シリコンは歴史的に主要な半導体材料として IC 技術開発を支配してきました。 シリコンの代替物に関する近年の主な焦点は、基板材料としてガリウム砒素（ＧａＡｓ）などのＩＩＩ－Ｖ族化合物に集中している。 半導体材料として、GaAs は、シリコンの 5 ～ 6 倍の電子移動度など、シリコンよりも優れた能力を示します。 この特性は、GaAs の潜在的な半絶縁特性と相まって、速度と消費電力の両方でパフォーマンスの向上につながります。

GaAs は、高品質のインゴット材料の成長に関連する XNUMX つの相互貫入面心立方副格子からなる閃亜鉛鉱構造を持っています。 GaAs の成長に関わる技術は、より複雑な XNUMX 相平衡と非常に揮発性の成分である砒素 (As) が関与するため、シリコンに採用される技術よりもかなり複雑です。 成長プロセス中に GaAs 化合物の正確な化学量論を維持するには、インゴット成長システム内の As 蒸気圧を正確に制御する必要があります。 III-V 半導体ディスプレイとデバイス製造の XNUMX つの主なカテゴリには、経済的に実行可能な処理手順があります。それは、LED ディスプレイとマイクロ波 IC デバイスです。

LED は、適切なドーピング剤 (通常はテルル、亜鉛、またはシリコン) を追加することによって pn 接合が形成される単結晶 GaAs から製造されます。 リン化ガリウム砒素 (GaAsP) などの三元および四元 III-V 材料のエピタキシャル層が基板上に成長し、ディスプレイの可視スペクトルまたはエミッタまたは検出器の赤外スペクトルに特定の波長の発光帯域が生じます。 たとえば、約 650 nm にピークを持つ赤色光は、pn 電子と正孔の直接再結合に由来します。 緑色発光ダイオードは、一般にリン化ガリウム (GaP) で構成されています。 この記事では、一般化された LED 処理手順について説明します。

マイクロ波 IC デバイスは特殊な形態の集積回路です。 これらは、レーダー、電気通信、テレメトリー用の高周波増幅器 (2 ～ 18 GHz) として、また電子戦システムで使用するためのオクターブおよびマルチオクターブ増幅器として使用されます。 マイクロ波 IC デバイス メーカーは通常、外部ベンダー (シリコン デバイス メーカーと同様) から、エピタキシャル層の有無にかかわらず、単結晶 GaAs 基板を購入します。 主な処理ステップには、液相エピタキシャル堆積、製造、およびシリコン デバイス製造と同様の非製造処理が含まれます。 この記事では、LED 処理に加えて追加の説明が必要な処理手順についても説明します。

ウェーハ製造

シリコンインゴットの成長プロセスと同様に、元素形態のガリウムとヒ素、および少量のドーパント材料 (シリコン、テルル、または亜鉛) を高温で反応させて、ドープされた単結晶 GaAs のインゴットを形成します。 インゴット製造の XNUMX つの一般化された方法が利用されます。

• 水平または垂直ブリッジマン

• 水平または垂直勾配凍結

• 高圧または低圧液体封入チョクラルスキー (LEC)。

バルク多結晶ＧａＡｓ化合物は通常、密封された石英アンプル内で高温でＡｓ蒸気とＧａ金属との反応によって形成される。 通常、アンプルの一端にある As リザーバーは 618°C に加熱されます。 これにより、アンプル内に約 1 気圧の As 蒸気圧が生成されます。これは、化学量論的 GaAs を得るために必要な条件です。 As 蒸気は、1,238°C に維持され、石英または熱分解窒化ホウ素 (PBN) ボート内のアンプルのもう一方の端にある Ga 金属と反応します。 ヒ素が完全に反応した後、多結晶電荷が形成されます。 これは、プログラムされた冷却 (勾配凍結) による単結晶成長に使用されるか、成長に適切な温度勾配を提供するためにアンプルまたは炉のいずれかを物理的に移動する (Bridgeman) ことによって使用されます。 GaAs の合成と成長にこの間接的な方法 (砒素輸送) が使用されるのは、GaAs の融点での砒素の蒸気圧が高いためで、それぞれ 20°C で約 812 気圧、60°C で 1,238 気圧です。

