GaAs基板的洗涤方法、GaAs基板的制造方法、外延基板的制造方法以及GaAs晶片的制作方法

专利名称：GaAs基板的洗涤方法、GaAs基板的制造方法、外延基板的制造方法以及GaAs晶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及GaAs基板的洗涤方法、GaAs晶片的制造方法、外延基板的制造方法以及GaAs晶片。
背景技术：
专利文献1中记载有洗涤方法。在该方法中，通过将GaAs基板在氢氟酸中浸渍10分钟，连同自然氧化膜将杂质从基板表面除去，然后，在纯水中将基板洗净(rinse)。在制造GaAs基板中的洗涤工序中，进行通过盐酸、氢氟酸等酸洗涤液除去GaAs基板表面的有机物或金属等的处理。
在专利文献2中记载有一种GaAs半导体晶体基板的洗涤方法。在该方法的洗涤工序中，在进行了除去基板表面的有机物和金属的处理后，使用酸性溶液，来蚀刻基板的氧化膜。然后，在使用碱水溶液洗涤基板之后，利用超纯水洗涤基板。然后，对基板进行干燥。通过该方法，可以完全除去析出物等异物。
专利文献1特开平10-79363号公报专利文献2特开2000-340535号公报但是，如果实施这种酸洗涤，则在洗涤后随着时间的流逝，会在GaAs基板表面上产生析出异物。如果在具有这样的析出异物的GaAs基板上形成外延膜，则会由于该析出异物，导致外延膜的缺陷增加的问题。这样的缺陷会影响外延膜的质量。

发明内容
本发明鉴于该实际情况，提供一种洗涤后析出异物数量少的GaAs基板的洗涤方法。
而且，本发明的目的还在于，提供洗涤后析出异物数量少的GaAs基板的洗涤方法、使用该GaAs基板来制造外延基板的方法、对洗涤后析出异物数量少的GaAs基板进行洗涤的方法和GaAs基板。
本发明是一种GaAs基板的洗涤方法，其特征在于，包括下述酸洗涤工序，即通过酸性溶液对GaAs基板进行不足30秒钟的洗涤。根据该构成，由于酸洗涤工序的洗涤时间不足30秒，所以洗涤后GaAs基板上的析出异物的数量较少。
本发明的又一个方式是一种GaAs基板的洗涤方法，其特征在于，包括按每道工序而采用不同的酸性溶液，来对GaAs基板进行洗涤的多道酸洗涤工序，多道酸洗涤工序的洗涤时间的总和不足30秒钟。
根据该构成，由于通过分别不同的酸性溶液而进行了多道酸洗涤工序，所以，能够进行基于各种酸性溶液的特性的酸洗涤。并且，由于多道酸洗涤工序的洗涤时间总和不足30秒钟，所以洗涤后GaAs基板上的析出异物数量少。
本发明的又一个方式是一种GaAs基板的洗涤方法，其特征在于，包括(a)通过碱性溶液对GaAs基板进行洗涤的碱洗涤工序，和(b)在碱洗涤工序之后，通过酸性溶液对GaAs基板进行洗涤的酸洗涤工序，在碱洗涤工序中，一边对GaAs基板施加超声波，一边进行洗涤；酸洗涤工序的洗涤时间不足30秒。
根据该构成，由于进行了对GaAs基板施加超声波的碱洗涤，所以，能够更加有效地除去附着在GaAs基板上的颗粒。并且，由于进行了洗涤时间不足30秒钟的酸洗涤工序，所以，会改善由于碱洗涤而产生的基板表面的皲裂，而且，会减少洗涤后GaAs基板上的析出异物的数量。
本发明的又一个方式是一种GaAs基板的洗涤方法，其特征在于，包括(a)通过酸性溶液对GaAs基板进行洗涤的第1酸洗涤工序，(b)在第1酸洗涤工序之后，通过碱性溶液对GaAs基板进行洗涤的碱洗涤工序，和(c)在碱洗涤工序之后，通过酸性溶液对GaAs基板进行洗涤的第2酸洗涤工序，第2酸洗涤工序的洗涤时间不足30秒钟。
根据该构成，由于进行了第1酸洗涤工序，所以，能够除去GaAs基板上的金属杂质、有机物或自然氧化膜等。而且，由于在第1酸洗涤工序之后进行了碱洗涤工序，所以，能够抑制由于第1酸洗涤引起的异物的析出。并且，由于在碱洗涤之后，进行了不足30秒的酸洗涤，所以，能够改善由于碱洗涤而生成的基板表面的皲裂，并会减少洗涤后GaAs基板上的析出异物的数量。
优选在碱洗涤工序中，一边对GaAs基板施加超声波，一边进行洗涤。根据该构成，通过施加了超声波的碱洗涤，能够更加有效地除去附着在基板上的颗粒。
在酸洗涤工序中，作为洗涤液而使用的酸性溶液，可以是包括硝酸、氢氟酸、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、碳酸、乳酸、蚁酸、柠檬酸、苹果酸和苯二甲酸中至少任意一种的溶液。
在碱洗涤工序中，作为洗涤液而使用的碱性溶液，可以是包含氨、乙胲(ethyl hydroxylamine)、2-乙氧基乙胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙胺、三甲胺、二乙胺、二甲胺、乙醇胺、三甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、和四甲基氢氧化铵中至少任意一种的碱性溶液。
