１における不純物濃度分布を示し、
図３は上述のプラズマエッチング処理を施した後のＨｇ
ＣｄＴｅ層１１における不純物濃度分布を示している。
なお、図３において、ＨｇＣｄＴｅ層１１のエッチング
深さは約２μｍである。また、ＨｇＣｄＴｅ層の深さ方
向の不純物濃度分布は、ＳＩＭＳ分析（Secondary Ion
Mass Spectrometry、二次イオン質量分析）法により行
った。FIGS. 2 and 3 show the HgCdTe layer 11 on the horizontal axis.
FIG. 4 is a diagram showing the concentration distribution of Ag and Li in the depth direction, taking the depth from the surface of the sample and taking the concentration of impurities on the vertical axis. FIG. 2 shows an impurity concentration distribution in the HgCdTe layer 11 that has not been subjected to the above-described plasma etching process.
FIG. 3 shows Hg after performing the above-described plasma etching process.
4 shows an impurity concentration distribution in the CdTe layer 11.
In FIG. 3, the etching depth of the HgCdTe layer 11 is about 2 μm. The impurity concentration distribution in the depth direction of the HgCdTe layer was determined by SIMS analysis (Secondary Ion
Mass Spectrometry, secondary ion mass spectrometry).
【００２０】図２からわかるように、プラズマエッチン
グ処理なしの状態では、ＨｇＣｄＴｅ層１１の表面から
約１０μｍの深さのところまでＡｇが１×１０16ｃｍ-3
以上の高濃度で存在している。また、ＬｉもＨｇＣｄＴ
ｅ層１１の深さ方向の全体にわたって、１×１０13ｃｍ
-3以上の濃度で存在している。一方、図３からわかるよ
うに、上述のプラズマエッチング処理を施した場合は、
ＨｇＣｄＴｅ層１１中のＡｇ及びＬｉの濃度は極めて低
くなり、Ａｇは測定装置の検出限界以下となった。ま
た、Ｌｉの濃度は、ＨｇＣｄＴｅ層１１の全体にわた
り、エッチング処理を施していない場合に比べて１桁程
度低減された。なお、Ｎａについては、エッチング処理
前及び処理後のいずれにおいても装置の検出限界以下で
あったので、図示を省略している。As can be seen from FIG. 2, Ag is 1 × 10 16 cm -3 from the surface of the HgCdTe layer 11 to a depth of about 10 μm without plasma etching.
It is present at a higher concentration. Li is also HgCdT.
1 × 10 13 cm over the entire depth of the e-layer 11
Present at a concentration of -3 or more. On the other hand, as can be seen from FIG. 3, when the above-described plasma etching process is performed,
The concentrations of Ag and Li in the HgCdTe layer 11 were extremely low, and the Ag was below the detection limit of the measuring device. Further, the concentration of Li was reduced by about one digit over the entire HgCdTe layer 11 as compared with the case where no etching treatment was performed. Note that Na was not shown because it was below the detection limit of the apparatus both before and after the etching process.
【００２１】これらの図２，図３から、本発明はＨｇＣ
ｄＴｅ化合物半導体層中に存在するＡｇ及びＬｉ等の不
純物の除去に極めて有用であることがわかる。次に、本
発明を赤外線検出器の製造に適用した例を示す。図４
（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の前処理方法を光起電力
型フォトダイオードアレイタイプの赤外線検出器の製造
に適用した例を工程順に示す断面図である。From these FIGS. 2 and 3, the present invention shows that HgC
It turns out that it is extremely useful for removing impurities such as Ag and Li present in the dTe compound semiconductor layer. Next, an example in which the present invention is applied to the manufacture of an infrared detector will be described. FIG.
4A to 4C are cross-sectional views illustrating an example in which the pretreatment method of the present invention is applied to the manufacture of a photovoltaic photodiode array type infrared detector, in the order of steps.
