TWI520203B - 化合物半導體基板之檢查方法、化合物半導體基板、化合物半導體基板之表面處理方法及化合物半導體晶體之製造方法 - Google Patents

化合物半導體基板之檢查方法、化合物半導體基板、化合物半導體基板之表面處理方法及化合物半導體晶體之製造方法 Download PDF

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Description

化合物半導體基板之檢查方法、化合物半導體基板、化合物半導體基板之表面處理方法及化合物半導體晶體之製造方法
本發明係關於一種化合物半導體基板之檢查方法、化合物半導體基板、化合物半導體基板之表面處理方法及化合物半導體晶體之製造方法，例如係關於一種表面粗度Rms較低之化合物半導體基板之檢查方法、化合物半導體基板、化合物半導體基板之表面處理方法及化合物半導體晶體之製造方法。
包含半導體之基板具有發光特性，且電子之移動速度較快，故廣泛用於半導體雷射、LED(發光二極體：Light Emitting Diode)、或高速裝置等中。通常，製造進行表面處理、包含III-V族化合物半導體之基板。例如於日本專利特開2001-53011號公報(專利文獻1)中揭示有一種基板之清洗方法、磊晶成長之前之基板保管方法、以及藉由使磊晶成長開始前之3個成長條件最佳化而降低磊晶層與基板之界面之雜質的化合物半導體。又，於專利文獻1中，保管方法揭示有使氧濃度為10 ppm以下。
又，於日本專利特開平7-201689號公報(專利文獻2)中，揭示有一種於晶圓表面形成有LB(Langmuir-Blodgett)膜之附有保護膜之半導體晶圓。於專利文獻2中，亦揭示有一種於LB膜上覆蓋高分子膜，利用高分子膜而剝離LB膜，藉此獲得清潔之晶圓表面之方法。
又，於日本專利特開平5-291371號公報(專利文獻3)中揭示有一種InP半導體表面及界面之評估方法，其係於InP半導體基板上較薄地形成InGaAs磊晶層，藉由測定載子之移動度或載子濃度而推斷表面或界面之雜質濃度。
又，於日本專利特開2003-86553號公報(專利文獻4)中，揭示有一種為降低霧度而於研磨結束後立即以水溫15℃以下之純水進行清洗之半導體晶體晶圓。
然而，上述專利文獻1之化合物半導體晶圓係使氧濃度為10 ppm以下而保存，於此狀態下，於1 cc中混入有1×1013個左右之氧分子。若存在此種氧分子，則氧分子會於極短時間內衝撞晶圓表面，而導致晶圓表面上吸附氧。因此，上述專利文獻1中揭示之基板之保管方法有表面之雜質並不減少之問題。
又，上述專利文獻2中揭示之附有保護膜之半導體晶圓係採用於晶圓表面上形成LB膜之方法，故存在下述問題，即，難以去除以原子級構成LB膜之所有原子，界面活性劑等殘留於晶圓之表面。又，由於使高分子膜接觸表面，故而存在下述問題，即，會產生高分子膜本身之發塵等污垢、或於使之接觸而解離時產生發塵或傷痕。
又，上述專利文獻3中所揭示之InP半導體表面及界面之評估方法中，為進行評估而必須實施磊晶成長。藉由該磊晶成長而獲得之磊晶層之精度必須非常高，故通常需要維持磊晶裝置之純度。因此，存在消耗成本之問題。
又，上述專利文獻4中所揭示之半導體晶體晶圓，必須供給低溫之純水，故而必須將具備紫外線燈等熱源之純水裝置維持在低於室溫之溫度下。因此存在消耗成本之問題。
進而，上述專利文獻4中所揭示之半導體晶體晶圓，為獲得高品質之磊晶層而使用鏡面檢查裝置來測定霧度。然而，光學方式只能檢測與原子之大小相比非常大之面積的視野中之表面粗度Rms之平均值。又，原子之大小與光之波長相比非常小。因此，存在無法檢測出原子級之基板表面之凹凸的問題。
本發明係為解決如上所述之問題開發而成者，本發明之目的在於提供一種可降低成本、並減少化合物半導體基板之表面之雜質量的化合物半導體基板之檢查方法、化合物半導體基板、化合物半導體基板之表面處理方法及化合物半導體晶體之製造方法。
[解決問題之技術手段]
本發明之化合物半導體基板之檢查方法係化合物半導體基板之表面之檢查方法，於0.2 μm以下見方之視野中，以0.4 nm以下之間距，使用原子力顯微鏡(AFM：Atomic Force Microscope)測定化合物半導體基板之表面粗度Rms。
本案發明者對檢查存在於化合物半導體基板之表面之雜質量的方法進行積極研究之結果發現，與存在於化合物半導體基板之表面之雜質量相關的上述化合物半導體基板之檢查方法。即，藉由使用AFM，以0.4 nm以下、即小於2個原子大小之間距測定表面粗度Rms，可確實地檢測出原子級凹凸。於藉由該AFM而測定表面粗度Rms之半導體化合物基板上進行磊晶成長，對該磊晶層與基板之界面進行SIMS(2次離子質量分析裝置)分析，藉此發現，若以AFM所測定之原子級凹凸較少，則雜質難以附著於表面之凹凸。又，使用既存之AFM可降低成本。據此，而成為可降低成本、並減少化合物半導體基板之表面之雜質量的化合物半導體基板之檢查方法。
再者，所謂上述「表面粗度Rms」係指依據JIS B0601所測定之值。
本發明之化合物半導體基板，藉由上述化合物半導體基板之檢查方法所測定之表面粗度Rms為0.2 nm以下。
根據本發明之化合物半導體基板，化合物半導體基板之表面可減少原子級凹凸。因此，可選擇如下基板，該基板於化合物半導體基板之表面上形成磊晶成長層時無需進行加熱處理等，而可充分降低表面上之氧原子等雜質原子。據此，可降低成本，並簡便地減少化合物半導體基板之表面之雜質量。
於上述化合物半導體基板中，較好的是含有GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)、GaN(氮化鎵)、以及InN(氮化銦)之至少一種。
藉此可降低表面之雜質量，故可於高性能之化合物半導體基板上成長晶體。
本發明一態樣中之化合物半導體基板之表面處理方法係用以獲得上述化合物半導體基板之化合物半導體基板之表面處理方法，實施以下步驟。首先，實施準備化合物半導體基板之步驟(準備步驟)。繼而，實施研磨化合物半導體基板之步驟(研磨步驟)。接著，於研磨步驟(研磨步驟)後，實施如下步驟(酸洗步驟)，即，使用包含稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、以及有機酸之至少一種的酸性溶液而清洗化合物半導體基板。
根據本發明一態樣中之化合物半導體基板之表面處理方法，藉由研磨步驟後之酸洗步驟，可降低化合物半導體基板之表面之原子級凹凸。據此，可製造可降低成本、並減少表面之雜質量之化合物半導體基板。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是使用酸性溶液進行清洗之步驟(酸洗步驟)係於酸性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於酸洗步驟中可提高降低化合物半導體基板之表面之凹凸之速度。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是於使用酸性溶液進行清洗之步驟(酸洗步驟)之前，進而具備使用添加有酸性離子之pH值為8.0以上的混有酸之鹼性溶液而清洗化合物半導體基板之步驟(鹼洗步驟)。
藉由酸性離子可降低化合物半導體基板之表面之凹凸。又，藉由使pH值為8.0以上，可去除表面之異物(微粒子)。因此，可使清洗性與防止表面之原子級皺摺並存。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是使用混有酸之鹼性溶液進行清洗之步驟(混有酸之鹼洗步驟)係於混有酸之鹼性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於混有酸之鹼洗步驟中可提高降低化合物半導體基板之表面之凹凸的速度。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是於使用酸性溶液進行清洗之步驟(酸洗步驟)之前，進而具備使用濃度為50 ppm以上0.5%以下、且pH值為8.5以上之稀鹼性溶液而清洗化合物半導體基板之步驟(稀鹼洗步驟)。