本发明的又一个其它方式是一种为了制作GaAs晶片而洗涤GaAs基板的方法。该方法包括在不足30秒的时间内，使用酸性溶液来处理GaAs基板的工序。根据该方法，由于酸处理工序的处理时间不足30秒钟，所以，会减少处理后GaAs基板上的析出物的数量。
本发明的又一个其他方式是为了制作GaAs晶片而洗涤GaAs基板的方法。该方法包括使用多种酸性溶液来处理GaAs基板的工序，所述多种酸性溶液中的一种酸性溶液与所述多种酸性溶液中的其它酸性溶液不同，使用所述酸性溶液来处理所述GaAs基板的总时间不足30秒。根据该方法，可以进行基于各种酸性溶液的特性的酸处理。由于多道酸处理的处理时间的总计时间不足30秒钟，所以，会减少处理后GaAs基板上的析出异物的数量。
本发明的又一个其它方式是为了制作GaAs晶片而洗涤GaAs基板的方法。该方法包括使用碱性溶液处理GaAs基板的工序；在使用碱性溶液处理GaAs基板之后，使用酸性溶液仅用不足30秒钟的时间对所述GaAs基板进行处理的工序；使用碱性溶液来处理GaAs基板的工序，包括施加超声波且将GaAs基板浸入到碱性溶液中的工序。根据该方法，由于使用被施加了超声波的碱性溶液来处理GaAs基板，所以，能够更加有效地除去附着在GaAs基板上的颗粒。并且，由于以不足30秒钟的洗涤时间进行了酸处理，所以，改善了由于碱洗涤而生成的基板表面的皲裂，并会减少洗涤后GaAs基板上的析出物的数量。
本发明的又一个其他方式是为了制作GaAs晶片而洗涤GaAs基板的方法。该方法包括使用第1酸性溶液来处理GaAs基板的工序；在使用酸性溶液处理GaAs基板之后，使用碱性溶液处理所述GaAs基板的工序；在使用碱性溶液处理所述GaAs基板之后，在不足30秒的期间使用第2酸性溶液来处理所述GaAs基板的工序。根据该方法，通过利用第1酸性溶液进行的处理，可以除去GaAs基板上的金属杂质、有机物或自然氧化膜等。而且，通过使用碱性溶液的处理，可以减少由于先前的酸处理而产生的析出物的数量。通过使用第2酸性溶液的处理，改善了在碱洗涤中产生的基板表面的皲裂，并会减少洗涤后GaAs基板上的析出异物的数量。优选在使用碱性溶液的处理中，一边对碱性溶液施加超声波，一边洗涤GaAs基板。通过施加超声波的碱洗涤，能够更加有效地除去附着在基板上的颗粒。
本发明的又一个其它侧面是一种为了制作GaAs晶片而洗涤GaAs基板的方法。该方法包括使用酸性溶液来处理GaAs基板的工序，所述酸性溶液具有6.4以下的氢离子浓度(PH值)。在使用该被处理的GaAs基板的外延生长中，可提供能够稳定制作混浊(cloud)少的外延膜的GaAs基板。
本发明的又一个其它侧面是一种为了制作GaAs晶片而洗涤GaAs基板的方法。该方法包括使用酸性溶液来处理GaAs基板的工序，所述酸性溶液是包含氢氟酸和过氧化氢水的混合溶液，所述混合溶液中的所述氢氟酸的浓度为5.0wt％以下。可提供能够稳定生长混浊少的外延膜的GaAs基板，并且会减少表面的析出异物的数量。
在本发明的又一个其它侧面中，还包括在使用酸性溶液来处理GaAs基板之前，使用碱性溶液来处理所述GaAs基板的工序。此时，可以与微粒除去作用大的碱性溶液组合，进一步提高GaAs基板表面的清洁度。
在碱洗涤工序中，作为用作洗涤液的碱性溶液，可以例示下述的物质。碱性溶液可以包括氨、乙胲、2-乙氧基乙胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙胺、三甲胺、二乙胺、二甲胺、乙醇胺、三甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、和四甲基氢氧化铵中至少任意一种。
在酸洗涤工序中，作为用作洗涤液的酸性溶液，可以例示下述的溶液。能够使用的酸性溶液可以包括硝酸、氢氟酸、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、碳酸、乳酸、蚁酸、柠檬酸、苹果酸和苯二甲酸中至少任意一种。
本发明的又一个方式是一种GaAs晶片的制造方法，其特征在于，包括切割GaAs单晶锭并研磨制成的GaAs薄片(slice)的表面来形成GaAs基板的工序；对被研磨的GaAs基板进行本发明的洗涤或处理的工序。根据该构成，可以制造析出异物数量少的GaAs基板。
本发明的又一个方式是一种外延基板的制造方法，其特征在于，包括进行本发明的方法或处理的工序、在GaAs晶片上形成外延膜的工序。根据该构成，可以制造外延膜缺陷少的外延基板。
本发明的又一个方式是一种具有已被洗涤的主面的GaAs基板。该GaAs基板的所述主面具有通过XPS强度评价的Ga(3d)峰与As(3d)峰的面积比为0.59以上的特性。在本发明的GaAs基板中，所述主面上0.4μm以上的析出物为15个/12.57inch2以下。若使用GaAs基板，则可以稳定获得缺陷数量少的外延膜。
