JP5545715B2 - ＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、赤外線検出素子等の基板材料として用いられるエピタキシャル成長用のＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法及びＣｄＴｅ系半導体基板に関する。

一般に、ＣｄＴｅ基板を用いて半導体デバイスを作製する場合、ＶＧＦ法などで育成されたＣｄＴｅ単結晶を所望のサイズの平板に加工し、表面を鏡面研磨してデバイス作製用の基板材料とする。このＣｄＴｅ基板の上に所定の半導体（例えば、ＨｇＺｎＴｅ膜等）をエピタキシャル成長させ、赤外線検出素子等の半導体デバイスを作製する。
従来、鏡面研磨後のＣｄＴｅ基板を購入したユーザ（基板ユーザ）は、ＣｄＴｅ基板表面の研磨ダメージを除去するため、前処理としてＣｄＴｅ基板を臭素メタノール溶液等でエッチングした後、エピタキシャル成長を行っている。例えば、特許文献１には鏡面研磨（ポリッシング）の一般的な手法が開示され、特許文献２にはエッチング処理の一般的な手法が開示されている。

特開平５−１７７５３６号公報 特開平５−１７７５３６号公報

しかしながら、エッチング処理を施したＣｄＴｅ基板を用いて、このＣｄＴｅ基板上に所定の半導体をエピタキシャル成長させた場合でも、エピタキシャル結晶の品質が劣化することがあり、半導体デバイスの歩留まりが低下するという問題が生じている。

本発明は、良質なエピタキシャル結晶を成長可能なエピタキシャル成長用のＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法及びＣｄＴｅ系半導体基板を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、所定の半導体をエピタキシャル成長させるためのＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法において、基板の表面を鏡面研磨し、その後８時間以内に前記基板を非酸化性ガス雰囲気中に移送して所定期間保管し、その後、前記基板の表面を０．１μｍ以上０．３μｍ以下の深さまでエッチングすることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、所定の半導体をエピタキシャル成長させるためのＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法において、基板の表面を鏡面研磨し、その後８時間以内に該基板の表面を０．１μｍ以上０．３μｍ以下の深さまでエッチングし、その後８時間以内に前記基板を非酸化性ガス雰囲気中に移送して所定期間保管することを特徴とする。

本発明者は、ＣｄＴｅ基板上に所定の半導体（例えばＨｇＺｎＴｅ）をエピタキシャル成長させたときに、エピタキシャル結晶の品質が低下する原因を突き止めるべく、エピタキシャル成長前のＣｄＴｅ基板の表面を詳細に調査した。そして、ＡＦＭを用いて観察した結果、ＣｄＴｅ基板の表面に高さ１０ｎｍ程度の突起物が観察されることがあり、この突起物が原因でエピタキシャル結晶の品質が低下することを突き止めた。また、この突起物は、ＣｄＴｅ基板表面と空気中の酸素が反応することにより生成された酸化物であり、エッチング処理を施しても除去されないことを突き止めた。
そして、ＣｄＴｅ系半導体基板がエピタキシャル成長に供される前に所定時間以上空気に触れないようにすることで、基板表面に突起物が発生するのを防止できるとの知見を得て、本発明を完成した。

本発明に係るＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法によれば、基板表面に突起物が発生するのを防止できるので、この基板上に良質なエピタキシャル結晶を成長させることができる。そして、このようなＣｄＴｅ系半導体基板を用いて半導体デバイスを作製することで、半導体デバイスの品質や歩留まりの向上を図ることができる。

実施例１において１年間保管したＣｄＴｅ基板表面をＡＦＭにより視野範囲１０μｍ×１０μｍで観察したときのＡＦＭ像の一例である。 図１で示す観察領域の３Ｄ像である。 実施例１においてエッチングした後のＣｄＴｅ基板表面をＡＦＭにより視野範囲１０μｍ×１０μｍで観察したときのＡＦＭ像の一例である。 図３で示す観察領域の３Ｄ像である。 比較例において１年間保管したＣｄＴｅ基板表面をＡＦＭにより視野範囲１０μｍ×１０μｍで観察したときのＡＦＭ像の一例である。 図５で示す観察領域の３Ｄ像である。 比較例においてエッチングした後のＣｄＴｅ基板表面をＡＦＭにより視野範囲１０μｍ×１０μｍで観察したときのＡＦＭ像の一例である。 図７で示す観察領域の３Ｄ像である。