【００２２】まず、従来と同様に、閉管チッピング法を
用いて、Ｔｅリッチ融液中でＣｄＺｎＴｅ基板２０上に
ノンドープのＨｇＣｄＴｅ層２１をエピタキシャル成長
させる（図４（ａ）参照）。その後、温度が２００〜４
００℃のＨｇ雰囲気中で一定時間熱処理を行って、ｐ型
ＨｇＣｄＴｅ層２１のｐ型キャリア濃度が例えば２×１
０16ｃｍ-3程度となるようにＨｇ空孔濃度を制御する。
そして、ＨｇＣｄＴｅ層２１の表面を、キシレン、アセ
トン又はメタノール等の有機溶剤を用いて洗浄する。そ
の後、ＨｇＣｄＴｅ層２１の表面をＢｒメタノール（Ｂ
ｒとメタノールとを混合した液）により約２μｍエッチ
ングして、表面に形成された自然酸化膜を除去する。First, as in the conventional case, a non-doped HgCdTe layer 21 is epitaxially grown on a CdZnTe substrate 20 in a Te-rich melt using a closed-tube chipping method (see FIG. 4A). Then, the temperature is 200-4
Heat treatment is performed in a Hg atmosphere at 00 ° C. for a certain time so that the p-type carrier concentration of the p-type HgCdTe layer 21 is, for example, 2 × 1.
The Hg vacancy concentration is controlled so as to be about 0 16 cm −3 .
Then, the surface of the HgCdTe layer 21 is washed using an organic solvent such as xylene, acetone, or methanol. Thereafter, the surface of the HgCdTe layer 21 is coated with Br methanol (B
Etching of about 2 μm with a liquid mixture of r and methanol) to remove the natural oxide film formed on the surface.
【００２３】この状態では、前述したように、ＨｇＣｄ
Ｔｅ層２１の表面から深さ方向に約１０μｍ程度の領域
にはエピタキシャル成長時に不純物として混入したＡｇ
原子が、１×１０16ｃｍ-3以上の濃度で偏在している。
また、ＨｇＣｄＴｅ層２１の全域において、Ｌｉ原子が
１×１０13ｃｍ-3以上の濃度でほぼ均一に存在してい
る。In this state, as described above, HgCd
In a region of about 10 μm in the depth direction from the surface of the Te layer 21, Ag mixed as an impurity during epitaxial growth is used.
Atoms are unevenly distributed at a concentration of 1 × 10 16 cm −3 or more.
In the entire region of the HgCdTe layer 21, Li atoms are present almost uniformly at a concentration of 1 × 10 13 cm −3 or more.
【００２４】次に、ＥＣＲプラズマエッチング装置を使
用して、ＨｇＣｄＴｅ層２１に対しプラズマエッチング
処理を施す。すなわち、ＨｇＣｄＴｅ層２１を有する基
板２０をＥＣＲプラズマエッチング装置内の基板ホルダ
に固定する。そして、装置内に水素、アルゴン及び窒素
の混合ガスを供給し、マイクロ波パワー２００Ｗを印加
し、これらの混合ガスをプラズマ化する。そして、基板
ホルダを介して基板２０に周波数が４０ＭＨｚの高周波
パワー約１００Ｗを印加して、ＨｇＣｄＴｅ層２１の表
面を２μｍ程度エッチングする。このときのプラズマエ
ッチング処理条件は、例えば水素ガスの流量が約１．０
sccm、アルゴンガスの流量が約６．０sccm、窒素ガスの
流量が約６．０sccmである。また、装置内の真空度は８
×１０-4Torr、温度は室温である。Next, the HgCdTe layer 21 is subjected to plasma etching using an ECR plasma etching apparatus. That is, the substrate 20 having the HgCdTe layer 21 is fixed to a substrate holder in an ECR plasma etching apparatus. Then, a mixed gas of hydrogen, argon, and nitrogen is supplied into the apparatus, and a microwave power of 200 W is applied to convert the mixed gas into plasma. Then, a high frequency power of about 100 W having a frequency of 40 MHz is applied to the substrate 20 via the substrate holder, and the surface of the HgCdTe layer 21 is etched by about 2 μm. The plasma etching process conditions at this time are, for example, when the flow rate of hydrogen gas is about 1.0.
sccm, the flow rate of argon gas is about 6.0 sccm, and the flow rate of nitrogen gas is about 6.0 sccm. The degree of vacuum in the apparatus is 8
× 10 -4 Torr, temperature is room temperature.