本发明的又一个方式是一种具有已被洗涤的主面的GaAs晶片，所述主面具有0.21nm以下的表面粗糙度。而且，本发明的又一个方式是具有已被洗涤的主面的GaAs晶片。该GaAs晶片的所述主面，通过XPS强度评价的Ga(3d)峰与As(3d)峰的面积比为1.5以下。在使用该晶片的外延生长中，可以提供能够稳定制作混浊少的外延膜的GaAs晶片。在上述GaAs晶片中，所述主面上的析出物可以是1.2个/cm2以下。若使用该GaAs晶片，则能够稳定形成暗色膜少且缺陷数量少的外延膜。
根据本发明的GaAs基板的洗涤方法、GaAs晶片的制造方法以及外延基板的制造方法，洗涤后析出异物的数量较少。
而且，根据本发明，提供了使用洗涤后析出异物数量少的GaAs晶片来制造外延基板的方法；并提供了对洗涤后析出异物数量少的GaAs基板进行洗涤的方法和GaAs晶片。
就本发明的上述目的和其他目的、特征、以及优点而言，参照附图，对正在进展的本发明的优选实施方式进行如下所示的详细说明，由此能更容易理解上述。


图1是表示本发明的第1实施方式的GaAs基板洗涤方法的流程图。
图2是表示本发明的第2实施方式的GaAs基板洗涤方法的流程图。
图3是表示本发明的第3实施方式的GaAs基板洗涤方法的流程图。
图4是表示本发明的第4实施方式的GaAs基板洗涤方法的流程图。
图5是表示本发明的第5实施方式的GaAs基板洗涤方法的流程图。
图6(a)是表示本发明的第6实施方式的GaAs晶片制造方法的流程图。(b)是表示通过该实施方式的GaAs晶片的制造方法制作的GaAs晶片的图。
图7(a)是表示本发明的第7实施方式的外延基板的制造方法的流程图。(b)是表示通过该实施方式的GaAs晶片的制造方法制作的外延基板的图。
图8是表示在GaAs基板上产生的析出异物数量与外延膜的缺陷数之间的关系的图。
图9是表示X射线光电子分光测量中的Ga3d峰和As3d峰的面积强度比，与析出异物数量之间的关系的图。
图10是表示酸洗涤时间和析出异物数量之间的关系的图。
图11是表示外延层表面的浊度与GaAs基板的表面粗糙度的关系的图。
图12是表示X射线光电子分光(XPS)测量结果的图。
图13是表示通过各种溶液而被处理的基板表面粗糙度与溶液的氢离子浓度(PH值)的关系的图。
图14是表示析出物的密度与氢氟酸的浓度的关系的图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的第1实施方式的GaAs基板的洗涤方法的流程图。图1所示的本实施方式的洗涤方法大致具有酸洗涤工序(S11)、纯水洗净(rinse)工序(S12)和旋转干燥工序(S13)。在本实施方式的洗涤方法中，首先，在工序S11中，通过将表面被镜面研磨的GaAs基板浸渍到酸性洗涤液中来进行酸洗涤工序。在该酸洗涤工序中，例如，将多数的GaAs基板保持在晶片托架上。然后，通过将由晶片托架保持的GaAs基板浸渍到洗涤槽内的洗涤液中，来进行洗涤。在酸洗涤工序中所使用的洗涤液，例如可以包括硝酸、氢氟酸、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、碳酸、乳酸、蚁酸、柠檬酸、苹果酸和苯二甲酸的任意一种。或者，也可以将上述酸的混合液作为洗涤液而使用。在该酸洗涤工序中，洗涤GaAs基板的洗涤时间不足30秒。由于洗涤时间不足30秒，所以可以将析出异物的发生抑制到最小限度。为了有效地抑制析出异物的发生，更优选酸洗涤工序的洗涤时间为20秒以下。另外，为了有效地除去附着在GaAs基板上的金属杂质或有机物，进一步优选酸洗涤工序的洗涤时间为10秒以上。
然后，在工序S12中进行纯水洗净工序，即通过纯水来冲洗附着在被洗涤的GaAs基板上的洗涤液。该纯水洗净工序与上述酸洗涤工序相同，通过将由晶片托架保持的GaAs基板浸渍在洗涤槽内的纯水中，来冲洗GaAs基板上附着的洗涤液。另外，在该纯水洗净工序中，也可以使洗涤槽中的纯水循环。
在工序S13中进行使GaAs基板干燥的干燥工序。在干燥工序中，通过使GaAs基板旋转，以离心力甩掉水来使GaAs干燥。通过干燥工序，可以得到干燥后的GaAs基板。另外，作为干燥方法，除了旋转干燥之外，还可以通过例如真空干燥、暖风干燥、IPA(异丙醇)蒸气干燥、马兰戈尼(Marangoni)干燥、Rotagoni(ロタゴニ)干燥来进行。
如上所述，在本实施方式的洗涤方法中，在酸洗涤工序中进行不足30秒钟的酸性溶液洗涤。所以，洗涤后的GaAs基板上的析出异物的数量少。