［実施例１］
実施例１では、例えばＶＧＦ法により育成したＣｄＴｅ単結晶インゴットから厚さ１２００μｍ、３０ｍｍ×３０ｍｍのＣｄＴｅ基板を切り出し、ラッピング及びポリッシング加工により表面を鏡面研磨した。この鏡面研磨したＣｄＴｅ基板を８時間以内に窒素雰囲気中に移送し、１年間保管した。すなわち、実施例１では、ＣｄＴｅ基板を鏡面研磨した後に、空気に触れる時間が８時間以内となるようにした。

図１は実施例１において１年間保管したＣｄＴｅ基板表面をＡＦＭにより視野範囲１０μｍ×１０μｍで観察したときのＡＦＭ像の一例であり、図２は図１に示す観察領域の３Ｄ像である。
図１，２に示すように、鏡面研磨した後、８時間以内に窒素雰囲気中に移送して保管したＣｄＴｅ基板の表面では突起物がまったく観察されなかった。このとき、最大ピーク高さは１．８６４ｎｍで、平均粗さ（Ｒａ）は０．１８７ｎｍであった。

次いで、表面に突起物が観察されなかったＣｄＴｅ基板を攪拌状態の０．１％臭素メタノール溶液（エッチング溶液）に浸漬し、基板表面を均一にエッチングした。このとき、エッチング量が０．３μｍとなるようにエッチング時間を８秒とした。エッチング量を０．１μｍ以上とすることで、ＣｄＴｅ基板表面の研磨ダメージを効果的に除去することができる。エッチング処理後、メタノールに浸漬するリンス処理を２回実施し、窒素（Ｎ_２）ガスを吹き付けて乾燥させた。

図３は実施例１においてエッチングした後のＣｄＴｅ基板表面をＡＦＭにより視野範囲１０μｍ×１０μｍで観察したときのＡＦＭ像の一例であり、図４は図３に示す観察領域の３Ｄ像である。
図３，４に示すように、エッチング後のＣｄＴｅ基板表面においても突起物は観察されなかった。このとき、最大ピーク高さは５．１７６ｎｍで、平均粗さ（Ｒａ）は０．２８４ｎｍであった。
そして、このエッチング処理後のＣｄＴｅ基板上にＨｇＺｎＴｅ膜をエピタキシャル成長させたところ、良質なエピタキシャル結晶が得られた。

［実施例２］
実施例２では、実施例１と同様にＣｄＴｅ基板を切り出して鏡面研磨を施し、この鏡面研磨したＣｄＴｅ基板を８時間以内に攪拌状態の０．１％臭素メタノール溶液（エッチング溶液）に浸漬し、基板表面を均一にエッチングした。このとき、エッチング量が０．３μｍとなるようにエッチング時間を８秒とした。エッチング量を０．１μｍ以上とすることで、ＣｄＴｅ基板表面の研磨ダメージを効果的に除去することができる。
エッチング処理後、メタノールに浸漬するリンス処理を２回実施し、窒素ガスを吹き付けて乾燥させた後、８時間以内に窒素雰囲気中に移送し、１年間保管した。すなわち、実施例２では、ＣｄＴｅ基板を鏡面研磨した後及びエッチングした後に、空気に触れる時間が８時間以内となるようにした。
このように、基板表面を鏡面研磨した後、８時間以内にエッチングし、その後８時間以内に窒素雰囲気中に移送して保管したＣｄＴｅ基板の表面には、突起物がまったく観察されなかった。
そして、このＣｄＴｅ基板上にＨｇＺｎＴｅ膜をエピタキシャル成長させたところ、良質なエピタキシャル結晶が得られた。

［比較例］
比較例では、実施例１と同様にＣｄＴｅ基板を切り出して鏡面研磨を施し、この鏡面研磨したＣｄＴｅ基板を空気中で１年間保管した。
図５は比較例において１年間保管したＣｄＴｅ基板表面をＡＦＭにより視野範囲１０μｍ×１０μｍで観察したときのＡＦＭ像の一例であり、図６は図５に示す観察領域の３Ｄ像である。
図５，６に示すように、鏡面研磨した後、空気中で１年間保管したＣｄＴｅ基板の表面には、高さ約１０ｎｍ以上の突起物が観察された。このとき、最大ピーク高さは１３．２１６ｎｍで、平均粗さ（Ｒａ）は０．１７９ｎｍであった。