藉由稀鹼性溶液可抑制表面之凹凸增加。因此，可使清洗性與防止表面之原子級皺摺並存。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是使用稀鹼性溶液進行清洗之步驟(稀鹼洗步驟)係於稀鹼性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於稀鹼洗步驟中可提高降低化合物半導體基板之表面之凹凸的速度。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是於研磨步驟(研磨步驟)後，進而具備立即使用還原劑研磨或清洗化合物半導體基板之步驟(還原劑步驟)。藉此，於研磨步驟中所使用之研磨劑中含有氯之情形時，可停止氯之作用，抑制表面皺摺。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是於使用還原劑進行研磨或清洗之步驟(還原劑步驟)中，使用pH值為8.5以上10.0以下之鹼性水溶液或氧化劑水溶液作為還原劑。藉此，於研磨步驟中所使用之研磨劑中含有氯之情形時，可停止氯之作用，抑制表面皺摺。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是於使用酸性溶液進行清洗之步驟(酸洗步驟)後，進而具備使用HF(氟化氫)或添加有雙氧水之HF清洗化合物半導體基板之步驟(沖洗步驟)。藉此，可去除存在於表面之矽等雜質。
本發明之其他態樣中之化合物半導體基板之表面處理方法係用以獲得上述化合物半導體基板之化合物半導體基板之表面處理方法，實施以下步驟。首先，實施準備化合物半導體基板之步驟(準備步驟)。繼而，實施研磨化合物半導體基板之步驟(研磨步驟)。接著，於研磨步驟(研磨步驟)後，立即實施使用還原劑而研磨或清洗化合物半導體基板之步驟(還原劑步驟)。並且，於使用還原劑進行研磨或清洗之步驟(還原劑步驟)後，具備使用添加有酸性離子之pH值為8.0以上之混有酸之鹼性溶液而清洗化合物半導體基板之步驟(混有酸之鹼洗步驟)。
根據本發明之其他態樣中之化合物半導體基板之表面處理方法，藉由緊接研磨步驟後之還原劑步驟，而抑制於研磨步驟中由研磨劑造成之表面皺摺。並且，藉由混有酸之鹼洗步驟，可進一步降低化合物半導體基板之表面之原子級凹凸。據此，可製造可降低成本、並減少表面之雜質量之化合物半導體基板。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是使用混有酸之鹼性溶液進行清洗之步驟(混有酸之鹼洗步驟)係於混有酸之鹼性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於混有酸之鹼洗步驟中可提高降低化合物半導體基板之表面之凹凸的速度。
本發明之進而其他態樣中之化合物半導體基板之表面處理方法係用以獲得上述化合物半導體基板之化合物半導體基板之表面處理方法，實施以下步驟。首先，實施準備化合物半導體基板之步驟(準備步驟)。繼而，實施研磨化合物半導體基板之步驟(研磨步驟)。接著，於研磨步驟(研磨步驟)後，立即實施使用還原劑而研磨或清洗化合物半導體基板之步驟(還原劑步驟)。並且，於使用還原劑進行研磨或清洗之步驟(還原劑步驟)後，實施使用濃度為50 ppm以上0.5%以下、且pH值為8.5以上之稀鹼性溶液而清洗化合物半導體基板之步驟(稀鹼洗步驟)。
根據本發明之進而其他態樣中之化合物半導體基板之表面處理方法，藉由研磨步驟後緊接之還原劑步驟而抑制於研磨步驟中由研磨劑所造成之表面皺摺。並且，藉由稀鹼洗步驟，可進一步降低化合物半導體基板之表面之原子級凹凸。據此，可製造可降低成本、並減少表面之雜質量之化合物半導體基板。
於上述化合物半導體基板之表面處理方法中，較好的是使用稀鹼性溶液進行清洗之步驟(稀鹼洗步驟)係於稀鹼性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於稀鹼洗步驟中可提高降低化合物半導體基板之表面之凹凸的速度。
本發明之化合物半導體晶體之製造方法具備下述步驟：進行上述化合物半導體基板之表面處理方法之步驟；後處理步驟，其於進行表面處理方法之步驟之後，於化合物半導體基板之表面上使含有構成化合物半導體基板之元素的至少一種之化合物半導體晶體成長。
根據本發明之化合物半導體晶體之製造方法，可形成於減少原子級凹凸、降低雜質量之化合物半導體基板之表面上，故而可製造結晶性優異之化合物半導體晶體。
[發明之效果]
根據本發明之化合物半導體基板之檢查方法，可確實地檢測出原子級凹凸。又，因可使用既存之AFM，故可降低成本。據此，可檢查可降低成本、並減少表面之雜質量之化合物半導體基板。
(定型文)根據聯繫附加圖式而加以理解之本發明相關之如下詳細說明，可清楚本發明之上述以及其他目的、特徵、態樣以及優點。
以下，基於圖式說明本發明之實施形態以及實施例。再者，於以下圖式中，對於相同或相當之部分標記相同參照符號，並不重複其說明。
(實施形態1)
就本發明之實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法加以說明。
實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法為化合物半導體基板之表面之檢查方法，於0.2 μm見方之視野中，以0.4 nm以下之間距，使用原子力顯微鏡測定化合物半導體基板之表面粗度Rms。
詳細而言，首先，於化合物半導體基板之表面上取0.2 μm以下見方之視野。視野為0.2 μm以下，較好的是0.05 μm以上0.18 μm以下，更好的是0.1 μm以上0.18 μm以下。化合物半導體基板之表面粗度Rms之週期較短者為2 nm之級，故為了確實地捕捉該凹凸，必須以0.4 nm以下之間距進行測定。例如利用Veeco公司製造之AFM(Dimension3000)，當進行最細微之取樣時，每1行為512個樣品，為512行，使間距達到0.4 nm，則形成0.2 μm之視野。若視野超過0.2 μm，則取樣時無法檢測出較短週期之凹凸，故資料不正確。藉由使視野達到0.18 μm以下，可利用現有之測定設備進行測定，且測定之樣品數亦充分，資料之正確性提昇。另一方面，其原因在於藉由使視野達到0.05 μm以上，至少可確保測定所需之樣品數。藉由使視野達到0.1 μm以上，可使測定之樣品數比較充分，而檢查化合物半導體基板之表面。
其次，於上述視野中，以0.4 nm以下之間距，使用原子力顯微鏡(AFM)測定化合物半導體基板之表面粗度Rms。間距為0.4 nm以下，較好的是0.05 nm以上0.4 nm以下，更好的是0.1 nm以上0.3 nm以下。若間距超過0.4 nm，則大於2個原子之大小，故無法充分測定原子級之化合物半導體基板之表面之凹凸。藉由使間距達到0.4 nm以下，可更加充分地測定原子級之化合物半導體基板之表面之凹凸。藉由使間距達到0.3 nm以下，可進一步充分地測定原子級之化合物半導體基板之表面之凹凸。另一方面，藉由使間距達到0.05 nm以上，可不會使測定之樣品數過多而進行測定。藉由使間距達到0.1 nm以上，而不會使測定之樣品數進一步過多，而容易進行測定。再者，先前係採用藉由測定自表面光學性漫反射之可見光而檢查化合物半導體基板之表面之霧度等的方法，但因其係照射如下之雷射光，故並不適於評估原子級凹凸之情形，上述雷射光具有與原子相比甚為巨大(百μm級)之徑、且具有原子之大小的百倍以上(數百μm級)之波長。
例如，於0.2 μm見方之視野中以0.39 nm之間距進行測定，則會測定每1行512個樣品、512行合計262144個樣品之表面粗度。並且，於該樣品之粗度曲線中，將自平均線至測定曲線之偏差的平方之平均值的平方根之值作為表面粗度Rms。藉由如此測定之表面粗度Rms，可測定原子級之化合物半導體基板之表面之凹凸。
又，於化合物半導體基板之表面之中心部分至少取1個視野。較好的是於化合物半導體基板之表面之中心部分及其周邊取3~5個視野。藉由設置3個以上視野，可對化合物半導體基板之整個表面測定表面粗度Rms，故可對化合物半導體基板之整個表面進行檢查。藉由設置5個以下視野，可迅速地進行檢查。
如以上所說明，根據本發明之實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法，其係化合物半導體基板之表面之檢查方法，於0.2 μm以下見方之視野中，以0.4 nm以下之間距，使用原子力顯微鏡測定化合物半導體基板之表面粗度Rms。使用AFM，以0.4 nm以下、即小於2個原子之大小之間距測定表面粗度Rms，藉此可確實地檢測出原子級凹凸。又，因使用既存之AFM對化合物半導體基板之表面測定原子級凹凸，故不會消耗成本。評估以該方法所測定之原子級凹凸、及實施磊晶成長後以SIMS(secondary ion mass spectrum，二次離子質譜)評估磊晶層與化合物半導體基板之界面的雜質量時，判明原子級凹凸與界面之雜質存在關係。藉由該方法，可降低成本，並減少成長於化合物半導體基板上之磊晶層與基板之界面之雜質量。