バルク単結晶ＧａＡｓの商業生産への別のアプローチは、ＬＥＣ技術である。 チョクラルスキー結晶引上げ機には、外側のグラファイトサセプタを備えたるつぼにチャンク GaAs が装填されています。 次に、バルクの GaAs は 1,238°C に近い温度で溶融され、結晶は加圧雰囲気で引き上げられます。この加圧雰囲気は、通常、数気圧から最大 100 気圧までメーカーによって異なります。 溶融物は粘性ガラス B によって完全にカプセル化されます。₂O₃これにより、As の蒸気圧がプラー チャンバーに適用される不活性ガス (通常はアルゴンまたは窒素) の圧力と一致するか、それを超えると、溶融解離が防止されます。 あるいは、単結晶 GaAs を合成することができます。 現場の As を溶融 Ga に注入するか、As と Ga を高圧で直接結合します。

GaAs ウェーハの製造は、重大な日常的な化学物質への暴露の可能性が最も高い半導体製造プロセスを表しています。 GaAs ウェーハの製造は、半導体製造業者のごく一部によってのみ行われていますが、この分野には特に力を入れる必要があります。 プロセスで使用される大量のヒ素、プロセスの多数のステップ、およびヒ素の空気中曝露限界が低いため、曝露の制御が困難になっています。 ハリソンによる記事 (1986); レニハン、シーヒー、ジョーンズ (1989); McIntyre と Sherin (1989) および Sheehy と Jones (1993) は、このプロセスの危険性と制御に関する追加情報を提供しています。

多結晶インゴットの合成

アンプルの装填と封印

チャンク形態のエレメンタル As (99.9999%) を計量し、排気されたグローブ ボックス内のクォーツ ボートに積み込みます。 純粋な液体 Ga (99.9999%) とドーパント材料も計量され、同じ方法で石英または熱分解窒化ホウ素 (PBN) ボートにロードされます。 ボートは、長い円筒形の石英アンプルに入れられます。 (ブリッジマンおよび勾配凍結技術では、所望の結晶方位を持つ種結晶も導入されますが、この段階で必要なのはポリ GaAs だけである XNUMX 段階 LEC 技術では、種結晶なしで多結晶 GaAs が合成されます。 )

石英アンプルを低温炉に入れ、アンプルを水素でパージしながら加熱します (H₂）、水素還元反応として知られるプロセスで、酸化物を除去します。 アルゴンなどの不活性ガスでパージした後、石英アンプルを真空ポンプ アセンブリに取り付け、排気し、アンプルの端を水素/酸素トーチで加熱して密閉します。 これにより、充填され密閉された石英アンプルが作成され、炉での成長の準備が整います。 水素パージと水素/酸素トーチ システムは、適切な安全装置や設備が使用されていない場合、潜在的な火災/爆発の危険があります (Wade et al. 1981)。

ヒ素が加熱されているため、このアセンブリは排気換気下に維持されます。 このアセンブリを支持する排気ダクト内に、酸化砒素の堆積物が形成される可能性があります。 何らかの方法でダクトが妨害された場合は、暴露と汚染を防ぐために注意を払う必要があります。

ヒ素塊の保管と取り扱いが懸念事項です。 セキュリティのために、ヒ素は施錠された保管場所に保管され、在庫管理が厳しくなっていることがよくあります。 通常、ヒ素は、火災の際の関与を防ぐために耐火保管キャビネットにも保管されます。

炉の成長

ブリッジマン法と単結晶インゴット成長の勾配凍結法はどちらも、ウェット スクラバー システムに通気された高温炉エンクロージャー内で充填および密閉された石英アンプルを利用します。 炉の成長中の主な曝露の危険は、インゴットの成長中に石英アンプルが内破または爆発する可能性に関連しています。 この状況は散発的かつまれにしか発生せず、次のいずれかの結果として発生します。