(第2实施方式)图2是表示本发明第2实施方式的GaAs基板的洗涤方法的流程图。在本实施方式中，与上述第1实施方式的不同点在于，包括利用各种不同的酸性溶液的多个酸洗涤工序。在本实施方式的洗涤方法中，首先，在盐酸洗涤工序S21中，使用盐酸作为洗涤液来对GaAs基板进行洗涤。在纯水洗净工序S22中，从盐酸洗涤工序后的GaAs基板上将盐酸冲洗干净。在氢氟酸洗涤工序S23中，使用氢氟酸作为洗涤液来对GaAs基板进行洗涤。在纯水洗净工序S24中，从氢氟酸洗涤工序后的GaAs基板上将氢氟酸冲洗干净。在旋转干燥工序S25中，使GaAs基板干燥。该盐酸洗涤工序和氢氟酸洗涤工序的洗涤时间总和不足30秒钟。最好这些多个酸洗涤工序的洗涤时间总和为10秒～20秒。如果洗涤时间的总和在10秒钟以上，则可以更加有效地除去附着在GaAs基板上的金属杂质或有机物。如果洗涤时间的总和在20秒钟以下，则能够更加有效地抑制析出异物的产生。所以，即使在进行了多个酸洗涤工序的情况下，也可以获得洗涤后的析出异物数量少的GaAs基板。
在GaAs基板的洗涤中，根据洗涤方法的不同，洗涤后基板表面的状态也不相同。对洗涤后基板表面的质量的要求，根据后来形成的外延层的状态而不相同。虽然洗涤后基板表面的质量通过改变洗涤液的组成可以变更，但是也存在下述情况，即，使用一种洗涤液只进行一次酸洗涤，而无法在洗涤后得到希望状态的基板表面。即使在该种情况下，如本实施方式所述，通过组合各种不同的酸性溶液来进行多种酸洗涤的工序，可以在洗涤后获得希望状态的基板表面。在图2的例子中，虽然进行了盐酸洗涤工序和氢氟酸洗涤工序这两道酸洗涤工序，但是，本实施方式不限定于此，还可以进行3道以上的酸洗涤工序。另外，在各道酸洗涤工序中作为洗涤液而使用的酸性溶液，也可以从第1实施方式中记载的各种腐蚀剂中进行选择。
(第3实施方式)在本实施方式的洗涤方法中，如图3所示，首先，在工序S31中，进行如下所述的碱洗涤工序，即，在对GaAs基板施加超声波的同时，利用碱性溶液来进行洗涤(S31)。在该碱洗涤工序中，与上述的酸洗涤工序或纯水洗净工序相同，也是通过将由晶片托架保持的GaAs基板浸渍到洗涤槽的碱性溶液中来进行的。碱性溶液可以是包含氨、乙胲、2-乙氧基乙胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙胺、三甲胺、二乙胺、二甲胺、乙醇胺、三甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、和四甲基氢氧化铵中至少任意一种的碱性溶液。或者，可以将碱性溶液作为这些碱性物质的混合液。
在碱洗涤工序之后进行纯水洗净工序S32，来冲洗附着在GaAs基板上的碱性溶液。接着，与第1实施方式相同，在盐酸洗涤工序S33中进行洗涤时间不足30秒的盐酸洗涤，然后再进行纯水洗净工序S34，之后再进行干燥工序S35。在本实施方式的洗涤方法中，通过在最开始进行超声波施加碱洗涤工序，可以有效地除去附着在GaAs基板上的微粒(particle)。进而，通过进行洗涤时间不足30秒的酸洗涤工序，可以改善在超声波施加碱洗涤工序中生成的GaAs基板的皲裂，并且，可以减少洗涤后GaAs基板上的析出异物的数量。超声波向GaAs基板的施加，例如可以通过使用设置在洗涤槽上的超声波振子，发出20～40kHz的超声波而进行。
(第4实施方式)图4是表示本发明的第4实施方式的GaAs基板的洗涤方法的流程图。在本实施方式中，进行利用酸性溶液的第1酸洗涤工序，并在第1酸洗涤工序之后进行碱洗涤工序，在碱洗涤工序之后进行第2酸洗涤工序，其中，该第2洗涤工序的洗涤时间不足30秒钟。在本实施方式中，首先，在硫酸蚀刻工序S41中，为了进行第1酸洗涤而使用硫酸来作为蚀刻液，对该硫酸蚀刻工序的洗涤时间没有特别限定，可以进行30秒钟以上的洗涤。由此，例如，在想要完全除去形成于GaAs基板表面的自然氧化膜的情况下，或在30秒以下没有充分除去金属杂质或有机物的情况下，通过进行长时间的酸洗涤，可以除去自然氧化膜、金属杂质、有机物。除了洗涤时间没有限定在不足30秒钟之外，该硫酸蚀刻工序可以和第1实施方式的酸洗涤工序同样地进行。
在纯水洗净工序S42中，在从GaAs基板上将硫酸冲洗干净之后，在碱洗涤工序S43中进行GaAs基板的碱洗涤。该碱洗涤工序除了不对GaAs基板施加超声波之外，可以和第3实施方式的超声波施加碱洗涤工序同样地进行。通过进行该碱洗涤工序，即使在碱洗涤工序之前进行了洗涤时间为30秒以上的酸洗涤，也可以抑制由于该酸洗涤工序而产生的异物的析出。
在纯水洗净工序S44中，在从GaAs基板上将碱性溶液冲洗干净之后，在氢氟酸洗涤工序S45中，为了第2酸洗涤而进行GaAs基板的氢氟酸洗涤。该氢氟酸洗涤工序与第1实施方式的酸洗涤工序相同，进行不足30秒的洗涤。通过第2酸洗涤，能够改善在碱洗涤工序中产生的GaAs基板表面的皲裂，同时能够得到洗涤后析出异物少的GaAs基板。