(實施形態2)
圖1A係表示本發明之實施形態2中之一化合物半導體基板之示意剖面圖，圖1B係表示本發明之實施形態2中之其他化合物半導體基板之示意側面圖。參照圖1A以及圖1B，說明本發明之實施形態2中之化合物半導體基板。如圖1A以及圖1B所示，本發明之實施形態2中之化合物半導體基板10、20，藉由本發明之實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法而測定之表面粗度Rms為0.2 nm以下。
詳細而言，化合物半導體基板10、20之表面11之表面粗度Rms為0.2 nm以下，較好的是0.18 nm以下，更好的是0.03 nm以上0.15 nm以下。若表面粗度Rms大於0.2 nm，則表面11之凹凸部分容易附著雜質原子，且難以脫離。因此，若於該表面11上使磊晶層成長，則即使於磊晶成長前進行加熱等亦會殘留雜質原子，故使磊晶層中進入雜質，導致結晶性惡化。藉由使表面粗度Rms達到0.18 nm以下，可進一步降低表面11之原子級凹凸，故可進一步減少表面11之雜質原子。藉由使表面粗度Rms達到0.15 nm以下，可進一步減少雜質原子。另一方面，藉由使表面粗度Rms達到0.03 nm以上，可形成現狀可實現之表面粗度Rms。
如圖1A所示，化合物半導體基板10例如包含1層。化合物半導體基板10較好的是包含GaAs、InP、GaN、以及InN之至少一種，更好的是包含GaAs、InP、GaN、以及InN之至少一種。包含該等材料之化合物半導體基板10可將於其表面11上成長之層用於多種用途。
又，如圖1B所示，化合物半導體基板20包含基板21與化合物半導體基板10該2層。化合物半導體基板10形成於基板21上。於此情形時，基板21與化合物半導體基板10之材質既可相同亦可不同。
再者，化合物半導體基板亦可為圖1A所示之一層化合物半導體基板10，亦可為圖1B所示之化合物半導體基板10形成於包含與其相同或不同材質之基板21上之化合物半導體基板20，亦可為包含3層以上之化合物半導體基板(未圖示)。
其次，參照圖1A、圖1B以及圖2，說明本發明之實施形態2中之化合物半導體基板之表面處理方法以及化合物半導體晶體之製造方法。再者，圖2係表示本發明之實施形態2中之化合物半導體晶體之製造方法的流程圖。
如圖2所示，於實施形態2中之化合物半導體基板之表面處理方法中，首先，實施準備化合物半導體基板10、20之準備步驟(S10)。於準備步驟(S10)中，準備圖1A或圖1B所示之化合物半導體基板10、20。又，於準備步驟(S10)中較好的是準備包含GaAs、InP、GaN、以及InN之至少一種之化合物半導體基板10、20，更好的是準備包含GaAs、InP、GaN、以及InN之至少一種之化合物半導體基板10、20。
其次，較好的是實施研磨化合物半導體基板10、20之研磨步驟(S20)。於研磨步驟(S20)中，藉由實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法而檢查之表面粗度Rms較好的是研磨至0.3 nm以下，更好的是研磨至0.2 nm以下。藉由研磨至0.3 nm以下，實施下述酸洗步驟(S30)可使化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms達到0.2 nm以下。藉由研磨至0.2 nm以下，可進一步降低化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms。
具體而言，於研磨步驟(S20)中，使用含有氯之研磨劑作為氧化劑。因此，通常於研磨後立即以純水實施水洗或研磨，而抑制表面粗度Rms增大。
又，於研磨步驟(S20)中，考慮到降低化合物半導體基板10、20之表面11之表面粗度Rms之觀點，較好的是使用除了氯以外而含有碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽等鹽者作為研磨劑。
其次，於研磨步驟(S20)後實施酸洗步驟(S30)，即，使用包含稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、以及有機酸之至少一種之酸性溶液，清洗化合物半導體基板10、20。於酸洗步驟(S30)中，使用酸性溶液，降低化合物半導體基板10、20之表面11的原子級凹凸，可使藉由實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法而測定之表面粗度Rms達到0.2 nm以下。
酸洗步驟(S30)中所使用之酸性溶液係稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、以及有機酸之至少一種。有機酸較好的使用例如甲酸、乙酸、草酸、乳酸、蘋果酸、以及檸檬酸等。酸性溶液之pH值較好的是0~4，更好的是1~3。較好的是稀鹽酸之濃度為0.001%~0.5%，稀硫酸之濃度為0.001%~0.5%，稀硝酸之濃度為0.001%~0.5%，有機酸之濃度為0.1%~1%。藉由使酸性溶液處於該範圍內，可進一步降低化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms。
於酸洗步驟(S30)中，較好的是於酸性溶液中添加氧化劑而進行。氧化劑並無特別限定，例如使用雙氧水等。藉由使用添加有氧化劑之酸性溶液而清洗化合物半導體基板10、20之表面11，可提昇酸洗步驟(S30)之速度。再者，氧化劑之濃度並無特別限定，例如較好的是5 ppm以上1質量%以下，更好的是10 ppm以上0.5質量%以下。藉由使氧化劑之濃度達到5 ppm以上，可抑制酸性溶液之清洗能力下降。藉由使氧化劑之濃度達到1質量%以下，可防止與表面11之酸化物、有機物、或微粒子等產生反應。
酸洗步驟(S30)中所使用之酸性溶液之溫度並無特別限定，較好的是設為室溫。藉由設為室溫，可使進行化合物半導體基板10、20之表面處理之設備簡化。
又，清洗時間並無特別限定，例如較好的是10秒以上300秒以下。於該範圍內實施酸洗步驟(S30)，則可削減酸性溶液之費用，謀求生產性提昇。再者，於該等清洗後，為去除酸或鹼液等清洗液，亦可實施純水沖洗步驟。進而，於最終之清洗步驟後之純水沖洗步驟後，以離心乾燥等去除化合物半導體基板10、20之水分。於該純水沖洗步驟時，藉由施加900~2000 kHz之超聲波，可防止微粒子附著。又，純水沖洗時，為防止化合物半導體基板10、20之表面之氧化，而使用氧濃度脫氣至100 ppb以下之純水。以下省略該等附加步驟。
對於藉由實施以上步驟(S10~S30)而獲得之化合物半導體基板10、20，藉由實施形態1之方法所測定之表面粗度Rms為0.2 nm以下之表面處理方法為本發明之實施形態2中之化合物半導體基板之表面處理方法。
其次，對於結束酸洗步驟(S30)之化合物半導體基板10、20實施後處理步驟(S40)，即，於化合物半導體基板10、20之表面11上使含有構成化合物半導體基板10、20之元素的至少一種之化合物半導體晶體成長。於後處理步驟(S40)中，於化合物半導體基板10、20之表面11上，實施例如使之磊晶成長而形成特定膜之成膜處理等。並且，較好的是形成複數個元件。於此情形時，於化合物半導體基板表面上形成特定構造後，為了將化合物半導體基板分割成各個元件，而實施例如進行切片等之分割步驟。以此方式可獲得使用化合物半導體基板之元件。此種元件例如搭載於導線架等。並且，藉由實施打線接合步驟等，可獲得使用上述元件之半導體裝置。
如以上所說明，根據本發明之實施形態2中之化合物半導體基板10、20，藉由實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法而測定之表面粗度Rms為0.2 nm以下。化合物半導體基板10、20之表面11可降低原子級凹凸，故於表面11上可充分減少氧原子等雜質原子，於化合物半導體基板10、20之表面11上形成磊晶成長層時無需多餘之加熱處理等。據此，可降低成本，並減少化合物半導體基板10、20之表面之雜質量。
於上述化合物半導體基板10、20中，較好的是含有GaAs、InP、GaN、以及InN之至少一種。藉此，可降低容易附著而難以去除之表面11之雜質濃度，可於高性能之化合物半導體基板10、20之上使晶體成長。
