CN103311096A

CN103311096A - 氮化物半导体的制造方法

Info

Publication number: CN103311096A
Application number: CN2013100574143A
Authority: CN
Inventors: 藤仓序章; 今野泰一郎; 松田三智子
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2013-09-18
Also published as: JP2013187366A; TW201338199A

Abstract

本发明提供一种生长的重现性高、能抑制氮化物半导体层的结晶性劣化且缩短制造时间的氮化物半导体的制造方法。该氮化物半导体的制造方法具备如下工序：在生长装置内安装由蓝宝石或碳化硅构成的衬底基板的准备工序、在所述生长装置内安装有所述衬底基板的状态下清洗所述生长装置内部的清洗工序、以及在所述清洗工序之后连续地在所述衬底基板上依次生长缓冲层和氮化物半导体层的生长工序，在900℃以上1200℃以下的温度范围内实施所述清洗工序，在900℃以上的温度范围内实施所述生长工序中的所述缓冲层的生长。

Description

氮化物半导体的制造方法

技术领域

本发明涉及在由蓝宝石或碳化硅构成的衬底基板上生长氮化物半导体层的氮化物半导体的制造方法。

背景技术

氮化物半导体被广泛用作发出高亮度的紫外光、蓝色光等的发光二极管或高输出用途的高电子迁移率晶体管等的材料。

作为制造该氮化物半导体的方法，已知如下方法：如图3所示，在由蓝宝石或碳化硅构成的衬底基板100上生长缓冲层101（图3（a）），并在该缓冲层101上生长氮化物半导体层102（图3（b））的方法；如图4所示，使用了2阶段生长的方法，即在由蓝宝石或碳化硅构成的衬底基板100上生长低温生长缓冲层103（图4（a）），将该低温生长缓冲层103制成单晶核104（图4（b）），并在该单晶核104上生长氮化物半导体层102（图4（c））（例如，参照专利文献1）。

前者的方法如图5所示，具备如下工序：将生长装置内从室温升温至1200℃左右并除去在生长装置内堆积的不需要的堆积物的清洗工序e、将生长装置内降温至室温并在生长装置内安装衬底基板100的准备工序f、将生长装置内再从室温升温至1100℃左右并在衬底基板100上依次生长缓冲层101与氮化物半导体层102而制造氮化物半导体的生长工序g、和将生长装置内再降温至室温并从生长装置内取出氮化物半导体的事后工序h，通过重复以上工序而连续地制造氮化物半导体。

与此相对，后者的方法如图6所示，具备如下工序：将生长装置内从室温升温至1200℃左右并除去在生长装置内堆积的不需要的堆积物的清洗工序i、将生长装置内降温至室温并安装衬底基板100的准备工序j、将生长装置内升温至1200℃左右并清洗衬底基板100表面的工序k、将生长装置内降温至500℃左右并在衬底基板100上生长低温生长缓冲层103的第1生长工序l、和再将生长装置内从500℃左右升温至1100℃左右并在低温生长缓冲层103上生长氮化物半导体层102的第2生长工序m，通过重复以上工序而连续地制造氮化物半导体。

在这些方法中实施清洗工序e、i是因为，在生长装置内堆积了不需要的堆积物的状态下进行下一生长时，该堆积物会蒸发而附着在生长前的衬底基板100上，成为表面缺陷的原因。

该清洗工序e、i通过将包含氯化氢、氯、氢、或它们的混合气体的蚀刻性气体与氮等载气一起导入至生长装置内，除去在生长装置内堆积的不需要的堆积物而进行。

现有专利文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-153382号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在前者的方法中，清洗工序和其前后的升降温时间成为了使生产率降低的原因。也有通过使用另外的烘烤装置清洗堆积了不需要的堆积物的夹具而去掉生长装置内的清洗工序的方法，但在该情况下，需要与生长装置分开购置烘烤装置而使成本增加。另外，由于每次生长氮化物半导体都要重新设置生长装置内的夹具，因此存在生长的重现性不易取得这样的缺点。

另一方面，在后者的方法中，除了上述情况以外，在基板清洗工序k之后生长低温生长缓冲层时，需要使生长装置内的温度降低至500℃左右，其前后的升降温时间更进一步降低生产率。而且，在该温度区域内，在生长装置内残留的氯（蚀刻性气体所含有的物质）会附着在衬底基板表面上，因此在其上隔着低温生长缓冲层而生长氮化物半导体层时，也存在其结晶劣化这样的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种生长的重现性高、能抑制氮化物半导体层的结晶性劣化且缩短制造时间的氮化物半导体的制造方法。

