JP2008300603A - Semiconductor production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不純物を溶け込ませた溶液を用い、溶液中の不純物を拡散させることによりGaN系半導体層に不純物をドーピングする半導体製造装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus that uses a solution in which impurities are dissolved and diffuses impurities in the solution to dope impurities into a GaN-based semiconductor layer.
GaP、GaAs、InP等の III−V族化合物半導体エピタキシャルウエハは通常液相エピタキシャル成長法(LPE法)により作製されている。一般的に、液相エピタキシャル成長法ではスライドボート法が用いられる。このスライドボート法で用いられるスライドボートは、非特許文献1に示されるように、グラファイトで作製されており、成長溶液を入れる溶液溜を摺動方向に2以上有する溶液ホルダと、表面の一部を掘り込んで基板等を載置する基板載置部を形成したスライダーとから構成されている。これら溶液ホルダとスライダーとは、相互に水平方向に移動させることができるようになっている。 III-V group compound semiconductor epitaxial wafers such as GaP, GaAs, InP and the like are usually produced by a liquid phase epitaxial growth method (LPE method). Generally, a slide boat method is used in the liquid phase epitaxial growth method. As shown in Non-Patent Document 1, the slide boat used in this slide boat method is made of graphite, and has a solution holder having two or more solution reservoirs in which the growth solution is placed in the sliding direction, and a part of the surface. And a slider formed with a substrate placement portion for placing a substrate or the like. The solution holder and the slider can be moved in the horizontal direction.
例えば、GaAs薄膜を作製する場合で説明すると、スライドボートを炉に入れて昇温し、溶液溜に入ったGa融液をGaAsで飽和させて成長溶液を作製した後、冷却して成長溶液を過冷却状態にする。その後、徐冷しながらGaAs基板上に成長溶液の入った溶液溜が真上に来るようにスライダーを移動させ、成長溶液をGaAs基板と接触させる。これによりGaAs基板上にGaAsエピタキシャル層が成長する。所定の厚さの薄膜が成長した後、スライダーを移動させることにより成長溶液の入った溶液溜をGaAs基板上から移動させ、成長を停止させる。 For example, in the case of producing a GaAs thin film, a slide boat is placed in a furnace and heated to saturate the Ga melt contained in the solution reservoir with GaAs to produce a growth solution, and then cooled to remove the growth solution. Make it supercooled. Thereafter, the slider is moved so that the solution reservoir containing the growth solution is directly above the GaAs substrate while gradually cooling, and the growth solution is brought into contact with the GaAs substrate. As a result, a GaAs epitaxial layer grows on the GaAs substrate. After the thin film having a predetermined thickness is grown, the solution reservoir containing the growth solution is moved from the GaAs substrate by moving the slider to stop the growth.
複数のエピタキシャル層を成長させる場合には成長用溶液溜に成長用溶液を入れておき、GaAs基板との接触、降温、分離をくり返してエピタキシャル層を積層させる。このように、液相エピタキシャル法は、溶液温度を下げることにより、溶液中に溶けている溶質元素を過飽和状態にし、それを基板上に析出させることにより、結晶成長を行う技術である。
しかし、上記の液相エピタキシャル法では、AlInGaN4元混晶系を作製することはできず、一般的にMOCVD法(有機金属気相成長法)が用いられている。そして、p型やn型の不純物のドーピングに関しても、その原料となるガスを成長室に流して気相成長法により行われる。ところで、AlInGaN4元混晶系の不純物のドーピングに関しては、MOCVD法のような気相成長法によるのではなく、不純物を含んだ溶液中にGaN系半導体を浸漬させ熱拡散させる方法が提案されている。 However, in the above liquid phase epitaxial method, an AlInGaN quaternary mixed crystal system cannot be produced, and the MOCVD method (metal organic vapor phase epitaxy) is generally used. Further, the doping of p-type and n-type impurities is also performed by vapor phase growth with a gas as a raw material flowing into the growth chamber. By the way, regarding the doping of AlInGaN quaternary mixed crystal impurities, a method of thermally diffusing a GaN-based semiconductor by immersing it in a solution containing impurities has been proposed instead of using a vapor phase growth method such as MOCVD. .