本發明之實施形態2中之化合物半導體基板10、20之表面處理方法係化合物半導體基板10、20之表面處理方法，具備下述步驟：準備化合物半導體基板10、20之準備步驟(S10)；研磨化合物半導體基板10、20之研磨步驟(S20)；於研磨步驟(S20)後，使用包含稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、以及有機酸之至少一種的酸性溶液而清洗化合物半導體基板10、20之酸洗步驟(S30)。藉由研磨步驟(S20)而降低化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms，藉由酸洗步驟(S30)可降低化合物半導體基板10、20之表面11之原子級凹凸。因此，可使化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms達到0.2 nm以下。據此，可製造可降低成本、並減少化合物半導體基板之表面之雜質量的化合物半導體基板10、20。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法中，較好的是於酸性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於酸洗步驟(S30)中，可提昇降低化合物半導體基板10、20之表面之凹凸的速度。
(實施形態3)
參照圖1A、圖1B、以及圖3，就本發明之實施形態3中之化合物半導體基板之表面處理方法加以說明。藉由實施形態3中之化合物半導體基板之表面處理方法而獲得之化合物半導體基板與圖1A以及圖1B所示之實施形態2中之化合物半導體基板同樣。再者，圖3係表示本發明之實施形態3中之化合物半導體晶體之製造方法的流程圖。
詳細而言，首先，實施準備化合物半導體基板10、20之準備步驟(S10)。因準備步驟(S10)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
其次，實施研磨化合物半導體基板10、20之研磨步驟(S20)。因研磨步驟(S20)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
其次，於研磨步驟(S20)後，立即實施使用還原劑研磨或清洗化合物半導體基板10、20之還原劑步驟(S50)。於還原劑步驟(S50)中，藉由停止研磨步驟(S20)中所使用之研磨劑中所包含的氯等氧化劑之作用，可將化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms維持在較低程度。
於還原劑步驟(S50)中，較好的是使用pH值為8.5以上10.0以下之鹼性水溶液或氧化劑水溶液作為還原劑。
此種還原劑並無特別限定，例如較好的是使用硫代硫酸鈉、氫氧化硼鉀、尿素等。還原劑之濃度並無特別限定，例如較好的是0.5%以上5%以下，更好的是1%以上3%以下。研磨或清洗之時間並無特別限定，例如較好的是5秒以上3分鐘以下。進而，酸、鹼、其鹽、以及氧化劑亦可用作還原劑。例如，可使用烴銨(胺)、肼、鹽酸、草酸、L-抗壞血酸等羧酸，L-抗壞血酸鈉、氫硫化鈉、次亞磷酸鹽、EDTA(ethylene diamine tetraacetate，乙二胺四乙酸鹽)等鹽，以及過氧化氫等氧化劑等。
藉由使用pH值為8.5以上10.0以下之鹼性水溶液作為還原劑步驟(S50)中使用之還原劑，可停止研磨步驟(S20)中所使用之研磨劑中所含有之氯等氧化劑的作用，或降低研磨步驟(S20)中之研磨率，藉此可將化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms維持在較低程度。
此種鹼性水溶液並無特別限定，考慮到純度之觀點，較好的使用氨水、四甲基氫氧化銨(TMAH)等胺(有機鹼)。
又，鹼性水溶液之pH值為8.5以上10.0以下，較好的是8.5以上9.0以下，更好的是8.7以上8.9以下。藉由使pH值達到8.5以上，可更加迅速地停止研磨步驟(S20)中所使用之研磨劑之作用。藉由使pH值達到8.7以上，可進一步迅速地停止研磨步驟(S20)中所使用之研磨劑之作用。另一方面，藉由使pH值達到10.0以下，而使化合物半導體基板10、20之表面11之原子級凹凸不會惡化。藉由使pH值達到9.0以下，而使表面11之原子級凹凸不會更加惡化。藉由使pH值達到8.9以下，而使表面11之原子級凹凸不會進一步惡化。使用鹼性水溶液作為還原劑之還原劑步驟(S50)之研磨時間較好的是10秒以上3分鐘以下。
實施還原劑步驟(S50)之方法可較好地使用於研磨步驟(S20)後立即將研磨劑替換為還原劑而進行短時間研磨之方法、或於研磨步驟(S20)後立即噴灑還原劑之方法。
於還原劑步驟(S50)中，既可利用複數種還原劑進行研磨或清洗，亦可利用單獨之還原劑進行研磨或清洗。
其次，於研磨步驟(S20)後，實施使用添加有酸性離子之pH值為8.0以上之混有酸之鹼性溶液而清洗化合物半導體基板10、20之混有酸之鹼洗步驟(S60)。於混有酸之鹼洗步驟(S60)中，使用鹼性溶液，降低化合物半導體基板10、20之表面11之原子級凹凸，使藉由實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法而測定之表面粗度Rms達到0.2 nm以下。
混有酸之鹼洗步驟(S60)中所使用之鹼性溶液之pH值為8.0以上，較好的是8.5以上，更好的是9.0以上。若使pH未達8.0，則難以去除附著於化合物半導體基板10、20之表面11之微粒子。藉由使pH值達到8.5以上，可更加去除附著於表面11之微粒子。藉由使pH值達到9.0以上，可進一步去除附著於表面11之微粒子。
混有酸之鹼性溶液若於添加有酸性離子之狀態下之pH值為8.0以上則並無特別限定，因容易去除表面11之微粒子，故較好的是含有包含氫氧化鈉(NaOH)水溶液、氫氧化鉀(KOH)水溶液、氨水、胺類之清洗液所組成之群中的一種。
混有酸之鹼性溶液中添加之酸性離子並無特別限定，例如可使用硫酸離子、氫氟酸離子、鹽酸離子、硝酸離子、乙酸離子、以及其他有機酸離子。藉由添加酸性離子，可抑制化合物半導體基板10、20之表面11之表面粗度Rms增加。
混有酸之鹼洗步驟(S60)更好的是於混有酸之鹼性溶液中添加氧化劑而進行。氧化劑並無特別限定，例如可使用雙氧水等。藉由使用添加氧化劑之鹼性溶液清洗化合物半導體基板10、20之表面11，可提昇混有酸之鹼洗步驟(S60)之速度。再者，氧化劑之濃度並無特別限定，例如較好的是5 ppm以上1質量%以下，更好的是50 ppm以上0.5質量%以下。藉由使氧化劑之濃度達到5 ppm以上，可抑制混有酸之鹼性溶液清洗能力下降。藉由使氧化劑之濃度達到1質量%以下，可防止與表面11之酸化物、有機物、或微粒子等產生反應。
混有酸之鹼洗步驟(S60)中所使用之混有酸之鹼性溶液之溫度並無特別限定，較好的是設為室溫。藉由設為室溫，可使進行化合物半導體基板10、20之表面處理之設備簡化。
又，清洗時間並無特別限定，例如較好的是10秒以上300秒以下。於該範圍內實施混有酸之鹼洗步驟(S60)，則可削減混有酸之鹼性溶液之費用，提昇生產性。
於混有酸之鹼洗步驟(S60)中，較好的是對鹼性水溶液施加超聲波。具體而言，使用例如圖4所示之超聲波裝置對清洗液施加振動(或搖動)。再者，圖4係表示混有酸之鹼洗步驟中所使用之處理裝置之剖面模式圖。若使用900~2000 kHz之頻率之超聲波作為超聲波，則更加有效。
如圖4所示，處理裝置具備：用以保持作為沖洗液之清洗液7之清洗浴槽1、設置於清洗浴槽1之底面之超聲波產生部件3、連接於超聲波產生部件3並用以控制超聲波產生部件3之控制部5。於清洗浴槽1之內部保持有清洗液7。又，形成於清洗液7中浸漬有用以保持複數個化合物半導體基板10之固持器9的狀態。固持器9上保持有作為清洗對象之複數個化合物半導體基板10。於清洗浴槽1之底面配置有超聲波產生部件3。
於混有酸之鹼洗步驟(S60)中進行化合物半導體基板10之清洗時，如圖4所示於清洗浴槽1之內部配置特定之清洗液7，將固持器9上所保持之化合物半導體基板10連同固持器9浸漬於清洗液7中。以此方式，可藉由清洗液7而清洗化合物半導體基板10之表面。
又，此時，亦可藉由控制部5控制超聲波產生部件3而產生超聲波。其結果對清洗液7施加超聲波。因此，由於清洗液7振動，故而可提高自化合物半導體基板10去除雜質或微粒子之效果。又，既可將清洗浴槽1配置於XY平移台等可搖動之部件上而使該部件搖動，藉此使清洗浴槽1搖動而攪拌(搖動)內部之清洗液7。或者，亦可藉由手工作業而連同固持器9一併搖動化合物半導體基板10，攪拌(搖動)清洗液7。於此情形時，與施加超聲波同樣，亦可提高自化合物半導體基板10去除雜質或微粒子之效果。