• 成長プロセスで使用される高温から生じる As 蒸気の分圧

• 石英アンプル ガラスの失透により、ヘアライン クラックが発生し、アンプルの圧力が低下する可能性があります。

• 加熱源（通常は抵抗型）に正確な高温制御装置がないため、石英アンプルが過剰に加圧される

• 熱電対の誤動作または故障により、石英アンプルが過剰に加圧される

• アンプル チューブ内の As が過剰または Ga が少なすぎると、As 圧力が非常に高くなり、アンプルの壊滅的な減圧が発生する可能性があります。

水平ブリッジマン システムは、密閉された石英アンプルが別々の温度ゾーンを持つマルチゾーン炉で構成されています。ヒ素の「コールド」フィンガー エンドは 618°C で、石英ガリウム/ドーパント/シード クリスタル ボートは 1,238°C で融液を含んでいます。 水平ブリッジマン システムの基本原理は、XNUMX つの加熱ゾーン (XNUMX つは GaAs の融点より上、もう XNUMX つは融点より下) を移動して、溶融 GaAs の正確に制御された凍結を提供することを含みます。 種結晶は、常に凍結ゾーンに維持され、最初の結晶開始構造を提供し、ボート内の結晶構造の方向と方向を定義します。 Ga と As のクォーツ ボートとアンプルは、サポート チューブと呼ばれる一連の炭化ケイ素ライナーによってヒーター チャンバー内に吊り下げられています。サポート チューブは、抵抗ヒーター アセンブリ内に配置され、アンプルの全距離を機械的に移動します。 さらに、炉アセンブリは、合成された GaAs 溶融物と種結晶との適切な界面を提供するために、成長中に傾ける必要があるテーブル上に置かれます。

勾配凍結法では、抵抗加熱を利用したマルチゾーン高温炉を 1,200 ～ 1,300 °C (1,237 °C は GaAs の融解/凝固点) に保ちます。 インゴット成長プロセスの合計期間は通常 3 日間で、次の手順で構成されます。

• 炉焼成温度

• GaAs合成

• メルトの播種

• 冷却/結晶成長。

石英アンプルは、はさみタイプの手動ジャッキを使用して、成長プロセス中に傾けることもできます。

アンプルブレイクアウト

密封された石英アンプル内で単結晶 GaAs インゴットを成長させた後、アンプルを開けて、インゴットと種結晶を含む石英ボートを取り出す必要があります。 これは、次のいずれかの方法で実行されます。

• 湿った丸のこでアンプルの密封された端を切り落とす

• 水素/酸素トーチでアンプルを加熱して割る

• 空気中のヒ素を制御するために、排気中に袋詰めのアンプルをハンマーで壊します。

石英アンプルは、王水 (HCl、HNO₃）または硫酸/過酸化水素（H₂SO₄/H₂O₂).

インゴットビーズブラスト・洗浄

多結晶欠陥を確認し、外部の酸化物や汚染物質を除去するには、単結晶 GaAs インゴットをビーズブラストする必要があります。 ビードブラストは、炭化ケイ素または焼成アルミナ ブラスト メディアのいずれかを利用して、使い果たされたグローブ ボックス ユニットで行われます。 湿式洗浄は、局所排気換気装置を備えた薬液槽で行われ、 王水 またはアルコールリンス (イソプロピルアルコールおよび/またはメタノール)。

単結晶インゴットの成長

アンプルから取り出した多結晶 GaAs インゴットをチャンクに分割し、計量して石英または PBN るつぼに入れ、その上に酸化ホウ素ディスクを置きます。 この坩堝を不活性ガスで加圧された結晶育成機（引上げ機）に入れ、1,238℃に加熱します。 この温度で、GaAs が融解し、軽い酸化ホウ素が液体の封入剤になり、砒素が融解物から解離するのを防ぎます。 種結晶は、液体キャップの下の融液に導入され、逆回転しながらゆっくりと融液から引き出され、それによって「ホットゾーン」を離れるときに固化します。 このプロセスには、充電サイズと結晶の直径に応じて、約 24 時間かかります。