解决课题的方法

为了实现该目的而完成的本发明是一种氮化物半导体的制造方法，其具备在生长装置内安装由蓝宝石或碳化硅构成的衬底基板的准备工序、在上述生长装置内安装有上述衬底基板的状态下清洗上述生长装置内部的清洗工序、以及在上述清洗工序之后连续地在上述衬底基板上依次生长缓冲层和氮化物半导体层的生长工序，在900℃以上1200℃以下的温度范围内实施上述清洗工序，在900℃以上的温度范围内实施上述生长工序中的上述缓冲层的生长。

优选利用氮化铝来形成上述缓冲层，利用氮化镓来形成上述氮化物半导体层。

优选在上述清洗工序与上述生长工序之间，实施向上述生长装置内导入非活性气体进行净化的净化工序。

优选在上述清洗工序中，将包含氯化氢或氯的蚀刻性气体与氢、氮、或混合了氢与氮的载气一起导入至上述生长装置内。

优选上述清洗工序仅在上述生长装置内附着有包含氮化物半导体层的堆积物的状态下实施。

优选上述生长工序通过有机金属气相生长法或氢化物气相生长法来实施。

发明的效果

根据本发明，能提供一种生长的重现性高、能抑制氮化物半导体层的结晶性劣化且缩短制造时间的氮化物半导体的制造方法。

附图说明

图1是表示本发明的氮化物半导体的制造方法的温度顺序的图。

图2是表示清洗时间与缺陷数的关系的图。

图3是表示通常的氮化物半导体的制造方法的图。

图4是表示通常的氮化物半导体的制造方法的图。

图5是表示图3的氮化物半导体的制造方法的温度顺序的图。

图6是表示图4的氮化物半导体的制造方法的温度顺序的图。

符号说明

100：衬底基板；101：缓冲层；102：氮化物半导体层；103：低温生长缓冲层；104：单晶核

具体实施方式

以下基于附图说明本发明优选的实施方式。

如图1所示，本实施方式的氮化物半导体的制造方法的特征在于，具备在生长装置内安装由蓝宝石或碳化硅构成的衬底基板的准备工序a、在生长装置内安装有衬底基板的状态下清洗生长装置内部的清洗工序b、以及在清洗工序b之后连续地在衬底基板上依次生长缓冲层和氮化物半导体层的生长工序d，在900℃以上1200℃以下的温度范围内实施清洗工序b，在900℃以上的温度范围内实施生长工序d中的缓冲层的生长。

另外，在本说明书中“连续”的意思是在生长装置内安装有基板的状态下向下一工序推进。

另外，从生产率的观点出发，优选清洗工序b、后述的净化工序c、和生长工序d如图1所示在相同的温度下实施，但如果满足上述的条件，则它们的温度也可以有变化。

在准备工序a中，在最初的生长中在基座等上安装新的衬底基板，在第2次之后的生长中从生长装置内取出之前的生长中得到的氮化物半导体，同时在基座等上安装新的衬底基板。衬底基板的直径优选2英寸以上8英寸以下，其表面优选为C面或从C面以1度以下角度稍微倾斜的面。

在清洗工序b中，将包含氯化氢或氯的蚀刻性气体与氢、氮、或混合了氢与氮的载气一起导入至生长装置内，除去生长装置内堆积的不需要的堆积物，清洗生长装置内部。这时，例如以0.1~1L/分、10L/分的混合比导入蚀刻性气体与载气。

该清洗工序b利用衬底基板与包含氮化物半导体层的不需要的堆积物的材质不同，而将生长装置内堆积的不需要的堆积物选择性蚀刻。另外，由于在最初生长时有可能生长装置内并未堆积不需要的堆积物，因而除了其发生了堆积的情况以外，清洗工序b仅在第2次之后实施即可。

在900℃以上1200℃以下的温度范围内实施清洗工序b，是因为：若在不足900℃的温度范围内，则向生长装置内导入的氯（蚀刻性气体所含有的物质）会附着在衬底基板表面。在其上隔着缓冲层而生长氮化物半导体层时，包含该附着的氯的异物成为核而导入缺陷，使它们的结晶劣化。另外，若在比1200℃高的温度范围内，则由于生长前的衬底基板表面通过蚀刻性气体而被蚀刻，在衬底基板表面上增加10μm以上的凹凸，因此在其上生长的氮化物半导体层的表面平坦性劣化，无法得到可以应用于器件的氮化物半导体。

