JP2000357814A - 半導体基板の前処理方法及び赤外線検出器の製造方法 - Google Patents
半導体基板の前処理方法及び赤外線検出器の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層２１に対しプラズマ
エッチング処理を施し、ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層２１の表層
部を約２μｍの厚さだけエッチングする。このとき、エ
ッチングガスとしては、水素、アルゴン及び窒素の混合
ガスを使用する。ＨｇＣｄＴｅ層２１の全域にわたって
存在するＬｉ及びＮａ等の不純物、並びにＨｇＣｄＴｅ
層２１の表面付近に存在するＡｇ等の不純物は、プラズ
マエッチング時にＨｇＣｄＴｅ層２１の極めて表面に近
い領域に引き寄せられ、エッチングに伴って除去され
る。
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。 【解決手段】 ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層２１に対しプラズマ
エッチング処理を施し、ｐ型ＨｇＣｄＴｅ層２１の表層
部を約２μｍの厚さだけエッチングする。このとき、エ
ッチングガスとしては、水素、アルゴン及び窒素の混合
ガスを使用する。ＨｇＣｄＴｅ層２１の全域にわたって
存在するＬｉ及びＮａ等の不純物、並びにＨｇＣｄＴｅ
層２１の表面付近に存在するＡｇ等の不純物は、プラズ
マエッチング時にＨｇＣｄＴｅ層２１の極めて表面に近
い領域に引き寄せられ、エッチングに伴って除去され
る。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
ＨｇＣｄＴｅ層における不純物濃度分布を示す図であ
る。
【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。
ｇＣｄＴｅ層における不純物濃度分布を示す図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (5)
- 【請求項１】 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。 - 【請求項２】 前記プラズマエッチング処理は、少なく
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。 - 【請求項３】 前記半導体層は、その半導体層を構成す
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。 - 【請求項４】 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。 - 【請求項５】 前記プラズマエッチング処理は、少なく
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11169113A JP2000357814A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 半導体基板の前処理方法及び赤外線検出器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11169113A JP2000357814A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 半導体基板の前処理方法及び赤外線検出器の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000357814A true JP2000357814A (ja) | 2000-12-26 |
Family
ID=15880552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11169113A Withdrawn JP2000357814A (ja) | 1999-06-16 | 1999-06-16 | 半導体基板の前処理方法及び赤外線検出器の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000357814A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100429387B1 (ko) * | 2002-01-22 | 2004-04-29 | 국방과학연구소 | 적외선 감지소자 제조방법 |
| KR100485875B1 (ko) * | 2002-01-02 | 2005-04-28 | 강태원 | 수소 및 불활성 가스 플라즈마에 의한 양자점 구조의머큐리카드뮴텔룰라이드 박막을 이용한 적외선 탐지소자제작방법 |
| JP2008546177A (ja) * | 2005-05-16 | 2008-12-18 | Ｉｉ−Ｖｉ インコーポレイテッド | 高性能のＣｄｘＺｎ１−ｘＴｅ（０≦ｘ≦１）のＸ線及びγ線の放射線検出器およびその製造方法 |
| CN109638111A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-16 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 一种红外探测器表面处理的方法 |
-
1999
- 1999-06-16 JP JP11169113A patent/JP2000357814A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100485875B1 (ko) * | 2002-01-02 | 2005-04-28 | 강태원 | 수소 및 불활성 가스 플라즈마에 의한 양자점 구조의머큐리카드뮴텔룰라이드 박막을 이용한 적외선 탐지소자제작방법 |
| KR100429387B1 (ko) * | 2002-01-22 | 2004-04-29 | 국방과학연구소 | 적외선 감지소자 제조방법 |
| JP2008546177A (ja) * | 2005-05-16 | 2008-12-18 | Ｉｉ−Ｖｉ インコーポレイテッド | 高性能のＣｄｘＺｎ１−ｘＴｅ（０≦ｘ≦１）のＸ線及びγ線の放射線検出器およびその製造方法 |
| CN109638111A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-16 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 一种红外探测器表面处理的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060905 |