然后，在纯水洗净工序S46中从GaAs基板上将氢氟酸冲洗干净之后，在干燥工序S47中使GaAs基板干燥。
在本实施方式的洗涤方法中，由于在第1酸洗涤工序和第2酸洗涤工序之间进行了碱洗涤工序，所以，可以抑制由于第1酸洗涤工序引起的异物的析出。之后，由于在第2酸洗涤工序中进行了洗涤时间不足30秒钟的酸洗涤，所以，改善了在碱洗涤工序中生成的GaAs基板表面的皲裂，同时，可以减少洗涤后析出异物的数量。
(第5实施方式)图5是表示本发明的第5实施方式的GaAs基板的洗涤方法的流程图。在本实施方式中，其与第4实施方式的洗涤方法的不同点在于，在碱洗涤工序中，对GaAs基板施加超声波并进行碱洗涤。在本实施方式中，硫酸蚀刻工序S51和纯水洗净工序S52与第4实施方式的工序S41和工序S42同样地进行。之后，在碱洗涤工序S53中，在对GaAs基板施加超声波的同时，进行GaAs基板的碱洗涤。该碱洗涤工序可以与第3实施方式中的碱洗涤工序同样地进行。然后，和第4实施方式的工序S44和工序S45相同，分别进行纯水洗净工序S54和洗涤时间不足30秒的氢氟酸洗涤工序S55。之后，与第4实施方式的工序S46和工序S47相同，在工序S56中进行纯水洗净工序，在工序S57中进行干燥工序。由于在工序S53中对基板施加超声波并进行GaAs基板的碱洗涤，所以，除了起到抑制第4实施方式的碱洗涤工序的异物析出作用之外，可以有效地除去附着在GaAs基板上的颗粒。另外，由于酸洗涤工序S55中的洗涤时间不足30秒，所以，改善了在碱洗涤工序中所产生的GaAs基板表面的皲裂，同时，能够减少洗涤后析出异物的数量。
(第6实施方式)图6(a)是表示本发明第6实施方式的GaAs晶片的制造方法的流程图。在本实施方式中，为了制造GaAs晶片，进行以上说明的本发明的洗涤方法。在本实施方式中，首先，在切割工序S61中对GaAs单晶锭(ingot)进行切割，来形成GaAs薄片。在切割工序S61中，通过内周刃切片刀、外周刃切片刀、钢丝锯等将GaAs单晶锭加工成晶片形状，来制作GaAs薄片。在镜面研磨工序S62中，对GaAs薄片的表面进行镜面研磨。该镜面研磨工序例如可以通过机械化学抛光(CMP)装置来进行。在洗涤工序S63中，进行第1实施方式至第5实施方式的任意一种洗涤方法，来完成图6(b)所示的GaAs晶片W。通过该洗涤方法，可以除去金属杂质、有机物和颗粒，从而能够制造析出异物少的GaAs晶片。
(第7实施方式)图7(a)是表示本发明第7实施方式的外延基板的制造方法的流程图。在本实施方式中，与第6实施方式相同，进行切割工序S71、镜面研磨工序S72和洗涤工序S73。在外延膜工序S74中，如图7(b)所示，在洗涤后的GaAs晶片W上形成外延膜F。在该外延膜形成工序中，优选采用分子束外延(MBE)法或有机金属化合物气相生长(MOVPE)法来形成外延膜F。在本实施方式中，由于可以在工序S73中获得析出异物少的GaAs晶片W，所以，通过在该GaAs晶片W的表面上形成外延膜F，可以减少外延膜F的缺陷。
图8是表示在GaAs基板上产生的析出异物数量与外延膜的缺陷数的关系的图。图8的横轴表示在外延生长前尺寸为0.4μm以上的析出异物的数量，图8的纵轴表示外延膜中尺寸为1μm以上的缺陷数量。以获得这些数据为目的，通过氢氟酸0.5重量％、盐酸1.0重量％和过氧化氢水0.1重量％的混合液，对直径为4英寸(约10cm)的半绝缘性GaAs基板以各种洗涤时间进行洗涤，并在纯水洗净之后进行旋转干燥。之后，在将干燥的GaAs基板放置了1天之后，通过镜面检测装置来测定尺寸为0.4μm以上的析出异物。进而通过MBE法，使膜厚为1μm的不掺杂(undope)GaAs膜进行外延生长。然后，通过镜面检测装置来测定外延膜上尺寸为1.0μm以上的缺陷。
接着，在4英寸的半绝缘性GaAs中进行X射线光电子分光(XPS)测定。该测定中，在进行了与上述相同的酸洗涤和析出异物的测定之后，以使用AlKα作为X射线源、光电子的取出角度相对基板表面为10°的条件来进行，从而求得Ga3d峰和As3d峰的面积强度比。图9是表示X射线光电子测定中的Ga3d峰面积强度/As3d峰面积强度与析出异物数量之间的关系的图。图9的横轴表示Ga3d峰和As3d峰的面积强度比，图9的纵轴表示析出异物数量。根据图9，如果Ga3d峰面积强度/As3d峰面积强度为0.59以上，则可以判断析出异物数量为15个以下。结果，通过在XPS测定中的Ga3d峰值面积强度/As3d峰值面积强度，可以算出析出异物数量。