成長サイクルが完了すると、グローワーが開かれ、単結晶インゴットが取り出され、洗浄されます。 液体キャップを取り付けた状態でも、溶融物からある程度のヒ素が漏れます。 プロセスのこの段階では、空気中のヒ素にかなり暴露される可能性があります。 この露出を制御するために、グローワーは 100°C 未満に冷却され、その結果、グローワーの内面に細かい砒素粒子が堆積します。 この冷却により、空中に浮遊するヒ素の量を最小限に抑えることができます。

ヒ素含有残留物の大量の堆積物が結晶育成装置の内部に残されます。 定期的な予防保守中に残留物を除去すると、空気中のヒ素濃度が高くなる可能性があります (Lenihan, Sheehy and Jones 1989; Baldwin and Stewart 1989; McIntyre and Sherin 1989)。 このメンテナンス作業中に使用される制御には、多くの場合、スカベンジャーの排気換気、使い捨ての衣類、呼吸用保護具が含まれます。

インゴットが取り除かれると、グローワーは解体されます。 HEPA真空を利用して、栽培者のすべての部分でヒ素粒子を拾います. 掃除機をかけた後、ステンレス鋼の部品を水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合液で拭き、残留ヒ素を取り除き、グローワーを組み立てます。

ウエハー処理

X線回折

GaAsインゴットの結晶方位は、シリコンインゴットの加工と同様にX線回折装置を用いて決定されます。 低出力レーザーを使用して、製造環境で結晶方位を決定できます。 ただし、X 線回折の方が正確であり、推奨される方法です。

X 線回折を使用する場合、X 線ビームは、放射線の漏れがないか定期的にチェックされる保護キャビネットに完全に閉じ込められることがよくあります。 特定の状況下では、インターロックされたエンクロージャーに X 線ビームを完全に閉じ込めることは実際的ではありません。 この場合、オペレーターは放射線指バッジを着用する必要があり、高出力レーザーに使用されるものと同様の制御が使用されます (たとえば、アクセスが制限された密閉された部屋、オペレーターのトレーニング、ビームを可能な限り密閉するなど) ( Baldwin と Williams 1996)。

インゴットのトリミング、研削、スライス

単結晶インゴットの端または尾部は、水にさまざまな冷却剤を加えた水潤滑式の片刃ダイヤモンド ソーを使用して除去されます。 次に、単結晶インゴットを旋盤にかけ、均一な直径の円筒形のインゴットに成形します。 これは研削工程であり、湿式工程でもあります。

切り取って研削した後、GaAs インゴットはエポキシまたはワックスでグラファイト ビームに取り付けられ、自動操作の内径 (ID) ダイヤモンド ブレード ソーを使用して個々のウェーハに切断されます。 この湿式操作は、潤滑剤を使用して行われ、GaAs スラリーが生成されます。これを収集し、遠心分離し、フッ化カルシウムで処理してヒ素を沈殿させます。 上澄み液に過剰なヒ素が含まれていないことを確認し、汚泥をケーキ状に圧縮して有害廃棄物として処分します。 一部のメーカーは、インゴットのトリミング、研削、およびスライス プロセスから収集したスラリーを Ga 再生用に送ります。

アルシンおよびホスフィンは、GaAs およびリン化インジウムと空気中の水分、他のヒ化物およびリン化物との反応から、またはガリウムヒ素およびリン化インジウムの処理中に酸と混合されたときに形成される可能性があります。 92 ppb のアルシンと 176 ppb のホスフィンが、GaAs とリン化インジウムのインゴットを切断するために使用されるスライス ブレードから 2 インチ離れた場所で測定されました (Mosovsky et al. 1992、Rainer et al. 1993)。

ウェーハ洗浄

グラファイト ビームから GaAs ウェーハを取り外した後、硫酸/過酸化水素または酢酸とアルコールの溶液を含む湿った化学薬品浴に順次浸漬して洗浄します。

エッジプロファイリング

エッジプロファイリングは、スライスされたウェーハに実行されるウェットプロセスでもあり、ウェーハの周りにエッジを形成するため、破損しにくくなります。 ウェーハ表面に薄い切り込みを入れるだけなので、スラリーの発生が少ない。