【００２５】このプラズマエッチング処理により、ｐ型
ＨｇＣｄＴｅ層１１の表面付近にはエッチングによるｎ
型反転ダメージ領域が形成される。しかし、この反転ダ
メージの影響は、約１５０℃の窒素雰囲気で１時間程度
アニールすることにより、電気的に問題ない程度まで回
復させることができる。次に、図４（ｂ）に示すよう
に、蒸着法により、ＨｇＣｄＴｅ層２１の上にＺｎＳか
らなる表面保護膜２２を約４００ｎｍの厚さに形成す
る。そして、この保護膜２２の上に、所定の開口部を有
するフォトレジスト膜（図示せず）を形成する。その
後、このフォトレジスト膜の開口部を介してＨｇＣｄＴ
ｅ層２１にＢ（ボロン）をイオン注入する。このときの
注入エネルギーは例えば１００〜２００ｋｅＶであり、
ドーズ量は例えば１０13〜１０15ｃｍ-2とする。その
後、フォトレジスト膜を除去する。これにより、キャリ
ア濃度が１×１０16〜１×１０19ｃｍ-3、深さが１．０
〜２．０μｍのｎ型不純物領域２３が形成される。ｎ型
不純物領域２３は、一次元アレイ状あるいは二次元アレ
イ状に配列させて形成する。By this plasma etching process, n near the surface of the p-type HgCdTe layer 11
A mold reversal damage region is formed. However, the influence of this inversion damage can be recovered to a level that does not cause any electrical problem by annealing for about one hour in a nitrogen atmosphere at about 150 ° C. Next, as shown in FIG. 4B, a surface protection film 22 made of ZnS is formed on the HgCdTe layer 21 to a thickness of about 400 nm by an evaporation method. Then, a photoresist film (not shown) having a predetermined opening is formed on the protective film 22. Thereafter, HgCdT is passed through the opening of the photoresist film.
B (boron) ions are implanted into the e layer 21. The implantation energy at this time is, for example, 100 to 200 keV,
The dose is, for example, 10 13 to 10 15 cm −2 . After that, the photoresist film is removed. As a result, the carrier concentration is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 cm −3 and the depth is 1.0
An n-type impurity region 23 of about 2.0 μm is formed. The n-type impurity regions 23 are formed in a one-dimensional array or a two-dimensional array.
【００２６】次に、保護膜２２の上にフォトレジスト膜
（図示せず）を形成し、このフォトレジスト膜の所定の
領域を開口する。そして、ＥＣＲプラズマエッチング装
置を用い、フォトレジスト膜をマスクとして、保護膜２
２にコンタクト孔となる開口部２２ａ，２２ｂを形成す
る。このときのエッチング条件は、例えばＡｒガスの流
量が５．０〜１０．０sccm、Ｈ2 ガスの流量が１．０〜
５．０sccm、エッチング装置内の真空度が１×１０-3To
rr、基板ホルダに印加する高周波の周波数が４０ＭＨ
ｚ、パワーが１００Ｗである。その後、フォトレジスト
膜を除去する。Next, a photoresist film (not shown) is formed on the protective film 22, and a predetermined region of the photoresist film is opened. Then, using an ECR plasma etching apparatus, using the photoresist film as a mask, the protective film 2
2, openings 22a and 22b serving as contact holes are formed. The etching conditions at this time are, for example, a flow rate of Ar gas of 5.0 to 10.0 sccm and a flow rate of H 2 gas of 1.0 to 10.0 sccm.
5.0 sccm, the degree of vacuum in the etching apparatus is 1 × 10 -3 To
rr, the frequency of the high frequency applied to the substrate holder is 40 MH
z, power is 100W. After that, the photoresist film is removed.