进而，在4英寸的半绝缘性GaAs基板中，使洗涤时间在10～120秒之间变化，来进行上述的酸洗涤。而且，通过镜面检测装置进行了析出异物的测定。图10是表示酸洗涤时间与析出异物数量之间的关系的图。通过图10可知，酸洗涤时间不足30秒的GaAs基板，其析出异物减少至15个/4英寸基板以下。而且，对于洗涤时间不足30秒的GaAs基板，通过XPS测定来求得Ga3d峰面积强度/As3d峰面积强度。结果，面积强度比变为0.59以上，析出异物数量为15个/4英寸基板以下。
本发明的GaAs基板的洗涤方法和GaAs基板的制造方法不限定于上述的实施方式，当然可以在不脱离本发明主旨的范围内施加各种变更。
(第8实施方式)使用上述实施方式所示的洗涤法，来进行例如4英寸的半绝缘性GaAs基板的处理。将GaAs基板整体浸渍到被称作酸性溶液和碱性溶液的溶液中，来进行GaAs基板的处理。通过该处理，GaAs基板的表面被洗涤。之后，将GaAs基板的整体浸渍到纯水中，来进行GaAs基板的洗净处理。在洗净处理之后，使用离心干燥器进行GaAs基板的干燥。在一实施例中，作为上述的溶液可以采用氢氟酸水、氢水、碳酸水、过氧化氢水、氨水以及它们的混合溶液。而且，在使用该溶液的处理中，可以一边对溶液施加所谓兆频超声波的超声波，一边进行GaAs基板的处理。在进行了这一系列处理的GaAs基板上，测定已外延生长的半导体膜的表面的浊度。在外延生长中，例如通过分子束外延法形成了1μm以下的GaAs膜。使用镜面检测装置进行测定。另外，通过原子间显微镜(AFM)来测定进行了这一系列处理的其他GaAs基板的表面粗糙度Ra。在该测定中，使用Si探针作为探测头，在1μm方形的视野上进行125次以上的扫描，在生成图像之后，使用对该图像进行平坦化处理的数据来求得表面粗糙度Ra。
图11是表示外延层表面的浊度与GaAs基板的表面粗糙度之间的关系的图。基板表面越粗糙，在其上面生长的外延层表面的浊度越大。因此，优选洗涤结束后的基板表面粗糙度为0.21nm以下。
(第9实施方式)使用上述实施方式所示的洗涤法来进行GaAs基板的处理。使用所谓的酸性溶液和碱性溶液的溶液，来进行例如4英寸的半绝缘性GaAs基板的处理。在该洗涤后，使用纯水来进行GaAs基板的洗净处理。洗净处理之后，使用离心干燥器来进行GaAs基板的干燥。在一实施例中，作为上述的溶液，可以使用氢氟酸水、氢水、碳酸水、过氧化氢水、氨水以及它们的混合溶液。而且，在使用该溶液的处理中，可以一边对溶液施加所谓兆频超声波的超声波，一边进行GaAs基板的处理。通过原子间显微镜(AFM)来测定进行了这一系列处理的一个GaAs基板的表面粗糙度Ra。该测定可以通过和第8实施方式所记载的方法相同的方法进行。在该表面粗糙度Ra的测定之后，进行X射线光电子分光(XPS)测定，来求取Ga3d峰和As3d峰的面积强度比。图12是表示X射线光电子分光(XPS)测定结果的图。在该测定中，例如，以光电子的取出角度相对基板表面为10°，并使用AlKα作为X射线源，来进行X射线光电子分光测量。该强度比由(Ga3d峰面积强度)/(As3d峰面积强度)来规定(下面以“Ga/As”来作为参照)。Ga/As越低则表面越平坦，表面粗糙度在0.21nm以下时，As为1.5以下。根据该结果，优选在GaAs基板洗涤结束后的基板表面上，Ga/As为1.5以下。
(第10实施方式)使用上述实施方式所示的洗涤法来进行GaAs基板的处理。准备若干个4英寸的绝缘性GaAs基板。使用各种氢离子浓度(PH值)的溶液，并按照上述的洗涤法来处理这些基板。图13表示通过各溶液而被处理的基板的表面粗糙度与溶液的氢离子浓度之间的关系。氢离子浓度越低，即酸性越高，则酸洗涤后基板表面的平坦性越优越。表面粗糙度为0.21nm以下时，PH值为6.4以下。因此，在洗涤工序的最终酸洗涤中，优选洗涤液的PH值为6.4以下。
(第11实施方式)使用上述实施方式所示的洗涤法来进行GaAs基板的处理。准备3英寸的绝缘性GaAs基板。将该GaAs基板的整体浸渍到氢氟酸水和过氧化氢的混合溶液中10秒钟，之后，将GaAs基板的整体浸渍到纯水中。在纯水洗净之后，使用离心干燥器使GaAs基板干燥。氢氟酸的浓度例如为0.1～10wt％。使用镜面检测装置来观察该被处理的GaAs基板的表面，从而计数出0.4μm以上的析出异物的数量。图14是表示析出异物的密度(每1cm2)与氢氟酸的浓度之间的关系的图。在氢氟酸的浓度为5.0wt％以下时，析出异物密度少，例如为1.2个/cm2以下。测定显示出1.2个/cm2以下的析出异物密度的GaAs基板的表面粗糙度和Ga/As。表面粗糙度为0.21nm以下，且Ga/As比为1.5以下。即，在洗涤工序的最终酸洗涤中，当使用氢氟酸水和过氧化氢水的混合液时，为了获得显示出0.21nm的表面粗糙度和1.5以下的Ga/As比的GaAs基板，优选将氢氟酸浓度设定在5.0wt％以下。