另外，清洗工序b优选实施至少2分钟以上。这是因为，从图2可知，通过实施2分钟以上的清洗工序b，其后得到的氮化物半导体晶片的缺陷数为每1晶片（6英寸）6个以下，可得到结晶性与在生长装置内未堆积堆积物的状态下生长氮化物半导体的情况同等或其以上良好的氮化物半导体晶片。

通常为了可适宜使用，生长工序d优选通过有机金属气相生长法（MOVPE法）或氢化物气相生长法（HVPE法）来实施。另外，在本实施方式中，利用氮化铝形成缓冲层、利用氮化镓形成氮化物半导体层。缓冲层的厚度优选10nm以上50nm以下，氮化物半导体层的厚度优选1μm以上20μm以下。这时，在900℃以上的温度范围内实施生长工序d中的缓冲层的生长。这是因为，若为不足900℃的温度范围，则由于在生长装置内残留（附着于炉内、基座等）的氯会附着在衬底基板上，因此在其上隔着缓冲层生长氮化物半导体层时，其结晶会劣化。

另外，优选在清洗工序b与生长工序d之间，实施1分钟左右的将氢、氮等非活性气体导入至生长装置内进行净化的净化工序c。这是因为，在清洗工序b之后尽量排出生长装置内残留的蚀刻性气体，可以使生长装置内洁净，在之后的生长工序d中可进行合适的生长。

这些工序a、b、c、d例如在50~800Torr（6665~106640Pa）的压力下进行。另外，在连续地制造氮化物半导体时，重复这些工序a、b、c、d。

通过该氮化物半导体的制造方法得到的氮化物半导体，成为与图3所示同样的构成。即，成为在衬底基板100上依次生长有缓冲层101和氮化物半导体102的结构。

根据此前说明的氮化物半导体的制造方法，观察温度顺序时可以清楚看到，由于清洗工序b、净化工序c、和生长工序d中的温度变化小，升降温时间短就可解决问题，因此与以前相比可以缩短制造时间，能提高氮化物半导体的生产率。

另外，由于不需要与生长装置分开准备烘烤装置等，因此不用花费浪费的成本，并且由于不需要每次生长氮化物半导体都重新设置生长装置内的夹具，因此易取得生长的重现性。

更进一步，由于连续地进行了清洗工序b、净化工序c、和生长工序d，因此可以同时进行之前生长中得到的氮化物半导体的取出与新的衬底基板的设置，能缩短制造时间，同时由于实施3个工序的温度范围大致相同，因此升降温时间短就可解决问题，能提高氮化物半导体的生产率。

另外，由于不使用低温生长缓冲层，因此在生长装置内残留的氯不会附着在衬底基板表面，在其上隔着缓冲层生长的氮化物半导体层的结晶性不会劣化。

因此，根据本发明，能提供一种生长的重现性高，能抑制衬底基板表面的劣化、氮化物半导体层的结晶性的劣化且缩短制造时间的氮化物半导体的制造方法。

Claims

1.一种氮化物半导体的制造方法，其特征在于，具备如下工序：

在生长装置内安装由蓝宝石或碳化硅构成的衬底基板的准备工序、

在所述生长装置内安装有所述衬底基板的状态下清洗所述生长装置内部的清洗工序、以及

在所述清洗工序之后连续地在所述衬底基板上依次生长缓冲层和氮化物半导体层的生长工序，

在900℃以上1200℃以下的温度范围内实施所述清洗工序，在900℃以上的温度范围内实施所述生长工序中的所述缓冲层的生长。

2.根据权利要求1所述的氮化物半导体的制造方法，利用氮化铝来形成所述缓冲层，利用氮化镓来形成所述氮化物半导体层。

3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体的制造方法，在所述清洗工序与所述生长工序之间，实施向所述生长装置内导入非活性气体进行净化的净化工序。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的氮化物半导体的制造方法，在所述清洗工序中，将包含氯化氢或氯的蚀刻性气体与氢、氮、或混合了氢与氮的载气一起导入至所述生长装置内。

5.根据权利要求1~4中任一项所述的氮化物半导体的制造方法，所述清洗工序仅在所述生长装置内附着有包含氮化物半导体层的堆积物的状态下实施。

6.根据权利要求1~5中任一项所述的氮化物半导体的制造方法，所述生长工序通过有机金属气相生长法或氢化物气相生长法来实施。