例えば、GaN系半導体にp型の不純物をドーピングする場合には、Ga(ガリウム)融液が入った1つの溶液槽にMOCVD法等でエピタキシャル成長させたGaN系半導体ウエハを入れておき、このGa融液中にp型の不純物を溶け込ませて、Ga融液温度を900℃程度にまで上げた後、GaN系半導体ウエハの結晶中にGa融液中のp型不純物を拡散させる。また、n型不純物の拡散についても、n型不純物の原材料が変わるだけで、上記同様の構成で拡散を行う。 For example, when p-type impurities are doped in a GaN-based semiconductor, a GaN-based semiconductor wafer epitaxially grown by MOCVD or the like is placed in one solution tank containing a Ga (gallium) melt, and this Ga-fused semiconductor. After p-type impurities are dissolved in the liquid and the Ga melt temperature is raised to about 900 ° C., the p-type impurities in the Ga melt are diffused into the crystals of the GaN-based semiconductor wafer. In addition, n-type impurities are diffused with the same structure as described above, only by changing the raw material of the n-type impurities.
上記のように溶液中の不純物をウエハに拡散する場合の溶液が収容された溶液槽の温度変化を図11に示す。まず、不純物をドーピングしたいウエハを溶液槽の底に配置し、溶媒となるGa融液と溶質となる不純物の原材料を入れた後、期間Aで示されるように、溶液槽を加熱し、所定時間かけて900℃程度にし、一定期間(図の期間B)温度を保持する。その後、期間Cのように溶液槽の温度を次第に下げていき所定の温度まで下がったところで、ウエハを溶液槽から取り出す。 FIG. 11 shows the temperature change of the solution tank in which the solution is stored when the impurities in the solution are diffused into the wafer as described above. First, a wafer to be doped with impurities is placed at the bottom of the solution tank, and after adding Ga melt as a solvent and raw materials for impurities as a solute, the solution tank is heated as shown in period A for a predetermined time. Over about 900 ° C., and the temperature is maintained for a certain period (period B in the figure). Thereafter, the temperature of the solution tank is gradually lowered as in period C, and when the temperature drops to a predetermined temperature, the wafer is taken out from the solution tank.
図11では、期間Bの間が本来不純物をウエハ中に拡散する期間であるが、期間A(加熱期間)や期間C(冷却期間)の間も、不純物が溶け込んでいる溶液とウエハは接触しているので、これらの期間中も不純物の拡散が起こる。溶液はほとんどGa融液で構成されており、Gaの熱容量が大きいために、熱しにくく、冷めにくい。したがって、拡散反応を起こすための最適な900℃の温度まで、加熱する期間Aと、900℃から冷却する期間Cは長くなってしまう。 In FIG. 11, the period B is originally a period during which impurities are diffused into the wafer. However, the solution in which the impurities are dissolved is also in contact with the wafer during the period A (heating period) and the period C (cooling period). Thus, impurity diffusion occurs during these periods. The solution is almost composed of a Ga melt, and since the heat capacity of Ga is large, it is difficult to heat and cool. Therefore, the heating period A and the cooling period C from 900 ° C. to the optimum temperature of 900 ° C. for causing the diffusion reaction become long.
拡散量を正確に制御するためには、期間Bの間だけ、溶液槽内の溶液とGaN系半導体ウエハとが接触している必要があるが、期間A及び期間Cの間も接触しており、しかも上述したように期間A及び期間Cの時間は長くなっているので、この間もGaN系半導体ウエハへの不純物拡散がかなり進行し、拡散量を正確に制御するのが困難であるという問題があった。また、期間A及び期間Cの時間が長いため、GaN系半導体ウエハに対するドーピング作業の終了までに時間がかかりすぎ、歩留まりの低下を招いていた。 In order to accurately control the diffusion amount, it is necessary that the solution in the solution tank and the GaN-based semiconductor wafer are in contact with each other only during the period B. In addition, as described above, since the period A and the period C are long, impurity diffusion into the GaN-based semiconductor wafer proceeds considerably during this period, and it is difficult to accurately control the diffusion amount. there were. Further, since the period A and the period C are long, it takes too much time to complete the doping operation on the GaN-based semiconductor wafer, resulting in a decrease in yield.