在特开2000-340535号公报中，为了除去在酸洗涤后于基板表面产生的析出异物，在酸洗涤后追加了碱洗涤。但是，如果实施碱洗涤，则GaAs表面会有发生皲裂的倾向，使得外延生长后的外延层表面的混浊增加。并且，如果进行碱洗涤则会增加洗涤成本。根据该方法，即时在不进行碱洗涤的情况下，也可以稳定地制作混浊少并且缺陷数少的外延膜。另外，虽然在特开平11-219924号公报中记载了在暗处对GaAs基板进行酸洗涤的方法，但是，需要注意在暗处的酸性溶液的操作。在本方法中，则不需要暗处等特殊环境。
由于碱性溶液在微粒除去方面具有明显的效果，所以，在晶片制造工序中，在下述实施例中，使用上述的酸洗涤。
(实施例1)在使用蜡(wax)将GaAs薄片粘贴在陶瓷制研磨板上之后，利用研磨布并通过氯系研磨剂来研磨GaAs薄片，从而形成GaAs基板。氯系研磨剂例如由氯化三聚异氰酸、磷酸苏打、碳酸钠、硫酸苏打的混合物的水溶液构成。另外，研磨布例如是聚氨酯的绒面布。将该GaAs基板的整体浸入到纯水中。在从研磨板上将GaAs基板剥离之后，使用间歇式洗涤装置，将GaAs基板浸渍到醇等有机溶液中以进行洗涤，另外再将GaAs基板的整体浸入到碱性溶液中以进行洗涤。之后，为了水洗，将GaAs基板的整体浸渍到纯水中。通过使用了醇的蒸汽干燥来干燥被水洗的GaAs基板。然后，在测定了GaAs基板的平坦度之后，使用间歇式洗涤装置，实施本实施方式的酸洗涤和纯水洗净。之后，通过醇的蒸汽干燥法，来干燥被处理的GaAs基板，从而制作了GaAs晶片。
(实施例2)使用研磨机来研磨GaAs薄片。该研磨机，在上轴上具有吸附板。将GaAs基板吸附到吸附板上，通过氯系研磨剂并使用聚氨酯的绒面布来进行研磨。氯系研磨剂例如优选由氯化三聚异氰酸、磷酸苏打、碳酸钠、硫酸苏打的混合物的水溶液构成。研磨后，在将GaAs基板浸渍到纯水中进行水洗之后，使用间歇式洗涤装置，将GaAs基板的整体浸渍到碱性溶液中以进行碱洗涤。之后，将GaAs基板的整体浸入到纯水中以进行水洗。然后，使用旋转式干燥装置来干燥GaAs基板。在检测GaAs基板的表面之后，将GaAs基板一枚一枚地安装到旋转式洗涤装置上，并为将GaAs基板的整体浸入到酸性溶液中以进行酸洗涤。在将GaAs基板的整体浸入到纯水中以进行洗净之后，通过离心式干燥器对GaAs基板进行干燥，从而制作GaAs晶片。
虽然在适宜的实施方式中，图示并说明了本发明的原理，但是，本发明在不脱离上述原理的范围中，可以在配置和具体的实施上进行变更，这一点得到了本领域技术人员的认可。本发明不限定于本实施方式所公开的特定构成。因此，来自权利要求的范围和基本宗旨范围的所有修正和变更，都是在本发明的范围内。
权利要求
1.一种GaAs基板的洗涤方法，其中，包括通过酸性溶液对GaAs基板进行不足30秒钟的酸洗涤。
2.一种GaAs基板的洗涤方法，其中，包括按每道工序而采用不同的酸性溶液，来对GaAs基板进行洗涤的多道酸洗涤工序，所述多道酸洗涤工序的洗涤时间总和不足30秒钟。
3.一种GaAs基板的洗涤方法，其中，包括通过碱性溶液对GaAs基板进行洗涤的碱洗涤工序；和在所述碱洗涤工序之后通过酸性溶液对所述GaAs基板进行洗涤的酸洗涤工序，在所述碱洗涤工序中，对所述GaAs基板施加超声波，并进行洗涤，所述酸洗涤的洗涤时间不足30秒。
4.一种GaAs基板的洗涤方法，其中，包括通过酸性溶液对GaAs基板进行洗涤的第1酸洗涤工序；在所述第1酸洗涤工序之后通过碱性溶液对所述GaAs基板进行洗涤的碱洗涤工序；和在所述碱洗涤工序之后通过酸性溶液对所述GaAs基板进行洗涤的第2酸洗涤工序，所述第2酸洗涤工序的洗涤时间不足30秒钟。
5.根据权利要求4所述的GaAs基板的洗涤方法，其特征在于，在所述碱洗涤工序中，对GaAs基板施加超声波，并进行洗涤。
6.根据权利要求3～5中任意一项所述的GaAs基板的洗涤方法，其中，所述碱性溶液包括氨、乙胲、2-乙氧基乙胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙胺、三甲胺、二乙胺、二甲胺、乙醇胺、三甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、和四甲基氢氧化铵中至少任意一种。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的GaAs基板的洗涤方法，其中，所述酸性溶液包括硝酸、氢氟酸、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、碳酸、乳酸、蚁酸、柠檬酸、苹果酸和苯二甲酸中至少任意一种。
8.一种GaAs晶片的制造方法，包括切割GaAs单晶锭，并研磨制成的GaAs薄片的表面来形成GaAs基板的工序；和对所述被研磨的GaAs基板进行权利要求1～7中任意一项所述的洗涤方法的工序。