再者，處理裝置內之清洗液7為混有酸之鹼性溶液。又，化合物半導體基板10亦可為化合物半導體基板20。
其次，對結束混有酸之鹼洗步驟(S60)之化合物半導體基板10、20實施後處理步驟(S40)，即，於化合物半導體基板10、20之表面11上使包含構成化合物半導體基板10、20之元素的至少一種之化合物半導體晶體成長。因後處理步驟(S40)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
如以上所說明，根據本發明之實施形態3中之化合物半導體基板10、20之表面處理方法，其係化合物半導體基板10、20之表面處理方法，包括如下步驟：準備化合物半導體基板10、20之準備步驟(S10)；研磨化合物半導體基板10、20之研磨步驟(S20)；於研磨步驟(S20)後，立即使用還原劑清洗或研磨化合物半導體基板10、20之還原劑步驟(S50)；於還原劑步驟(S50)後，使用添加有酸性離子之pH值為8.0以上之混有酸之鹼性溶液而清洗化合物半導體基板10、20之混有酸之鹼洗步驟(S60)。藉由研磨步驟(S20)，降低化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms。藉由還原劑步驟(S50)，抑制研磨步驟(S20)中之研磨劑所導致之表面皺摺。藉由混有酸之鹼洗步驟(S60)，可利用混有酸之鹼性溶液去除附著於表面11之異物(微粒子)，並且可利用酸性離子去除表面11之原子級凹凸。即，於混有酸之鹼洗步驟(S60)中，可實現清洗性與防止混有酸之鹼性溶液導致表面皺摺之並存。據此，可進一步降低化合物半導體基板10、20之表面11之原子級凹凸，可進一步減少化合物半導體基板10、20之表面之雜質量。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法中，較好的是混有酸之鹼洗步驟(S60)係於混有酸之鹼性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於混有酸之鹼洗步驟(S60)中，可提昇降低化合物半導體基板10、20之表面之凹凸的速度。
(實施形態4)
參照圖1A、圖1B、以及圖5，就本發明之實施形態4中之化合物半導體基板之表面處理方法加以說明。藉由實施形態4中之化合物半導體基板之表面處理方法而獲得之化合物半導體基板與圖1A以及圖1B所示之實施形態2中之化合物半導體基板同樣。再者，圖5係表示本發明之實施形態4中之化合物半導體晶體之製造方法的流程圖。
詳細而言，首先，實施準備化合物半導體基板10、20之準備步驟(S10)。因準備步驟(S10)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
其次，實施研磨化合物半導體基板10、20之研磨步驟(S20)。因研磨步驟(S20)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
其次，於研磨步驟後，立即實施使用還原劑研磨或清洗化合物半導體基板10、20之還原劑步驟(S50)。因還原劑步驟(S50)與實施形態3同樣，故並不重複其說明。
其次，於還原劑步驟(S50)後，實施稀鹼洗步驟(S70)，即，使用濃度為50 ppm以上0.5%以下、且pH值為8.5以上之稀鹼性溶液，清洗化合物半導體基板10、20。於稀鹼洗步驟(S70)中，使用稀鹼性溶液，降低化合物半導體基板10、20之表面11之原子級凹凸，使藉由實施形態1中之化合物半導體基板之檢查方法而測定之表面粗度Rms達到0.2 nm以下。
稀鹼洗步驟(S70)中所使用之稀鹼性溶液之濃度為50 ppm以上0.5%以下，較好的是1.00 ppm以0.3%以下。若使濃度低於50 ppm，則稀鹼性溶液之清洗能力會下降。藉由設為100 ppm以上，稀鹼性溶液之清洗能力會提昇。另一方面，若使濃度高於0.5%，則會與表面11之微粒子等產生反應。藉由設為0.3%以下，可抑制與表面11之微粒子等產生反應。
稀鹼洗步驟(S70)中所使用之稀鹼性溶液之pH值為8.5以上，較好的是8.7以上12.0以下，更好的是8.8以上11.0以下。若使pH值未達8.5，則難以去除附著於化合物半導體基板10、20之表面11之微粒子，藉由使pH值達到8.7以上，可更加去除附著於表面11之微粒子。藉由使pH值達到8.8以上，可進一步去除附著於表面11之微粒子。另一方面，藉由使pH值達到12.0以下，有降低表面皺摺之效果。其原因在於，藉由使pH值達到11.0以下，幾乎可停止表面皺摺之增加。
若稀鹼性溶液之濃度為50 ppm以上0.5%(相當於5000 ppm)以下，且pH值為8.5以上，則並無特別限定，因易於去除表面11之微粒子，故較好的是選自由含有如下成分之清洗液所組成之群中之至少1種：乙基羥基胺、2-乙氧基乙基胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙胺、三甲胺、二乙胺、二甲胺、乙醇胺、三甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、以及四甲基氫氧化銨。
稀鹼洗步驟(S70)較好的是於稀鹼性溶液中添加氧化劑而進行。氧化劑並無特別限定，較好的是使用例如雙氧水等。藉由使用添加有氧化劑之稀鹼性溶液清洗化合物半導體基板10、20之表面11，可提昇稀鹼洗步驟(S70)之速度。再者，氧化劑之濃度並無特別限定，例如較好的是5 ppm以上1質量%以下，更好的是50 ppm以上0.5質量%以下。藉由使氧化劑之濃度達到5 ppm以上，可抑制稀鹼性溶液之清洗能力下降。藉由使氧化劑之濃度達到1質量%以下，可防止與表面11之酸化物、有機物、或微粒子等產生反應。
稀鹼洗步驟(S70)中所使用之稀鹼性溶液之溫度並無特別限定，較好的是設為室溫。藉由設為室溫，可簡化進行化合物半導體基板10、20之表面處理之設備。
又，清洗時間並無特別限定，例如較好的是10秒以上300秒以下。若於該範圍內實施稀鹼洗步驟(S70)，則可削減稀鹼性溶液之費用，實現生產性之提昇。
於稀鹼洗步驟(S70)中，施加900~2000 kHz之超聲波，亦可有效去除附著於化合物半導體基板10、20之表面11之微粒子。進而，於稀鹼洗步驟(S70)後，較好的是實施純水沖洗步驟。純水沖洗步驟中所使用之純水較好的是溶存氧為100 ppb以下。進而於純水沖洗步驟後，必須以離心乾燥等甩掉水分。
其次，對於結束稀鹼洗步驟(S70)之化合物半導體基板10、20實施後處理步驟(S40)，即，於化合物半導體基板10、20之表面11上使含有構成化合物半導體基板10、20之元素之至少1種的化合物半導體晶體成長。因後處理步驟(S40)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
如以上所說明，根據實施形態4中之化合物半導體基板之表面處理方法，其係化合物半導體基板10、20之表面處理方法，其具備如下步驟：準備化合物半導體基板10、20之準備步驟(S10)；研磨化合物半導體基板10、20之研磨步驟(S20)；於研磨步驟(S20)後，立即使用還原劑研磨或清洗化合物半導體基板10、20之還原劑步驟(S50)；於還原劑步驟(S50)後，使用濃度為50 ppm以上0.5%以下、且pH值為8.5以上之稀鹼性溶液，清洗化合物半導體基板10、20之稀鹼洗步驟(S70)。藉由研磨步驟(S20)，而降低化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms。藉由還原劑步驟(S50)，而抑制研磨步驟(S20)中之研磨劑所造成之表面皺摺。藉由稀鹼洗步驟(S70)，可利用稀鹼性溶液去除附著於表面11之異物(微粒子)。即，於稀鹼洗步驟(S70)中，可使清洗性與防止稀鹼性溶液造成之表面皺摺並存，據此，可進一步降低化合物半導體基板10、20之表面11之原子級凹凸，進一步減少化合物半導體基板之表面之雜質量。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法中，較好的是稀鹼洗步驟(S70)係於稀鹼性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於稀鹼洗步驟(S70)中可提昇降低化合物半導體基板10、20之表面之凹凸的速度。
(實施形態5)