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、溶液中の不純物を拡散させることによりGaN系半導体へのドーピングを行う場合に、拡散量を正確に制御できるようにし、ドーピング作業を短時間で終了させることができる半導体製造装置を提供することを目的としている。 The present invention was devised to solve the above-described problems, and allows doping to be accurately controlled when doping a GaN-based semiconductor by diffusing impurities in a solution. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of completing the work in a short time.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、GaN系半導体に不純物をドーピングする半導体製造装置であって、ガリウム溶液が収容された第1溶液槽と、ガリウム溶液と前記不純物との混合溶液が収容され前記第1溶液槽とは異なる温度を有する第2溶液槽とを少なくとも備え、前記第1溶液槽と第2溶液槽に収容された各溶液に前記GaN系半導体を浸漬して、前記GaN系半導体に不純物をドーピングすることを特徴とする半導体製造装置である。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a semiconductor manufacturing apparatus for doping impurities into a GaN-based semiconductor, comprising a first solution tank containing a gallium solution, a gallium solution and the impurities. At least a second solution tank containing a mixed solution and having a temperature different from that of the first solution tank, and immersing the GaN-based semiconductor in each solution contained in the first solution tank and the second solution tank. A semiconductor manufacturing apparatus, wherein the GaN-based semiconductor is doped with impurities.
また、請求項2記載の発明は、前記GaN系半導体を前記第1溶液槽と第2溶液槽に収容された各溶液に浸漬させるために、前記GaN系半導体が載置されたカーボン製のウエハ搬送部を備え、前記ウエハ搬送部を挿入するための挿入口が前記第1溶液槽及び第2溶液槽に形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a carbon wafer on which the GaN-based semiconductor is placed in order to immerse the GaN-based semiconductor in each solution contained in the first solution tank and the second solution tank. 2. The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, further comprising a transfer unit, wherein an insertion port for inserting the wafer transfer unit is formed in the first solution tank and the second solution tank.
また、請求項3記載の発明は、前記第1溶液槽と第2溶液槽に収容された各溶液の上部にガリウムよりも比重の小さい液体封止剤が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項2のいずれか1項に記載の半導体製造装置である。
The invention described in
また、請求項4記載の発明は、前記第1溶液槽は、1つで前記GaN系半導体の加熱及び冷却の両方を行う溶液槽であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の半導体製造装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, the first solution tank is a single solution tank that performs both heating and cooling of the GaN-based semiconductor. 2. A semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1.
また、請求項5記載の発明は、前記第1溶液槽は、複数設けられており、前記GaN系半導体の加熱用溶液槽と冷却用溶液槽とに分けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の半導体製造装置である。
The invention according to
本発明の半導体製造装置は、ガリウム溶液が収容された第1溶液槽と、ガリウム溶液と不純物との混合溶液が収容され前記第1溶液槽とは異なる温度を有する第2溶液槽とを少なくとも有しており、これら第1溶液槽と第2溶液槽に収容された各溶液にGaN系半導体を浸漬して溶液中の不純物をGaN系半導体に拡散させることによりドーピングを行っているので、不純物拡散用の溶液槽と加熱又は冷却用の溶液槽とを分けることができ、従来と比較して不純物拡散量を正確に制御できるとともに、加熱又は冷却を迅速に行うことができる。 The semiconductor manufacturing apparatus of the present invention has at least a first solution tank containing a gallium solution and a second solution tank containing a mixed solution of a gallium solution and impurities and having a temperature different from that of the first solution tank. Since doping is performed by immersing a GaN-based semiconductor in each solution contained in the first solution tank and the second solution tank and diffusing impurities in the solution into the GaN-based semiconductor, impurity diffusion is performed. The solution tank for heating and the solution tank for heating or cooling can be separated, and the impurity diffusion amount can be accurately controlled as compared with the conventional one, and heating or cooling can be performed quickly.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は本発明の第1の半導体製造装置の基本的な構成を示す。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a basic configuration of a first semiconductor manufacturing apparatus of the present invention.