9.一种外延基板的制造方法，包括进行权利要求1～7中任意一项所述的洗涤方法的工序；和在所述已洗涤的GaAs基板上形成外延膜的外延膜形成工序。
10.一种方法，是为了制作GaAs晶片而对GaAs基板进行洗涤的方法，其中，包括使用酸性溶液且仅在不足30秒钟的时间内处理GaAs基板的表面的工序。
11.一种方法，是为了制作GaAs晶片而对GaAs基板进行洗涤的方法，其中，包括使用多种酸性溶液对GaAs基板的表面进行处理的工序，所述多种酸性溶液中的一种酸性溶液与所述多种酸性溶液中的其他酸性溶液不同，所述GaAs基板通过所述酸性溶液而被处理的总时间不足30秒。
12.一种方法，是为了制作GaAs晶片而对GaAs基板进行洗涤的方法，其中，包括使用碱性溶液来处理GaAs基板的工序；和在使用碱性溶液处理GaAs基板之后，使用酸性溶液使用碱性溶液对所述GaAs基板进行处理的工序包括，在施加超声波的同时将GaAs基板浸入到碱性溶液中的工序。
13.一种方法，是为了制作GaAs晶片而对GaAs基板进行洗涤的方法，其中，包括使用酸性溶液来处理GaAs基板的工序；在使用酸性溶液处理GaAs基板之后，使用碱性溶液来处理所述GaAs基板的工序；和在使用碱性溶液处理所述GaAs基板之后，使用酸性溶液且仅在不足30秒钟的时间内对所述GaAs基板进行处理的工序。
14.根据权利要求13所所述的方法，其中，使用碱性溶液来处理所述GaAs基板的工序包括，在对所述碱性溶液施加超声波的同时将所述GaAs基板浸入到碱性溶液的工序。
15.一种方法，是为了制作GaAs晶片而对GaAs基板进行洗涤的方法，其中，包括使用酸性溶液来处理GaAs基板的工序，所述酸性溶液具有6.4以下的氢离子浓度(PH值)。
16.一种方法，是为了制作GaAs晶片而对GaAs基板进行洗涤的方法，其中，包括使用酸性溶液来处理GaAs基板的工序，所述酸性溶液是含有氢氟酸和过氧化氢水的混合溶液，所述混合溶液的所述氢氟酸的浓度为5.0wt％以下。
17.根据权利要求15或者16所述的方法，其中，还包括在使用酸性溶液处理GaAs基板之前使用碱性溶液来处理所述GaAs基板的工序。
18.根据权利要求12～14或者权利要求17中任意一项所述的方法，其中，所述碱性溶液包括氨、乙胲、2-乙氧基乙胺、三乙醇胺、二乙醇胺、乙胺、三甲胺、二乙胺、二甲胺、乙醇胺、三甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、和四甲基氢氧化铵中至少任意一种。
19.根据权利要求10～18中任意一项所述的方法，其特征在于，所述酸性溶液包括硝酸、氢氟酸、盐酸、磷酸、硫酸、醋酸、碳酸、乳酸、蚁酸、柠檬酸、苹果酸和苯二甲酸中至少任意一种。
20.一种方法，是制造GaAs晶片的方法，包括切割GaAs单晶体，并研磨制成的GaAs薄片的表面来形成GaAs基板的工序；和通过权利要求10～19中任意一项所述的方法对GaAs基板进行处理，来制作GaAs晶片的工序。
21.一种方法，是制造外延基板的方法，包括通过权利要求10～19中任意一项所述的方法对GaAs基板进行处理，来制作GaAs晶片的工序；和在所述GaAs晶片上形成一层或者多层外延膜的工序。
22.一种GaAs晶片，具有被洗涤了的主面，其中，所述主面具有通过XPS强度评价的Ga(3d)峰与As(3d)峰的面积比为0.59以上的特性。
23.根据权利要求22所述的GaAs晶片，其中，所述主面上的0.4μm以上的析出物为15个/12.57inch2以下。
24.一种GaAs晶片，具有被洗涤了的主面，其中，所述主面具有0.21nm以下的表面粗糙度。
25.一种GaAs晶片，具有被洗涤了的主面，其中，所述主面具有通过XPS强度评价的Ga(3d)峰与As(3d)峰的面积比为1.5以下的特性。
26.根据权利要求24或者25所述的GaAs晶片，其中，所述主面上的析出异物为1.2个/cm2以下。
全文摘要
本发明提供洗涤后析出异物数量少的GaAs基板的洗涤方法。该洗涤方法由酸洗涤工序(S11)、纯水洗净工序(S12)和旋转干燥工序(S13)构成。首先，通过将表面被镜面研磨的GaAs基板浸渍到酸性洗涤液中来进行酸洗涤工序(S11)。在酸洗涤工序中，洗涤时间不足30秒。然后，进行用纯水将附着在被洗涤的GaAs基板上的洗涤液冲洗干净的纯水洗净工序(S12)。接着，进行使附着有纯水的GaAs基板干燥的旋转干燥工序(S13)。由此，可以提供洗涤后析出异物数量少的GaAs基板。
文档编号H01L21/02GK1906738SQ200580001650
公开日2007年1月31日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年6月28日
发明者堀江裕介, 西浦隆幸, 上村智喜 申请人:住友电气工业株式会社