參照圖1A、圖1B、以及圖6，就本發明之實施形態5中之化合物半導體基板之表面處理方法加以說明。藉由實施形態5中之化合物半導體基板之表面處理方法所獲得之化合物半導體基板與圖1A、圖1B所示之實施形態2中之化合物半導體基板。再者，圖6係表示本發明之實施形態5中之化合物半導體晶體之製造方法的流程圖。
詳細而言，首先，實施準備化合物半導體基板10、20之準備步驟(S10)。因準備步驟(S10)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
其次，實施研磨化合物半導體基板10、20之研磨步驟(S20)。因研磨步驟(S20)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
其次，於研磨步驟(S20)後立即實施使用還原劑研磨或清洗化合物半導體基板10、20之還原劑步驟(S50)。因還原劑步驟(S50)與實施形態3同樣，故並不重複其說明。
其次，於酸洗步驟(S30)之前，實施使用添加有酸性離子之pH值為8.0以上之混有酸之鹼性溶液而清洗化合物半導體基板10、20之混有酸之鹼洗步驟(S60)。因混有酸之鹼洗步驟(S60)與實施形態3同樣，故並不重複其說明。
其次，亦可實施使用濃度為50 ppm以上0.5%以下、且pH值為8.5以上之稀鹼性溶液而清洗化合物半導體基板10、20之稀鹼洗步驟(S70)，來替代上述混有酸之鹼洗步驟(S60)。因稀鹼洗步驟(S70)與實施形態4同樣，故並不重複其說明。再者，亦可實施混有酸之鹼洗步驟(S60)以及稀鹼洗步驟(S70)兩者之清洗步驟。
其次，實施酸洗步驟(S30)，即，使用包含稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、以及有機酸之至少1種之酸性溶液而清洗化合物半導體基板10、20。因酸洗步驟(S30)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
其次，根據後處理步驟(S40)之方法，亦可實施使用HF或添加有雙氧水之HF進行清洗之沖洗步驟(S80)。沖洗步驟(S80)以H原子或F原子使化合物半導體基板10、20之表面11封端，而去除Si。藉此，可進一步降低半絕緣性化合物半導體基板上與磊晶層之界面洩漏。
於沖洗步驟(S80)中，使用HF或添加有雙氧水之HF。HF之pH值較好的是3.0~6.5，更好的是4.0~6.0。HF之濃度較好的是0.1%~3%。雙氧水之濃度較好的是0.05%~2%。
其次，對於結束沖洗步驟(S80)之化合物半導體基板10、20實施後處理步驟(S40)，即，於化合物半導體基板10、20之表面11上使含有構成化合物半導體基板10、20之元素之至少1種的化合物半導體晶體成長，因後處理步驟(S40)與實施形態2同樣，故並不重複其說明。
如以上所說明，本發明之實施形態5中之化合物半導體基板10、20之表面處理方法，於酸洗步驟(S30)之前，進而具備混有酸之鹼洗步驟(S60)，即，使用添加有酸性離子之pH值為8.0以上之混有酸之鹼性溶液清洗化合物半導體基板10、20。藉由於酸洗步驟(S30)之前實施混有酸之鹼洗步驟(S60)，可去除於酸洗步驟(S30)中難以去除之存在於化合物半導體基板10、20之表面11之異物(微粒子)、或研磨步驟(S20)中所殘存之研磨劑。藉由於混有酸之鹼洗步驟(S60)後實施酸洗步驟(S30)，可進一步提昇化合物半導體基板10、20之表面粗度Rms。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法，較好的是混有酸之鹼洗步驟(S60)係於混有酸之鹼性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於混有酸之鹼洗步驟(S60)中，可提昇降低化合物半導體基板10、20之表面之凹凸的速度。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法中，較好的是於酸洗步驟(S30)之前進而具備稀鹼洗步驟(S70)，即，使用濃度為50 ppm以上0.5%以下、且pH值為8.5以上之稀鹼性溶液而清洗化合物半導體基板10、20。藉由稀鹼性溶液，可去除於酸洗步驟(S30)中難以去除之存在於化合物半導體基板10、20之表面11之異物等、或研磨步驟(S20)中所殘存之研磨劑。因此，可使清洗性與防止表面之原子級皺摺並存。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法中，較好的是稀鹼洗步驟(S70)係於稀鹼性溶液中添加氧化劑而進行。藉此，於稀鹼洗步驟(S70)中可提昇降低化合物半導體基板之表面之凹凸的速度。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法中，較好的是於研磨步驟(S20)後，進而具備立即使用還原劑研磨或清洗化合物半導體基板10、20之還原劑步驟(S50)。藉此，可停止研磨步驟(S20)中之研磨劑所含有之氧化劑即氯之作用，而抑制表面皺摺。又，因使用廉價之藥品之還原劑，故與一直供給低溫純水之情形相比，可大幅度削減能量成本。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法中，較好的是於還原劑步驟(S50)中，使用pH值為8.5以上10.0以下之鹼性水溶液或氧化劑水溶液作為還原劑。藉此，於研磨步驟(S20)中所使用之研磨劑中含有氯之情形時，可停止氯之作用，進一步抑制表面皺摺。
於上述化合物半導體基板10、20之表面處理方法中，較好的是於酸洗步驟(S30)後，進而具備使用HF或添加有雙氧水之HF進行清洗之沖洗步驟(S80)。藉由以H原子或F原子使表面11封端，不僅可去除存在於表面11之氧，亦可去除矽等雜質。因此，可減少表面11之原子級凹凸，並且亦可防止矽系之汚染。據此，可減少化合物半導體基板10、20之表面之氧原子以及Si原子，可獲得用於高速裝置而洩漏較少之品質優良之元件。
[實施例1]
為確認本發明之化合物半導體基板之檢查方法的效果，準備如下之試料，測定試料表面之表面粗度Rms以及氧濃度。以下，就準備之試料、測定方法、以及測定結果加以說明。
(試料1)
首先，實施準備步驟(S10)。具體而言，使用以VB(Vertical Bridgeman，垂直布裏奇曼)法成長之摻雜有C(碳)之GaAs單晶塊。並且，於(100)面上使該GaAs單晶塊於<110>方向傾斜0.5°，實施外周倒角，使用雙頭研磨機(浜井產業公司製造)對雙面進行研磨。藉此，準備化合物半導體基板。
其次，實施研磨步驟(S20)。具體而言，以研磨布(Rodel公司製造之「SUBA400」)，使用添加有膠體二氧化矽(日產化學公司製造)之研磨劑(Fujimi Incorporated公司製造之「INSC研磨劑」)，雙面研磨化合物半導體基板。其後，以鹼性清洗液清洗經雙面研磨之化合物半導體基板。其後，使用單面研磨機(不二越機械公司製造)，以研磨劑(Fujimi Incorporated公司製造之「INSEC研磨劑」)，對化合物半導體基板進行單面研磨。
其次，實施還原劑步程(S50)。具體而言，於研磨步驟(S20)後，立即清洗合物半導體基板，其次，以純水清洗化合物半導體基板。
其次，實施混有酸之鹼洗步驟(S60)。使用於1%之四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液中滴加鹽酸而將pH值調整為10之水溶液，作為pH值為8.0以上之混有酸之鹼性溶液。並且，將混有酸之鹼性溶液作為清洗液，使用圖4所示之處理裝置，並施加2 MHz之超聲波，去除附著於化合物半導體基板之表面之異物。
其次，於純水沖洗步驟後，實施酸洗步驟(S30)。具體而言，使用0.1%之HCl清洗化合物半導體基板。其次，於純水沖洗步驟後，實施沖洗步驟(S80)，具體而言。以0.1%之HF清洗化合物半導體基板後，以溶存氧量50 ppb之超純水進行沖洗，以離心乾燥機實施乾燥。藉此，獲得試料1中之化合物半導體基板。再者，根據本發明之化合物半導體基板之表面處理方法而實施，將試料1之化合物半導體基板製成本發明之化合物半導體基板之範圍內者。
其次，實施後處理步驟(S40)。具體而言，對於實施沖洗步驟(S80)後之化合物半導體基板，以MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬氣相成長)裝置使之磊晶成長而形成包含GaAlAs之磊晶層。