本発明の半導体製造装置に用いられるウエハは、六方晶化合物半導体であるIII−V族GaN系半導体が用いられており、上記III−V族GaN系半導体は、4元混晶系のAlxGayInzN(x+y+z=1、0≦x≦1、0<y≦1、0≦z≦1)で表される。 The wafer used in the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention uses a III-V group GaN-based semiconductor which is a hexagonal compound semiconductor, and the III-V group GaN-based semiconductor is a quaternary mixed crystal Al x Ga. represented by y in z N (x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 <y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1).
図1の半導体製造装置は、ウエハ搬送部であるスライダー3、3つの溶液槽11、12、13、各溶液槽の上下に設けられたヒータ6、7、8が設けられている。スライダー3には、表面の一部を掘り込んでGaN系半導体ウエハ4を載置するウエハ保持部が形成されている。ヒータ6、7、8は各々独立して制御することができるようになっており、各ヒータの熱出力を個々に変えて、各溶液槽11、12、13を加熱することができる。
The semiconductor manufacturing apparatus of FIG. 1 is provided with a
また、3つの溶液槽11、12、13は、基本的に同じ構造に形成されており、各溶液槽は、図5のように構成されている。各溶液槽11、12、13に対応する溶液槽1は、図5に示されるように、内部に溶液を収容するための容積を有する容器1aを有しており、容器1aにはスライダー3を挿入するための挿入口1bが形成されている。
Moreover, the three
上述したように、スライダー3にはGaN系半導体ウエハ4が載置、保持できるようになっており、スライダー3を挿入口1bに差し込んだ状態で、スライダー3と容液槽1とは相対的に移動させることができるようになっている。スライダー3を挿入口1bに差し込んだ状態で、スラライダー3の表面と挿入口1bの壁面との隙間は、1mm未満(例えば、0.2mm〜0.3mm)に形成されているので、表面張力により、スライダー3を前後に移動させても中のGa溶液2は外に漏れ出さない。また、容器1aは、カーボン又はアルミナ等で、スライダー3はカーボンで構成されている。カーボン製であると、耐熱性が高くなり、容器1a及びスライダー3の両方をカーボン製にすれば、これら相互の摩擦係数は小さくなる。
As described above, the GaN-based
さらに、図5では図示していないが、図1の構成図からもわかるように、溶液槽1の挿入口は、1対設けられており、挿入口1bに対向するように、挿入口1bと正反対側にもう1つの挿入口が設けられており、図1の溶液槽11、12、13とスライダー3との関係のようにスライダー3は1対の挿入口を突き抜けて差し込まれている。また、容器1aにはGa(ガリウム)を含むGa溶液2がスライダー3のGaN系半導体ウエハ4が十分浸漬するような位置まで注入される。
Further, although not shown in FIG. 5, as can be seen from the configuration diagram of FIG. 1, a pair of insertion ports of the solution tank 1 are provided, and the
以上のように構成された半導体製造装置を用いてGaN系半導体に不純物をドーピングする方法を図1〜図4を用いて説明する。まず、溶液槽11、12、13の各挿入口にスライダー3を差し込み、図1のようにセッティングする。次に、Ga融液を各溶液槽11、12、13に注入し、スライダー3が完全に浸漬し、各溶液槽の上部位置にまで達するようにする。その後、溶液槽12にのみドーピング材料を投入する。例えば、p型不純物をドーピングしたい場合には、Mg(マグネシウム)やZn(亜鉛)等の材料又はその融液を混入させ、溶け込ませる。n型不純物をドーピングしたい場合には、Si(シリコン)等の材料又はその融液を混入させ、溶け込ませる。このように、通常、不純物材料としては金属元素が用いられる。
A method of doping impurities into a GaN-based semiconductor using the semiconductor manufacturing apparatus configured as described above will be described with reference to FIGS. First, the