ラッピングと研磨

ウェーハは、ホットプレートを使用してラップまたは研削プレートにワックスで取り付けられ、設定された回転速度と圧力を加える機械でラップされます。 ラッピング溶液（酸化アルミニウム、グリセリンおよび水のスラリー）がラッピング表面上に供給される。 短いラッピング期間の後、所望の厚さが達成されると、ウェーハは洗浄され、機械研磨機に取り付けられる。 研磨は、重炭酸ナトリウム、5% 塩素、水 (または次亜塩素酸ナトリウム)、およびコロイダル シリカ スラリーを使用して実行されます。 次にウエハーをホットプレート上で取り外し、溶剤を使用してワックスを除去し、ウエハーを洗浄します。

エピタキシー

単結晶ＧａＡｓウェーハは、所望の電子特性または光学特性を有する同じまたは他のＩＩＩ－Ｖ化合物の非常に薄い層を成長させるための基板として使用される。 これは、成長層において基板の結晶構造が継続するように行われなければならない。 基板が成長層の結晶化度と方向を決定するこのような結晶成長はエピタキシーと呼ばれ、さまざまなエピタキシャル成長技術が III-V ディスプレイおよびデバイスの製造に使用されています。 最も一般的な手法は次のとおりです。

• 液相エピタキシー (LPE)

• 分子線エピタキシー (MBE)

• 気相エピタキシー (VPE)

• 有機金属化学蒸着 (MOCVD) — 有機金属気相エピタキシー (OMVPE) としても知られています。

液相エピタキシー

LPE では、ドープされた III-V 族材料の層が、ウェーハ上に堆積される材料用の別個のチャンバーを含むグラファイト ホルダーを使用して、GaAs 基板の表面上に直接成長します。 計量された量の蒸着材料がホルダーの上部チャンバーに追加され、ウェーハは下部チャンバーに配置されます。 アセンブリは、水素雰囲気下で石英反応管内に配置されます。 チューブを加熱して堆積材料を溶かし、融液が平衡に達すると、ホルダーの上部をスライドさせて、融液がウェーハ上に配置されるようにします。 その後、炉温を下げてエピタキシャル層を形成する。

LPE は、主にマイクロ波 IC エピタキシーおよび特定の波長の LED の製造に使用されます。 この LPE プロセスの主な懸念は、システム内での可燃性の高い水素ガスの使用です。これは、優れた工学的制御と早期警告システムによって軽減されます。

分子線エピタキシー

MBE の形での真空エピタキシーは、特に用途の広い技術として開発されました。 GaAs の MBE は、Ga および As の原子ビームまたは分子ビームのソースを含む超高真空システムと、加熱された基板ウェーハで構成されます。 分子線源は通常、液体 Ga または固体 As の容器です。 ソースは、基板ウェーハに面するオリフィスを有する。 噴出オーブン (または容器) が加熱されると、Ga の原子または As の分子がオリフィスから噴出します。 GaAs の場合、成長は通常 450°C を超える基板温度で行われます。

アルシンへの高い暴露は、固体ソース MBE システムのメンテナンス中に発生する可能性があります。 MBE ユニットのチャンバーがメンテナンスのために開かれたとき、0.08 ppm の室内空気濃度が 1991 つの研究で検出されました。 著者らは、一時的なアルシンの生成は、非常に細かい粒子状のヒ素が水蒸気と反応し、アルミニウムが触媒として作用することによって引き起こされる可能性があるという仮説を立てました (Asom et al. XNUMX)。

気相エピタキシー

脱脂および研磨されたウェーハは、エピタキシーの前にエッチングおよび洗浄ステップを受けます。 これには、硫酸、過酸化水素、および水を 5:1:1 の比率で使用する連続的な湿式化学浸漬操作が含まれます。 脱イオン水リンス; イソプロピルアルコールで洗浄/乾燥。 目視検査も行います。

XNUMX つの異なる化学に基づいて、VPE の XNUMX つの主要な技術が使用されています。

• III-ハロゲン (GaCl₃) および V-ハロゲン (AsCl₃) または V-水素 (AsH₃ とPH₃)