(試料2)
試料2之化合物半導體基板基本上具有與試料1之製造方法同樣之構成，僅於省略酸洗步驟(S30)以及沖洗步驟(S80)方面不同。再者，根據本發明之化合物半導體基板之表面處理方法而實施，將試料2之化合物半導體基板製成本發明之化合物半導體基板之範圍內者。
(試料3)
試料3之化合物半導體基板基本上具有與試料1之製造方法同樣之構成，僅於省略還原劑步驟(S50)、混有酸之鹼洗步驟(S60)中之鹽酸之滴加、酸洗步驟(S30)、以及沖洗步驟(S80)方面不同。再者，試料3之化合物半導體基板與本發明之化合物半導體基板之表面處理方法不同，而製成本發明之化合物半導體基板之範圍外者。
(試料4)
試料4之化合物半導體基板基本上具有與試料1之製造方法同樣之構成，僅於省略還原劑步驟(S50)、混有酸之鹼洗步驟(S60)中之鹽酸之滴加、以及酸洗步驟(S30)方面不同。再者，試料4之化合物半導體基板與本發明之化合物半導體基板之表面處理方法不同，而製成本發明之化合物半導體基板之範圍外者。
(試料5)
試料5之化合物半導體基板基本上具有與試料1之製造方法同樣之構成，僅於省略還原劑步驟(S50)、酸洗步驟(S30)、以及沖洗步驟(S80)方面不同。再者，試料5之化合物半導體基板與本發明之化合物半導體基板之表面處理方法不同，而製成本發明之化合物半導體基板之範圍外者。
(測定方法)
針對試料1~5，以10 μm見方之視野、1 μm見方之視野、0.2 μm見方之視野分別測定表面Rms。具體而言，對沖洗步驟(S80)後之化合物半導體基板，以AFM(Veeco公司製造之「Dimension3000)，分別以0.38 nm之間距，每1行為512個樣品，對512行測定表面粗度。此時，使用計時模式。並且，根據其測定結果而求得表面粗度Rms。
針對試料1~5，對於後處理步驟(S40)後之化合物半導體基板與磊晶層之界面測定作為雜質之O(氧)之量。具體而言，針對實施後處理步驟(S40)而獲得之化合物半導體晶體，對於原本之化合物半導體基板與磊晶層之界面，使用KAMEKA公司製造之磁場型2次離子質量分析裝置(SIMS)，自磊晶層之表面側藉由Cs離子進行濺鍍，以分析器計數取出之2次離子，分別測定O之量(單位：atoms/cm3)。
(測定結果)
測定結果示於表1以及圖7。再者，圖7係表示視野之大小與表面粗度Rms之關係之圖。圖7中，縱軸表示化合物半導體基板之表面粗度Rms(單位：nm)，橫軸表示所測定之視野之大小。
如表1以及圖7所示，可知以0.2 μm見方之視野測定之表面粗度Rms越小，化合物半導體基板之界面之O量越少。另一方面，以1 μm見方之視野以及10 μm見方之視野所測定之表面粗度Rms與化合物半導體基板之O量未必相關。即，即使以1 μm見方之視野以及10 μm見方之視野所測定之表面粗度Rms較小，O量未必較少。
如以上所說明，根據實施例1，以0.2 μm見方以內之視野所測定之表面粗度Rms較小之情形時，可確認化合物半導體基板之表面之雜質濃度較低。
[實施例2]
為確認本發明之化合物半導體基板及其表面處理方法之效果，準備如下之試料，測定試料表面之雜質濃度。
(實施例2中之試料之製作)
首先，實施準備步驟(S10)。具體而言，以LEC法(液封直拉法)使用InP單晶塊。並且，將該InP單晶塊以內周刃切片機進行切片，獲得InP單晶。對該InP單晶晶圓之外周進行倒角，實施雙面研磨後，實施蝕刻。
其次，實施研磨步驟(S20)。具體而言，將準備步驟(S10)中所準備之化合物半導體基板貼附於陶瓷研磨片上。並且，使用硬質之研磨布(Rodel公司製造之「SUBA600」)，對化合物半導體基板進行1次研磨。並且，以仿麂皮研磨布，使用添加有膠體二氧化矽(扶桑化學公司製造)氯化氰尿酸鹽(日產化學工業公司製造)、以及有機酸鹽(關東化學公司製造)之酸性氯系研磨劑(Fujimi Incorporated公司製造)，對化合物半導體基板進行2次研磨。
其次，實施酸洗步驟(S30)。具體而言，使用0.3%之稀硫酸作為酸性溶液。
測定如此獲得之試料之表面粗度Rms時，Rms為0.15 nm。藉此，獲得實施例2中之化合物半導體基板。
其次，實施後處理步驟(S40)。具體而言，對於酸洗步驟(S30)後之化合物半導體基板以MOCVD裝置使之磊晶成長而形成包含GaAlAs之磊晶層。
(比較例1中之試料之製作)
比較例1基本上與實施例2之試料之製作同樣進行，僅於並不實施酸洗步驟(S30)而使用鹼性之2.5% TMAH水溶液作為清洗液來進行清洗方面不同。使用Veeco公司製造之AFM(Dimension5000)測定如此獲得之試料之表面粗度Rms時，Rms為0.25 nm。藉此，獲得比較例1中之化合物半導體基板。
(測定方法)
後處理步驟(S40)實施後，與實施例1同樣，對各試料以SIMS分析化合物半導體基板之表面與磊晶成長層之界面之氧量。
(測定結果)
比較例1之氧量較多為2×1018 atoms/cm3。另一方面，實施例2之化合物半導體基板之氧量可低於比較例1為3×1017 atoms/cm3。
如以上所說明，根據本發明之實施例2可確認，藉由具備酸洗步驟(S30)，可使表面粗度Rms為0.2 nm以下。又，可確認藉由使表面粗度Rms達到0.2 nm以下，可降低雜質量。
[實施例3]
為確認本發明之化合物半導體基板及其表面處理方法之效果而準備如下之試料，測定試料表面之雜質濃度。再者，測定方法與實施例2同樣。
(實施例3中之試料之製作)
準備步驟(S10)製作與實施例1中之試料1同樣之實施例3之試料。其後，以次氯酸系研磨劑實施研磨步驟(S20)後，立即向化合物半導體基板噴淋0.1%之雙氧水作為還原劑，實施使研磨劑之氧化劑還原之還原劑步驟(S50)。其後，以1%之氨水實施混有酸之鹼洗步驟(S60)。
(比較例2中之試料之製作)
比較例2之試料並不具備還原劑步驟(S50)以及混有酸之鹼研磨步驟(S60)，且以高濃度鹼性清洗液實施清洗。具體而言，於比較例2中，於研磨步驟(S20)後以純水實施清洗。並且，並不實施還原劑步驟(S50)，而以pH值為12之1%之四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液清洗化合物半導體基板。再者，測定沖洗步驟(S80)實施後所獲得之試料之表面粗度Rms時，Rms為0.35 nm。藉此，獲得比較例2中之化合物半導體基板。
(測定結果)
比較例2之化合物半導體基板之雜質量較多為2×1018 atoms/cm3。另一方面，實施例3之化合物半導體基板之表面粗度Rms為0.1 nm，雜質量可大幅度低於比較例2為1×1017 atoms/cm3。
如以上所說明，根據本發明之實施例3可確認，藉由具備還原劑步驟(S50)以及混有酸之鹼洗步驟(S60)，可使表面粗度Rms為0.2 nm以下。又，可確認藉由使表面粗度Rms達到0.2 nm以下，可降低雜質量。
[實施例4]
為確認本發明之化合物半導體基板及其表面處理方法之效果而準備如下之試料，測定試料表面之雜質濃度。再者，測定方法與實施例2同樣。
(實施例4中之試料之製作)
首先，實施準備步驟(S10)。具體而言，使用以HVPE法(氫化物氣相磊晶法：Hydride Vapor Phase Epitaxy)而成長之GaN獨立基板。並且，對該GaN基板之外周進行倒角，以金剛石磨輪進行平面研削。
其次，實施研磨步驟(S20)。具體而言，以金剛石研磨膏對GaN基板之表面進行1次研磨。其後，以添加有次氯酸鈉之氧化劑之酸性膠體二氧化矽研磨液進行2次研磨。再者，進行1次研磨以及2次研磨後，以0.5%之雙氧水實施還原劑步驟(S50)。其後，以有機酸進行清洗。
其次，將稀鹼性之溶液作為清洗液，實施稀鹼洗步驟(S70)。具體而言，使用0.3%之膽鹼作為稀鹼性溶液。其次，實施酸洗步驟(S30)。具體而言，使用添加有雙氧水之0.5%之稀硫酸作為酸性溶液。
測定如此獲得之試料之表面粗度Rms時，Rms為0.1 nm。藉此，獲得實施例4中之化合物半導體基板。
其次，實施後處理步驟(S40)。具體而言，對酸洗步驟(S30)後之化合物半導體基板以MOCVD使之磊晶成長而形成包含AlGaAs之磊晶層。
(比較例3中之試料之製作)
並不實施研磨步驟(S20)後緊接之還原劑步驟(S50)，而藉由與實施例4相同之稀鹼性溶液清洗比較例3之試料(實施稀鹼洗步驟(S70))。再者，並不實施酸洗步驟(S30)。測定藉此獲得之試料之表面粗度Rms時Rms為04 nm。藉此，獲得比較例3中之化合物半導體基板。
(測定結果)