【００２７】次いで、コンタクト孔部の上にフォトレジ
スト膜を形成し、フォトレジスト膜の所定領域を開口
し、真空蒸着法により、高さが１０〜２０μｍのＩｎバ
ンプ電極を形成する。その結果、ｎ型不純物領域２３に
電気的に接続された電極２４と、ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層２
１に電気的に接続された電極２５とが形成される（図４
（ｃ）参照）。これにより、光起電力型ｐｎ接合フォト
ダイオードアレイタイプの赤外線検出器が完成する。Next, a photoresist film is formed on the contact hole, a predetermined region of the photoresist film is opened, and an In bump electrode having a height of 10 to 20 μm is formed by a vacuum deposition method. As a result, the electrode 24 electrically connected to the n-type impurity region 23 and the p-type HgCdTe layer 2
1 and an electrode 25 electrically connected to the electrode 25 are formed.
(C)). Thus, a photovoltaic pn junction photodiode array type infrared detector is completed.
【００２８】上記の実施の形態では、ＨｇＣｄＴｅ層２
１を形成した後、プラズマエッチングによる前処理を施
して性能劣化の原因となる不純物をＨｇＣｄＴｅ層２１
から除去し、これらの不純物の濃度を十分低減している
ので、光起電力型ｐｎ接合フォトダイオードの性能劣化
が回避され、高性能の赤外線検出装置を製造することが
できる。In the above embodiment, the HgCdTe layer 2
1 is formed, and a pretreatment by plasma etching is performed to remove impurities that cause performance degradation in the HgCdTe layer 21.
, And the concentration of these impurities is sufficiently reduced, so that the performance deterioration of the photovoltaic pn junction photodiode is avoided, and a high-performance infrared detector can be manufactured.
【００２９】図５は、前処理（プラズマエッチング処
理）時の混合ガス中の窒素ガス濃度とエッチングダメー
ジの程度との関係を示す図である。但し、水素（Ｈ2 ）
の流量は１．０sccm、アルゴン（Ａｒ）の流量は６．０
sccmと一定であり、マイクロ波のパワーは２００Ｗ、高
周波（ＲＦ）パワーは１００Ｗである。また、エッチン
グパターンは４μｍ×４μｍの大きさとし、エッチング
深さが１．０μｍ、２．０μｍ及び３．０μｍのときの
ダメージの大きさを示している。この図５からわかるよ
うに、プラズマエッチングガス中に窒素を添加すること
により、エッチングダメージを低減することができる。
従って、上述したように、エッチングガス中には窒素を
添加することが好ましい。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the concentration of nitrogen gas in the mixed gas and the degree of etching damage during pre-processing (plasma etching processing). However, hydrogen (H 2 )
Is 1.0 sccm, and the flow rate of argon (Ar) is 6.0.
It is constant at sccm, the microwave power is 200 W, and the radio frequency (RF) power is 100 W. The etching pattern has a size of 4 μm × 4 μm, and shows the magnitude of damage when the etching depth is 1.0 μm, 2.0 μm, and 3.0 μm. As can be seen from FIG. 5, etching damage can be reduced by adding nitrogen to the plasma etching gas.
Therefore, as described above, it is preferable to add nitrogen to the etching gas.
【００３０】なお、上述の実施の形態においては、エピ
タキシャル成長法により形成したＨｇＣｄＴｅ層に本発
明を適用した場合を説明したが、本発明はエピタキシャ
ル成長させて形成したＨｇＣｄＴｅ層だけでなく、バル
ク半導体に適用することも可能である。また、本発明
は、上述したＨｇＣｄＴｅ層に対する前処理に限定され
るものではなく、Ｈｇ原子を含む他のII−VI族化合物半
導体や、半導体層中の空孔がドナーとして作用する化合
物半導体に適用することも可能である。In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the HgCdTe layer formed by the epitaxial growth method has been described. It is also possible. In addition, the present invention is not limited to the above-described pretreatment of the HgCdTe layer, and is applicable to other II-VI group compound semiconductors containing Hg atoms and compound semiconductors in which vacancies in the semiconductor layer act as donors. It is also possible.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
デバイス形成前の基板に対してプラズマエッチング処理
を施し、半導体層中に存在する不純物を半導体層の表面
近傍に集めて半導体層の表層部とともに除去する。これ
により、特性劣化の原因となる不純物を容易に除去する
ことができる。As described above, according to the present invention,
Plasma etching is performed on the substrate before device formation, and impurities present in the semiconductor layer are collected near the surface of the semiconductor layer and removed together with the surface portion of the semiconductor layer. This makes it possible to easily remove impurities that cause characteristic deterioration.