次いで、表面に突起物が観察されたＣｄＴｅ基板を実施例１と同様にエッチングした後、メタノールに浸漬するリンス処理を２回実施し、窒素ガスを吹き付けて乾燥させた。
図７は比較例においてエッチングした後のＣｄＴｅ基板表面をＡＦＭにより視野範囲１０μｍ×１０μｍで観察したときのＡＦＭ像の一例であり、図８は図７に示す観察領域の３Ｄ像である。
図７，８に示すように、エッチング後のＣｄＴｅ基板表面においても突起物が観察され、この突起物はエッチング前に比べて強調されていた。このとき、最大ピーク高さは２３．１６８ｎｍで、平均粗さ（Ｒａ）は０．６７４ｎｍであった。
そして、このエッチング後のＣｄＴｅ基板上にＨｇＺｎＴｅ膜をエピタキシャル成長させたところ、実施例１，２で得られたエピタキシャル結晶に比較して、品質が著しく低下した。

さらに実験を重ねた結果、表面に高さ５ｎｍ以上の突起物が観察されたＣｄＴｅ基板にＨｇＺｎＴｅをエピタキシャル成長させると、エピタキシャル結晶の品質が低下することが確認された。また、ＣｄＴｅ基板を鏡面研磨した後又はエッチングした後、２４時間より長く空気中に放置すると、基板表面に５ｎｍ以上の突起物が発生することが確認された。

したがって、実施例１のようにエピタキシャル成長用のＣｄＴｅ基板を鏡面研磨後に保管する場合には、基板表面を鏡面研磨した後、２４時間以内に窒素雰囲気中で保管するようにする。これにより、ＣｄＴｅ基板表面に高さ５ｎｍ以上の突起物が発生するのを防止できるので、この基板上に良質なエピタキシャル結晶を成長させることができる。

また、実施例２のようにエピタキシャル成長用のＣｄＴｅ基板をエッチング後に保管する場合には、基板表面を鏡面研磨した後、２４時間以内にエッチングし、その後２４時間以内に窒素雰囲気中で保管するようにする。これにより、ＣｄＴｅ基板表面に高さ５ｎｍ以上の突起物が発生するのを防止できるので、この基板上に良質なエピタキシャル結晶を成長させることができるとともに、基板ユーザはエピタキシャル成長前にエッチング処理を行う必要が無くなる。

そして、実施例１，２で示した方法により保管したＣｄＴｅ系半導体基板を用いて半導体デバイスを作製することで、半導体デバイスの品質や歩留まりの向上を図ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、実施例１，２では、ＣｄＴｅ基板を窒素雰囲気中で保管する場合について説明したが、窒素以外の不活性ガス雰囲気中など、基板表面が酸化されない非酸化性ガス雰囲気中で保管すればよい。
また例えば、本発明は、ＣｄＺｎＴｅ等、ＣｄＴｅを主成分としＺｎ等のドーパントを加えた結晶（いわゆるＣｄＴｅ系半導体結晶）を基板とした場合に適用することができる。また、エッチング液には臭素メタノール溶液にエチレングリコール等を添加したエッチング液等が使用可能である。

今回開示された実施の形態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説明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。

Claims (2)

1. 所定の半導体をエピタキシャル成長させるためのＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法において、
   基板の表面を鏡面研磨し、
   その後８時間以内に前記基板を非酸化性ガス雰囲気中に移送して所定期間保管し、
   その後、前記基板の表面を０．１μｍ以上０．３μｍ以下の深さまでエッチングすることを特徴とするＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法。
2. 所定の半導体をエピタキシャル成長させるためのＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法において、
   基板の表面を鏡面研磨し、
   その後８時間以内に該基板の表面を０．１μｍ以上０．３μｍ以下の深さまでエッチングし、
   その後８時間以内に前記基板を非酸化性ガス雰囲気中に移送して所定期間保管することを特徴とするＣｄＴｅ系半導体基板の製造方法。