比較例3之化合物半導體基板之氧量較多為5×1018 atoms/cm3。另一方面，實施例4之化合物半導體基板之氧量可低於比較例3為3×1017 atoms/cm3。
如以上所說明，根據本發明之實施例4可確認，藉由實施還原劑步驟(S50)、稀鹼洗步驟(S70)、以及酸洗步驟(S30)，可使表面粗度Rms為0.2 nm以下。又，可確認藉由使表面粗度Rms達到0.2 nm以下，可降低雜質量。
[實施例5]
為確認本發明之化合物半導體基板之表面處理方法之效果而準備如下之試料，測定試料表面之表面粗度Rms。再者，測定方法與實施例2同樣。
首先，實施準備步驟(S10)。具體而言，準備以HB(Horizontal Bridgeman method，水平布裏奇曼法)法使之成長之n型GaAs基板。其次，實施研磨步驟(S20)。具體而言，以含有異氰尿酸鹽之研磨劑進行研磨。其次，實施還原劑步驟(S50)。使用0.1%之氫氧化2-羥基乙基三甲基銨水溶液作為還原劑實施1分鐘研磨。其次，實施稀鹼洗步驟(S70)。具體而言，使用0.5%之氫氧化2-羥基乙基三甲基銨水溶液，實施超聲波清洗。藉此，獲得實施例5中之化合物半導體基板。測定所獲得之化合物半導體基板之表面粗度Rms之結果為0.15 nm。
[實施例6]
為確認本發明之化合物半導體基板之表面處理方法之效果而準備如下之試料，測定試料表面之表面粗度Rms。再者，測定方法與實施例2同樣。
實施例6中之試料基本上與實施例5之試料相同，僅於稀鹼洗步驟(S70)中添加0.1%之雙氧水而實施超聲波清洗方面不同。其結果，測定所獲得之化合物半導體基板之表面粗度Rms之結果為0.17 nm。
[實施例7]
為確認本發明之化合物半導體基板之表面處理方法之效果而準備如下之試料，測定試料表面之表面粗度Rms。再者，測定方法與實施例2同樣。
首先，實施準備步驟(S10)。具體而言，準備以LEC法成長之n型GaAs。其次，實施研磨步驟(S20)。具體而言，以含有次氯酸鈉之研磨劑作為還原劑而進行研磨。其次，實施還原劑步驟(S50)。具體而言，向研磨後之化合物半導體基板噴灑0.05%之三甲基氫氧化物水溶液作為還原劑。其次，實施混有酸之鹼洗步驟(S60)。具體而言，於向1.5%之氨水溶液中添加硫酸而將pH值調整為8.5之水溶液中實施超聲波清洗。測定所獲得之化合物半導體基板之表面粗度Rms之結果為0.11 nm。
[實施例8]
為確認本發明之化合物半導體基板之表面處理方法之效果而準備如下之試料，測定試料表面之表面粗度Rms。再者，測定方法與實施例2同樣。
實施例8中之試料基本上與實施例7之試料相同，僅於混有酸之鹼洗步驟(S60)中添加0.2%之雙氧水實施超聲波清洗方面不同。其結果，測定所獲得之化合物半導體基板之表面粗度Rms之結果為0.14 nm。
應認為此次揭示之實施形態以及實施例之所有方面皆為例示而並非限定性者。本發明之範圍並非上述實施形態而藉由申請專利範圍所揭示，意圖包括與申請專利範圍均等之意義以及範圍內之所有改變。
1．．．清洗浴槽
3．．．超聲波產生部件
5．．．控制部
7．．．清洗液
9．．．固持器
10、20．．．化合物半導體基板
11．．．表面
21．．．基板
圖1A係表示本發明之實施形態2中之一化合物半導體基板之示意剖面圖，圖1B係表示本發明之實施形態2中之其他化合物半導體基板之示意側視圖。
圖2係表示本發明之實施形態2中之化合物半導體晶體之製造方法之流程圖。
圖3係表示本發明之實施形態3中之化合物半導體晶體之製造方法之流程圖。
圖4係表示混有酸之鹼洗步驟中所使用之處理裝置之剖面模式圖。
圖5係表示本發明之實施形態4中之化合物半導體晶體之製造方法之流程圖。
圖6係表示本發明之實施形態5中之化合物半導體晶體之製造方法之流程圖。
圖7係表示視野大小與表面粗度Rms之關係之圖。
(無元件符號說明)

Claims (17)

  1. 一種化合物半導體基板之檢查方法，其係化合物半導體基板之表面之檢查方法，以可檢測出上述化合物半導體基板表面之原子級凹凸之方式，於0.2μm以下見方之視野中，以0.4nm以下之間距，使用原子力顯微鏡測定化合物半導體基板之表面粗度Rms，藉此可篩選出表面之雜質量已減少之上述化合物半導體基板。
  2. 一種化合物半導體基板(10、20)，其0.4nm以下之間距測得之表面粗度Rms為0.2nm以下，俾表面之雜質量減少。
  3. 如請求項2之化合物半導體基板(10、20)，其含有GaAs、InP、GaN、以及InN之至少一種。
  4. 一種化合物半導體基板之表面處理方法，其具備下述步驟：準備化合物半導體基板之步驟(S10)，研磨上述化合物半導體基板使表面粗度Rms成為0.3nm以下之步驟(S20)，於上述研磨步驟(S20)後，使用包含稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸、以及有機酸之至少一種的酸性溶液清洗上述化合物半導體基板以使表面粗度Rms成為0.2nm以下之步驟(S30)。
  5. 如請求項4之化合物半導體基板之表面處理方法，其中使用上述酸性溶液進行清洗之步驟(S30)係於上述酸性溶 液中添加氧化劑而進行。
  6. 如請求項4之化合物半導體基板之表面處理方法，其中於使用上述酸性溶液進行清洗之步驟(S30)之前，進而具備使用添加有酸性離子之pH值為8.0以上之混有酸之鹼性溶液而清洗上述化合物半導體基板之步驟(S60)。
  7. 如請求項6之化合物半導體基板之表面處理方法，其中使用上述混有酸之鹼性溶液進行清洗之步驟(S60)係於上述混有酸之鹼性溶液中添加氧化劑而進行。
  8. 如請求項4之化合物半導體基板之表面處理方法，其中於使用上述酸性溶液進行清洗之步驟(S30)之前，進而具備使用濃度為50ppm以上0.5%以下、且pH值為8.5以上之稀鹼性溶液而清洗上述化合物半導體基板之步驟(S70)。
  9. 如請求項8之化合物半導體基板之表面處理方法，其中使用上述稀鹼性溶液進行清洗之步驟(S70)係於上述稀鹼性溶液中添加氧化劑而進行。
  10. 如請求項4之化合物半導體基板之表面處理方法，其中於上述研磨步驟(S20)後，進而具備立即使用還原劑研磨或清洗上述化合物半導體基板之步驟(S50)。
  11. 如請求項10之化合物半導體基板之表面處理方法，其中於使用上述還原劑進行研磨或清洗之步驟(S50)中，使用pH值為8.5以上10.0以下之鹼性水溶液或氧化劑水溶液作為上述還原劑。
  12. 如請求項4之化合物半導體基板之表面處理方法，其中 於使用上述酸性溶液進行清洗之步驟(S30)後，進而具備使用HF或添加有雙氧水之HF而清洗上述化合物半導體基板之步驟(S80)。
  13. 一種化合物半導體基板之表面處理方法，其具備下述步驟：準備化合物半導體基板之步驟(S10)，研磨上述化合物半導體基板使表面粗度Rms成為0.3nm以下之步驟(S20)，於上述研磨步驟(S20)後，立即使用還原劑對上述化合物半導體基板進行研磨或清洗之步驟(S50)，於使用上述還原劑進行研磨或清洗之步驟(S50)後，使用添加有酸性離子之pH值為8.0以上之混有酸之鹼性溶液清洗上述化合物半導體基板以使表面粗度Rms成為0.2nm以下之步驟(S60)。
  14. 如請求項13之化合物半導體基板之表面處理方法，其中使用上述混有酸之鹼性溶液進行清洗之步驟(S60)係於上述混有酸之鹼性溶液中添加氧化劑而進行。
  15. 一種化合物半導體基板之表面處理方法，其具備下述步驟：準備化合物半導體基板之步驟(S10)，研磨上述化合物半導體基板使表面粗度Rms成為0.3nm以下之步驟(S20)，於上述研磨步驟(S20)後，立即使用還原劑對上述化合物半導體基板進行研磨或清洗之步驟(S50)， 於使用上述還原劑進行研磨或清洗之步驟(S50)後，使用濃度為50ppm以上0.5%以下、且pH值為8.5以上之稀鹼性溶液清洗上述化合物半導體基板以使表面粗度Rms成為0.2nm以下之步驟(S70)。
  16. 如請求項15之化合物半導體基板之表面處理方法，其中使用上述稀鹼性溶液進行清洗之步驟(S70)係於上述稀鹼性溶液中添加氧化劑而進行。
  17. 一種化合物半導體晶體之製造方法，其具備下述步驟：進行如請求項4之化合物半導體基板之表面處理方法之步驟，及後處理步驟(S40)，其於進行上述表面處理方法之步驟之後，於上述化合物半導體基板之表面上使包含構成上述化合物半導體基板之元素的至少一種之化合物半導體晶體成長。
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