したがって、この状態では、溶液槽11内の溶液22と溶液槽13内の溶液22は、各々Ga融液のみで構成されており、一方、溶液槽12内の溶液21はGa融液と不純物融液との混合液で構成される。後述するように、溶液槽11(第1溶液槽に相当)はGaN系半導体ウエハ4を昇温させる役割を、溶液槽12(第2溶液槽に相当)はGaN系半導体ウエハ4に不純物を拡散させる役割を、溶液槽13(第1溶液槽に相当)はGaN系半導体ウエハ4を降温させる役割を果たす。
Therefore, in this state, the
また、B2O3等の液体封止剤5を投入して、図1のように、各容液槽内の溶液22、21の上側を液体封止剤5で覆うようにする。例えば、B2O3の融点は460℃、比重2.46であり、液体封止剤5としては、Ga融液よりも比重が小さく、かつ900℃程度に加熱しても蒸発しない物質が必要である。
Further, a
ドーピング材料としてGaよりも蒸気圧の高い金属、すなわちGaよりも蒸発、昇華しやすい金属が溶液に溶け込んでいると、温度を上昇させた場合、ドーピング金属材料の一部が蒸気として溶液槽外部に放出されてしまい、溶液中のドーピング金属材料濃度が変化して、正確なドーピングが行えなくなる。また、製造装置を蒸気となったドーピング金属材料で汚してしまうことがあった。これらの問題を防止するために、液体封止剤5が用いられる。ドーピング材料に用いられるGaよりも蒸気圧の高い金属には、例えば、Zn等がある。なお、n型不純物でGaよりも蒸気圧の高い材料としては、金属ではないが、S(イオウ)やSe(セレン)がある。
If a metal having a higher vapor pressure than Ga, that is, a metal that is easier to evaporate and sublimate than Ga, is dissolved in the solution as a doping material, when the temperature is raised, a part of the doping metal material is vaporized outside the solution tank. As a result, the concentration of the doping metal material in the solution changes, and accurate doping cannot be performed. In addition, the manufacturing apparatus may be contaminated with the doping metal material that has become vapor. In order to prevent these problems, the
次に、スライダー3に設けられたウエハ保持部にGaN系半導体ウエハ4を必要な枚数取り付ける。その後、各ヒータ6、7、8の出力を別々に制御し、溶液槽11、12、13の温度を異なる温度に到達するようにする。例えば、図2に示すように、溶液槽11は200℃に、溶液槽12は400℃に、溶液槽13は200℃になるように各ヒータ6、7、8を用いて加熱する。
Next, a necessary number of GaN-based
そして、スライダー3を矢印の方向に移動させて、図2に示されるように、溶液槽11の中にGaN系半導体ウエハ4を浸漬させる。溶液槽11内の溶液22は、Ga融液のみであるので、溶液槽11内に移動したGaN系半導体ウエハ4と溶液22との間で反応は発生せず、GaN系半導体ウエハ4が所定温度まで加熱されることになる。
Then, the
GaN系半導体ウエハ4が溶液槽11に移動させた直後から、ヒータ6、7、8の出力を各々制御し、図3に示すように、溶液槽11の温度を600℃に、溶液槽12の温度を900℃に、溶液槽13の温度を600℃に上げる。そして、GaN系半導体ウエハ4が600℃程度まで達した状態で、図3に示すように、スライダー3を矢印の方向に移動させ、GaN系半導体ウエハ4を次の溶液槽12に移動させる。溶液槽12の溶液21は、Ga融液とドーピング用の金属が混合した溶液であり、溶液槽12は不純物拡散用の溶液槽であるため、GaN系半導体ウエハ4に対して900℃の温度条件での不純物拡散が行われる。ここで、GaN系半導体ウエハ4はGa融液に比べると熱容量も容積も非常に小さいので、900℃の温度にすぐに上昇し、900℃での不純物拡散が行える。また、冷却時も同じで、溶液槽内の溶液温度にすぐに達する。
Immediately after the GaN-based
このように、GaN系半導体ウエハ4を移動させる前に、最初の溶液槽11を200℃程度に温めておき、GaN系半導体ウエハ4を溶液槽11中に移動させた後、600℃程度にまで加熱し、次に、900℃に加熱された溶液槽12に移動させるようにし、温度の変化を段階的にしているのは、GaN系半導体ウエハ4を割れないようにするためである。例えば、最初の溶液槽11を600℃まで加熱した後に、常温の状態に置かれたGaN系半導体ウエハ4を溶液槽11内に移動させた場合には、温度の変化が激しいために、GaN系半導体ウエハ4に亀裂が生じる。