• Ga(CH などの III 有機金属および V-水素₃)₃ とアッシュ₃—OMVPE。

これらの技術の熱化学は非常に異なります。 ハロゲン反応は通常、「ホット」から「コールド」のものまであり、III 元素と HCl の反応によってホット ゾーンで III ハロゲンが生成され、次にコールド ゾーンに拡散し、そこで V 種と反応します。有機金属化学は、III金属有機化合物が有機基を「分解」または熱分解し、残りのIIIと水素化物Vが反応してIII-Vを形成する「ホットウォール」プロセスです。

VPE では、GaAs 基板を水素雰囲気下の加熱チャンバーに入れます。 チャンバは、RF または抵抗加熱によって加熱されます。 HCl は Ga ボートを通してバブリングされ、塩化ガリウムを形成し、それが AsH と反応します。₃ とPH₃ 基板上にエピタキシャル層として堆積される GaAsP を形成するためのウェーハの表面近く。 添加できるドーパントは多数あります (製品とレシピによって異なります)。 これらには、低濃度のテルル化物、セレン化物、硫化物が含まれます。

LED 処理で VPE に使用される一般的な技術は、III ハロゲンおよび V 水素 (水素化物) システムです。 これには XNUMX サイクルのプロセスが含まれます。最初に GaAs 基板上に GaAsP のエピタキシャル層を成長させ、最後にグラファイト/石英リアクタ チャンバから不純物を除去するエッチング サイクルを行います。 エピタキシャル成長サイクル中に、事前に洗浄された GaAs ウェーハは、無水 HCl ガスが計量されて GaCl₃. 水素化物/水素ガス混合物 (例: 7% AsH₃/H₂ PH10%₃/H₂) はまた、テルルとセレンの有機金属ドーパントの ppm 濃度を添加して、リアクター チャンバーに計量供給されます。 ホット ゾーン (反応チャンバーの上部) の化学種が反応し、コールド ゾーン (チャンバーの下部) で、ウエハー基板とチャンバーの内部に目的の GaAsP 層を形成します。反応室。

反応器からの流出物は、熱分解のために水素トーチ システム (燃焼室または燃焼ボックス) に送られ、ウェット スクラバー システムに排出されます。 別の方法として、反応器流出物を液体媒体にバブリングして、粒子の大部分を捕捉することができる。 安全上の課題は、ガスを「分解」するために原子炉自体に依存していることです。 これらの原子炉の効率は約 98 ～ 99.5% です。 したがって、一部の未反応ガスは、オペレーターによって取り出されたときにバブラーから出てくる可能性があります。 これらのバブラーからのさまざまなヒ素およびリン含有化合物のガス放出があり、メンテナンスのためにベント付きシンクにすばやく移送し、そこでパージおよび洗浄して、人員の曝露を低く抑える必要があります。 このプロセスの職業衛生上の課題は、排気流出物のプロファイリングです。これは、反応器のさまざまな部分、特にバブラーからのガス放出化合物のほとんどが空気中で不安定であり、利用可能な従来の収集媒体と分析技術は、異なる種。

もう 1989 つの懸念事項は、VPE リアクターのプリスクラバーです。 高濃度のアルシンとホスフィンが含まれている可能性があります。 これらのプリスクラバーが無差別に開かれると、職業暴露限界を超える暴露が発生する可能性があります (Baldwin and Stewart XNUMX)。

エッチング サイクルは、成長サイクルの最後に新しいリアクタ パーツで実行され、不純物の内部表面をクリーニングします。 未希釈の HCl ガスを約 30 分間チャンバーに計量供給し、反応器を 1,200°C 以上に加熱します。 流出物は、中和のために湿式スクラバーシステムに排出されます。

成長サイクルとエッチング サイクルの両方の終了時に、拡張された N₂ パージは、有毒/可燃性および腐食性ガスのリアクター チャンバーを洗い流すために使用されます。

原子炉洗浄

各成長サイクルの後、VPE リアクターを開け、ウェーハを取り出し、リアクターの上部と下部の両方を物理的に洗浄する必要があります。 洗浄工程はオペレーターが行います。