【００３２】また、本発明によれば、Ｈｇを含有する第
１導電型化合物半導体層に対しプラズマエッチング処理
を施してＡｇ，Ｌｉ及びＮａ等の不純物濃度を十分に低
減した後、該第１導電型化合物半導体層に第２導電型不
純物を選択的に導入して赤外線検出器を製造する。これ
により、ｐｎ接合フォトダイオードの特性劣化が回避さ
れ、検出効率が良好な赤外線検出器を製造することがで
きる。Further, according to the present invention, after the first conductive type compound semiconductor layer containing Hg is subjected to plasma etching treatment to sufficiently reduce the concentration of impurities such as Ag, Li and Na, the first conductive type compound semiconductor layer is formed. An infrared detector is manufactured by selectively introducing a second conductivity type impurity into the type compound semiconductor layer. As a result, deterioration of the characteristics of the pn junction photodiode can be avoided, and an infrared detector with good detection efficiency can be manufactured.
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施の形
態に係る半導体基板の前処理方法を工程順に示す模式図
である。FIGS. 1A to 1C are schematic views showing a pretreatment method of a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
【図２】図２はプラズマエッチング処理を施していない
ＨｇＣｄＴｅ層における不純物濃度分布を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing an impurity concentration distribution in an HgCdTe layer that has not been subjected to a plasma etching process.
【図３】図３はプラズマエッチング処理を施した後のＨ
ｇＣｄＴｅ層における不純物濃度分布を示す図である。FIG. 3 is a view showing H after plasma etching.
FIG. 4 is a diagram showing an impurity concentration distribution in a gCdTe layer.
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本発明の実施の形
態に係る赤外線検出器の製造を工程順に示す断面図であ
る。4 (a) to 4 (c) are cross-sectional views showing steps of manufacturing an infrared detector according to the embodiment of the present invention.
【図５】図５は、前処理（プラズマエッチング処理）時
の混合ガス中の窒素ガス濃度とエッチングダメージの程
度との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the concentration of nitrogen gas in a mixed gas and the degree of etching damage during pre-processing (plasma etching processing).
【図６】図６は、光起電力型ｐｎ接合フォトダイオード
アレイタイプの赤外線検出器の構造を示す断面図であ
る。FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a photovoltaic pn junction photodiode array type infrared detector.
１０，２０，３０ ＣｄＺｎＴｅ基板、 １１，２１，３１ ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層、 ２２，３２ 保護膜、 ２３，３３ ｎ型不純物領域、 ２４，２５，３４，３５ 電極。 10, 20, 30 CdZnTe substrate, 11, 21, 31 p-type HgCdTe layer, 22, 32 protective film, 23, 33 n-type impurity region, 24, 25, 34, 35 electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 元 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 藤原 康治 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 梶原 信之 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA06 AA14 BA14 DA23 DA24 DA25 DB00 DB19 EB01 FA01 5F049 MA02 MB01 NA01 NA20 PA02 PA04 PA14 RA02 SS02 WA01 5F088 AA02 AB09 BA01 BA13 CB02 CB04 CB14 EA02 GA03 LA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Gen Sudo 4-1-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Koji Fujiwara 4-1-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture No. 1 Fujitsu Co., Ltd. (72) Nobuyuki Kajiwara 4-1-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term within Fujitsu Co., Ltd. 5F004 AA06 AA14 BA14 DA23 DA24 DA25 DB00 DB19 EB01 FA01 5F049 MA02 MB01 NA01 NA20 PA02 PA04 PA14 RA02 SS02 WA01 5F088 AA02 AB09 BA01 BA13 CB02 CB04 CB14 EA02 GA03 LA01
Claims (5)
マエッチング処理を施し、前記半導体層中に存在する不
純物を前記半導体層の表面近傍に集め、前記半導体層の
表層部とともにエッチング除去することを特徴とする半
導体基板の前処理方法。1. A semiconductor layer before device formation is subjected to plasma etching treatment, impurities present in the semiconductor layer are collected near the surface of the semiconductor layer, and etched away together with a surface layer of the semiconductor layer. Pretreatment method for a semiconductor substrate.