Thus, before the GaN-based
溶液槽12を所定の時間900℃に維持して、GaN系半導体ウエハ4への不純物拡散が終了した後、ヒータ6、7、8を切って、図4に示すように、溶液槽11の温度を300℃に、溶液槽12の温度を600℃に、溶液槽13の温度を300℃に冷却する。その後、図4に示すように、スライダー3を矢印の方向に移動させ、GaN系半導体ウエハ4を次の溶液槽13に移動させる。溶液槽13は、Ga融液のみが収容されている冷却用の溶液槽なので、GaN系半導体ウエハ4と溶液22との反応は起こらず、GaN系半導体ウエハ4は300℃にすぐに冷却される。ここからさらに300℃以下の温度に冷却することもできる。
After the
上記のように、溶液槽12でGaN系半導体ウエハ4で600℃まで冷却した後、温度が300℃に下げられた溶液槽13に移動させて冷却するようにしているので、1つの溶液槽の中にGaN系半導体ウエハ4を浸漬させて、その中で900℃から300℃に冷却するよりも、冷却時間は早くなる。また、溶液槽12と溶液槽13の温度差を300℃にして、GaN系半導体ウエハ4に急激な温度変化を与えないようにしているので、GaN系半導体ウエハ4の割れを防止することができる。
As described above, after cooling to 600 ° C. with the GaN-based
なお、溶液槽13はGaN系半導体ウエハ4の冷却用溶液槽であるので、図1〜図4に示すように、200℃、600℃、300℃と温度をその都度変化させずに、最初から最終温度の300℃に固定するようにしても良い。
Since the
以上のように、本発明では、溶液槽を複数用い、図1の例では、溶液槽11をGaN系半導体ウエハ4の加熱用として、溶液槽12を不純物拡散用として、溶液槽13をGaN系半導体ウエハ4の冷却用として分けているので、GaN系半導体ウエハ4の加熱又は冷却する期間中は、不純物が入った溶液21との接触をほとんどなくすることができ、不純物拡散量を正確に制御することができる。また、加熱又は冷却用の溶液槽を用いることで、加熱又は冷却を迅速に行うことができ、ドーピング作業時間を短縮することができる。
As described above, in the present invention, a plurality of solution tanks are used. In the example of FIG. 1, the
図6は、図1とは異なり、溶液槽を2つ使用する第2の半導体製造装置の構成を示す。図1と同じ符号を付している部分は、同じ構成を示す。上述したように、溶液槽12は不純物拡散用の溶液槽であり、第2溶液槽に相当する。溶液12はGa融液とドーピング用金属材料が混合した溶液である。一方、溶液槽11は、GaN系半導体ウエハ4の加熱及び冷却の両方を兼ねた溶液槽であり、第1溶液槽に相当する。溶液11はGa融液のみで構成されている。ウエハ搬送部であるスライダー3にはGaN系半導体ウエハ4が保持されており、スライダー3を左右に移動させることで、GaN系半導体ウエハ4の加熱、不純物拡散、冷却の各工程が行われる。
FIG. 6 is different from FIG. 1 in showing the configuration of a second semiconductor manufacturing apparatus using two solution vessels. Parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configuration. As described above, the
図6〜図9を参照して、GaN系半導体に不純物をドーピングする方法を説明する。最初のセッティング等については、第1の半導体製造装置と同じであるので、説明を省略する。まず、各ヒータ6、7の出力を別々に制御し、溶液槽11、12の温度を異なる温度に到達するようにする。例えば、図7に示すように、溶液槽11は200℃に、溶液槽12は400℃になるように各ヒータ6、7を用いて加熱する。
A method for doping impurities in a GaN-based semiconductor will be described with reference to FIGS. Since the first setting and the like are the same as those of the first semiconductor manufacturing apparatus, description thereof is omitted. First, the outputs of the
そして、スライダー3を矢印の方向に移動させて、図7に示されるように、溶液槽11の中にGaN系半導体ウエハ4を浸漬させる。溶液槽11内の溶液22は、Ga融液のみであるので、溶液槽11内に移動したGaN系半導体ウエハ4と溶液22との間で反応は発生せず、GaN系半導体ウエハ4が所定温度まで加熱されることになる。
Then, the