反応器からの石英プリスクラバーは、物理的に反応器の外に移動され、Nでパージされる排気シンクに配置されます。₂、水ですすいでから水に浸す 王水. これに続いて、部品を乾燥させる前にもう一度水ですすいでください。 Nのつもり₂ パージとは、不安定な自然発火性リンの存在により、酸素を単に置換することです。 さまざまなヒ素やリンを含む副生成物を含む残留物が、パージと水によるすすぎの後でもこれらの部品に残ります。 これらの残留物と強力な酸化剤/酸の混合物との反応により、かなりの量の AsH が生成される可能性があります。₃ そしていくつかのPH₃. また、その地域の他のメンテナンス手順による曝露の可能性もあります。

石英反応チャンバーの底部と底板 (ベース プレート) は、金属ツールを使用してきれいに削り取られ、微粒子材料 (GaAs、GaAsP、ヒ素酸化物、リン酸化物、および閉じ込められた水素化物ガスの混合物) が金属に集められます。垂直反応器の下に配置されたコンテナ。 最終的なクリーンアップには高効率の真空が使用されます。

化学物質にさらされる可能性のある別の操作は、原子炉のトラップの洗浄です。 トラップのクリーニングは、前述のすべての副産物と塩化ヒ素のクラストを持つ上部チャンバーからグラファイト部品をこすり落とすことによって行われます。 こする手順は粉塵を発生させ、オペレーターへの暴露を最小限に抑えるために換気されたシンクで実行されます。 すべての副産物と液体廃棄物を形成する水分を含むプロセス排気ラインが開かれ、金属製の容器に排出されます。 HEPA バキュームは、グラファイト パーツの移動中やベル ジャーの上昇と下降中に漏れた可能性のあるほこりの粒子を取り除くために使用され、遊離した粒子を叩き落とします。

有機金属化学蒸着

MOCVD は、III-V デバイスの作製に広く使用されています。 他の CVD システムでソース材料として使用される水素化物ガス (アルシンやホスフィンなど) に加えて、MOCVD システムでは毒性の少ない代替液体 (例えば、tert-ブチル アルシンや tert-ブチル ホスフィン) も、カドミウム アルキルおよび水銀 (Content 1989; Rhoades, Sands and Mattera 1989; Roychowdhury 1991)。

VPE は複合材料の堆積プロセスを指しますが、MOCVD はシステムで使用される親化学ソースを指します。 ハロゲン化物と有機金属の XNUMX つの化学物質が使用されます。 上述のＶＰＥ法はハロゲン化物法である。 ＩＩＩ族ハロゲン化物（ガリウム）がホットゾーンで形成され、ＩＩＩ－Ｖ化合物がコールドゾーンで堆積される。 GaAs の有機金属プロセスでは、トリメチルガリウムがアルシンまたは tert-ブチル アルシンなどの毒性の低い代替液体と共に反応チャンバーに計量され、ガリウム ヒ素が形成されます。 典型的な MOCVD 反応の例は次のとおりです。

（CH₃)₃Ga+AsH₃ →GaAs+3CH₄

LED の MOCVD 処理で使用される他の化学物質があります。 ＩＩＩ族元素として使用される有機金属には、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、ＴＭインジウム、ＴＥインジウムおよびＴＭアルミニウムが含まれる。 水素化ガスもプロセスで使用されます: 100% AsH₃ PH100%₃. このプロセスで使用されるドーパントは、ジメチル亜鉛 (DMZ)、ビスシクロペンタジエニル マグネシウム、およびセレン化水素 (H₂セ）。 これらの材料は、低圧HXNUMX下で反応チャンバー内で反応します₂ 雰囲気。 この反応により、AlGaAs、AlInGaP、InAsP、および GaInP のエピタキシャル層が生成されます。 この技術は、半導体レーザーや、光ファイバーの送信機や受信機などの光通信デバイスの製造に伝統的に使用されてきました。 AlInGaP プロセスは、非常に明るい LED の製造に使用されます。