とも水素及びアルゴンを含む混合ガスをプラズマエッチ
ングガスとして用いることを特徴とする請求項１に記載
の半導体基板の前処理方法。2. The method according to claim 1, wherein the plasma etching process uses a mixed gas containing at least hydrogen and argon as a plasma etching gas.
る原子の空孔がアクセプタとして作用する化合物半導体
からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板
の前処理方法。3. The method according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of a compound semiconductor in which vacancies of atoms constituting the semiconductor layer act as acceptors.
物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、 前記化合物半導体層をプラズマエッチング処理して前記
化合物半導体層の表層部を除去する工程と、 前記化合物半導体層に第２導電型不純物を選択的に導入
して不純物領域を形成する工程とを有することを特徴と
する赤外線検出器の製造方法。4. A step of epitaxially growing a first conductivity type compound semiconductor layer containing Hg on a substrate; a step of plasma etching the compound semiconductor layer to remove a surface layer of the compound semiconductor layer; Forming an impurity region by selectively introducing a second conductivity type impurity into the semiconductor layer.
とも水素及びアルゴンを含む混合ガスをプラズマエッチ
ングガスとして用いることを特徴とする請求項４に記載
の赤外線検出器の製造方法。5. The method according to claim 4, wherein the plasma etching process uses a mixed gas containing at least hydrogen and argon as a plasma etching gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11169113A JP2000357814A (en) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | Method for pretreating semiconductor substrate, and manufacture of infrared detector |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP11169113A JP2000357814A (en) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | Method for pretreating semiconductor substrate, and manufacture of infrared detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000357814A true JP2000357814A (en) | 2000-12-26 |
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ID=15880552
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|---|---|---|---|
| JP11169113A Withdrawn JP2000357814A (en) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | Method for pretreating semiconductor substrate, and manufacture of infrared detector |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000357814A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100429387B1 (en) * | 2002-01-22 | 2004-04-29 | 국방과학연구소 | Manufacturing method for infrared detector |
| KR100485875B1 (en) * | 2002-01-02 | 2005-04-28 | 강태원 | A Manufacturing Method Of Infrared Ray Detection Element Using Hg1-XCdxTe Thin Film Of Quantum Dot Structure By Hydrogenation And Non-Active Gas |
| JP2008546177A (en) * | 2005-05-16 | 2008-12-18 | Ｉｉ−Ｖｉ インコーポレイテッド | High-performance CdxZn1-xTe (0 ≦ x ≦ 1) X-ray and γ-ray radiation detector and method for manufacturing the same |
| CN109638111A (en) * | 2018-12-19 | 2019-04-16 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | A kind of method of infrared detector surface treatment |
-
1999
- 1999-06-16 JP JP11169113A patent/JP2000357814A/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100485875B1 (en) * | 2002-01-02 | 2005-04-28 | 강태원 | A Manufacturing Method Of Infrared Ray Detection Element Using Hg1-XCdxTe Thin Film Of Quantum Dot Structure By Hydrogenation And Non-Active Gas |
| KR100429387B1 (en) * | 2002-01-22 | 2004-04-29 | 국방과학연구소 | Manufacturing method for infrared detector |
| JP2008546177A (en) * | 2005-05-16 | 2008-12-18 | Ｉｉ−Ｖｉ インコーポレイテッド | High-performance CdxZn1-xTe (0 ≦ x ≦ 1) X-ray and γ-ray radiation detector and method for manufacturing the same |
| CN109638111A (en) * | 2018-12-19 | 2019-04-16 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | A kind of method of infrared detector surface treatment |
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