GaN系半導体ウエハ4を溶液槽11に移動させた直後から、ヒータ6、7の出力を各々制御し、図8に示すように、溶液槽11の温度を600℃に、溶液槽12の温度を900℃に上昇させる。そして、GaN系半導体ウエハ4が600℃程度まで達した状態で、図8に示すように、スライダー3を矢印の方向に移動させ、GaN系半導体ウエハ4を次の溶液槽12に移動させる。溶液槽12の溶液21は、Ga融液とドーピング用の金属が混合した溶液であり、溶液槽12は不純物拡散用の溶液槽であるため、GaN系半導体ウエハ4に対して900℃の温度条件での不純物拡散が行われる。
Immediately after the GaN-based
溶液槽12を所定の時間900℃に維持して、GaN系半導体ウエハ4への不純物拡散が終了した後、ヒータ6、7を切って、図9に示すように、溶液槽11の温度を300℃に、溶液槽12の温度を600℃に下げる。その後、図9に示すように、スライダー3を矢印の方向(図8、9とは反対方向)に移動させ、GaN系半導体ウエハ4を前の溶液槽11に戻す。この段階での溶液槽11は、GaN系半導体ウエハ4の冷却用の溶液槽として作用し、ここでGaN系半導体ウエハ4が300℃にすぐに冷却される。ここからさらに300℃以下の温度に冷却しても良い。
After the
上記第1及び第2の半導体製造装置では、GaN系半導体ウエハ4を移動させる前に各溶液槽の温度を変化させる工程と、GaN系半導体ウエハ4を次の溶液槽に移動させてから各溶液槽の温度を変化させる工程とを組み合わせてGaN系半導体ウエハ4を迅速に加熱、冷却を行うとともに、GaN系半導体ウエハ4が留まっている溶液槽温度又はGaN系半導体ウエハ4の温度と次の溶液槽温度との温度差を小さくしておくことにより、GaN系半導体ウエハ4に対する急激な温度変化を避け、ウエハの亀裂を避けるようにしていたが、これを各溶液槽の温度は、一定の温度に設定された後は、そのままに維持しておき、ウエハ搬送部であるスライダーを移動させるだけで加熱、冷却するようにしても良い。
In the first and second semiconductor manufacturing apparatuses, the temperature of each solution tank is changed before the GaN-based
上記、各溶液槽の温度は固定にして、スライダーを移動させるだけで、GaN系半導体ウエハの加熱、冷却を行う第3の半導体製造装置の構成例を図10に示す。この例では、溶液槽を11、12、13、14、15と5個設けた。溶液槽11〜15に対応して、ヒータ6、7、8、9、10が配置されている。溶液槽13に入れられた溶液21のみが、Ga融液と不純物金属材料との混合液であり、その他の溶液槽11、12、14、15には、Ga融液からなる溶液22が入れられている。ここで、溶液槽13が第2溶液槽に相当し、溶液槽11、12、14、15が第1溶液槽に相当する。
FIG. 10 shows a configuration example of a third semiconductor manufacturing apparatus that heats and cools the GaN-based semiconductor wafer only by moving the slider while fixing the temperature of each solution bath. In this example, five
また、各ヒータ6、7、8、9、10の独立した制御により、例えば、溶液槽11は300℃、溶液槽12は600℃、溶液槽13は900℃、溶液槽14は600℃、溶液槽15は300℃に各々加熱維持され、GaN系半導体ウエハ4に不純物がドーピング処理され、ドーピング作業が終了するまでは、各溶液槽の温度は変化しない。したがって、中央の溶液槽13が不純物拡散用の溶液槽であり、溶液槽11、12がウエハ加熱用溶液槽であり、溶液槽14、15がウエハ冷却用溶液槽となる。
Moreover, by independent control of each
スライダー3を矢印の方向に移動させて、GaN系半導体ウエハ4を溶液槽11、12、13、14、15の順に各溶液槽内部の溶液と接触させていく。そうすることにより、GaN系半導体ウエハ4が溶液槽13に達するまでは、段階的にウエハが加熱されることになり、溶液槽13では不純物拡散に適した温度でドーピングが行うことができ、さらに、溶液槽13から溶液槽15に至る過程で段階的に冷却されることになる。なお、図10の例では、各溶液槽の温度差を300℃にしてあるが、温度変化を小さくするために、溶液槽の個数をさらに増やしても良い。
The
また、第1及び第2の半導体製造装置(図1、図6)では、不純物拡散用の溶液槽12にGaN系半導体ウエハ4を浸漬している時間は、本来不純物を拡散する900℃に維持された期間だけではなく、900℃から600℃に冷却する期間も含まれてしまうのであるが、図10の第3の半導体製造装置では、溶液槽13内の不純物が含まれる溶液にGaN系半導体ウエハ4を浸漬している時間は本来不純物を拡散する900℃に維持された期間だけになるので、より正確なドーピングを行うことができる。