VPE プロセスと同様に、MOCVD リアクターと部品の洗浄は、特に大量の濃縮 PH の場合、プロセスと労働衛生士の両方に課題を提示します。₃ プロセスで使用されます。 これらの反応器の「分解」効率は、VPE 反応器ほど大きくはありません。 かなりの量のリンが発生し、火災の危険があります。 洗浄手順では、これらの反応器のさまざまな部品に希薄な過酸化水素/水酸化アンモニウムを使用する必要があります。これは、オペレーターのミスにより、金属触媒の存在下で濃縮溶液を使用すると爆発の危険があります。

デバイスの製造

上面にＧａＡｓＰのエピタキシャル成長層を有するＧａＡｓウェハは、デバイス製造処理シーケンスに進む。

窒化物の堆積

窒化ケイ素 (Si) の高温 CVD₃N₄) は、標準的な拡散炉を使用して実行されます。 ガス源はシラン (SiH₄) とアンモニア (NH₃) 窒素キャリアガスを使用。

フォトリソグラフィプロセス

標準的なフォトレジスト、位置合わせ/露光、現像、および剥離プロセスは、シリコン デバイス処理と同様に利用されます (記事「シリコン半導体製造」のリソグラフィに関するセクションを参照)。

ウェットエッチング

ウェットケミカル酸溶液のさまざまな混合物が、局所的に排気されたエッチングステーションのプラスチックバスで使用され、垂直に取り付けられた層状のHEPAフィルター供給システムを備えたものもあります。 使用中の一次酸は硫酸 (H₂SO₄)、フッ化水素酸 (HF)、塩酸 (HCl)、リン酸 (H₃PO₄）。 シリコン処理と同様に、過酸化水素 (H₂O₂) は硫酸、および水酸化アンモニウム (NH₄OH) はコースティック エッチングを提供します。 アルミニウムのエッチングには、シアン化物溶液 (ナトリウムまたはカリウム) も使用されます。 ただし、シアン化物エッチングは、このプロセス用に他のエッチング剤が開発されているため、徐々に段階的に廃止されています。 ウェット エッチングの代替として、プラズマ エッチングおよびアッシング プロセスが使用されます。 反応器の構成と反応ガスは、シリコン デバイス処理で使用されるものと非常によく似ています。

クローズドアンプル二砒化亜鉛固体ソース拡散は、Nを利用して720°Cの真空拡散炉で行われます。₂ キャリアガス。 ヒ素とヒ化亜鉛がドーパントとして使用されます。 それらは、バルク基板と同じ方法でグローブボックス内で計量されます。

メタライゼーション

最初のアルミニウム蒸発は、電子ビーム蒸発器を利用して実行されます。 バックラップの後、フィラメント蒸発器を利用して金の蒸着が行われます。

合金化

最終的な合金化ステップは、窒素不活性雰囲気を利用して、低温拡散炉で実行されます。

バックラップ

堆積した材料（GaAsP、Si）を除去するためにバックラッピングが行われます₃N₄ など）ウェーハの裏側から。 ウェーハはラッパープレートにワックスで取り付けられ、コロイダルシリカスラリーでウェットラップされます。 次に、局所的に排気されたウェットケミカルエッチングステーションで、有機ストリッパーでウェーハをウェットストリッピングすることにより、ワックスが除去されます。 ウェット ラッピングに代わるもう XNUMX つの方法は、酸化アルミニウムの「砂」を使用するドライ ラッピングです。

多くのレジストおよびレジスト剥離剤が使用されており、典型的にはスルホン酸（ドデシルベンゼンスルホン酸）、乳酸、芳香族炭化水素、ナフタレンおよびカテコー​​ルを含む。 一部のレジスト剥離剤には、エタン酸ブチル、酢酸、ブチルエステルが含まれています。 製品によってネガ型とポジ型の両方のレジストとレジスト剥離剤が使用されています。

最終試験

シリコン デバイスの処理と同様に、完成した LED 回路はコンピューターでテストされ、マークが付けられます (「シリコン半導体の製造」を参照)。 最終検査が行われた後、ウェーハは電気的にテストされ、欠陥のあるダイにマークが付けられます。 次に、ウェットソーを使用して個々の金型を分離し、組み立てに送ります。

戻る