In the first and second semiconductor manufacturing apparatuses (FIGS. 1 and 6), the time during which the GaN-based
1 溶液槽
1a 容器
1b 挿入口
2 Ga溶液
3 スライダー
4 Ga系半導体ウエハ
5 液体封止剤
6、1、1 ヒータ
11、12、13 溶液槽
21、22 溶液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solution
Claims (5)
ガリウム溶液が収容された第1溶液槽と、ガリウム溶液と前記不純物との混合溶液が収容され前記第1溶液槽とは異なる温度を有する第2溶液槽とを少なくとも備え、
前記第1溶液槽と第2溶液槽に収容された各溶液に前記GaN系半導体を浸漬して、前記GaN系半導体に不純物をドーピングすることを特徴とする半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus for doping impurities into a GaN-based semiconductor,
A first solution tank containing a gallium solution; and at least a second solution tank containing a mixed solution of the gallium solution and the impurities and having a temperature different from that of the first solution tank;
A semiconductor manufacturing apparatus, wherein the GaN-based semiconductor is immersed in each solution contained in the first solution tank and the second solution tank, and the GaN-based semiconductor is doped with impurities.
前記ウエハ搬送部を挿入するための挿入口が前記第1溶液槽及び第2溶液槽に形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置。 In order to immerse the GaN-based semiconductor in each solution contained in the first solution tank and the second solution tank, a carbon wafer transfer unit on which the GaN-based semiconductor is placed is provided.
The semiconductor manufacturing apparatus according to claim 1, wherein an insertion port for inserting the wafer transfer unit is formed in the first solution tank and the second solution tank.
The said 1st solution tank is provided with two or more, It has divided into the solution tank for the heating of the said GaN-type semiconductor, and the solution tank for cooling, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The semiconductor manufacturing apparatus described in 1.
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JP2015201633A (en) * | 2014-03-31 | 2015-11-12 | 日本碍子株式会社 | Method of introducing dopant to group xiii nitride self-supporting substrate, group xiii nitride self-supporting substrate, method of manufacturing semiconductor element, method of manufacturing led element, and led element |
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-
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