JP2014063861A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、半導体装置の製造方法が提供される。第1熱膨張係数を有するベース基体と、ベース基体の上に設けられ第1格子定数を有する中間結晶層と、マスク層と、を含む基板部を用意する。中間結晶層は、第1、第2領域と、それらの間の中間領域と、を含む主面を有する。マスク層は、中間領域の上に設けられる。第1熱膨張係数よりも大きい第2熱膨張係数と、第1格子定数よりも大きい第2格子定数と、を有する半導体結晶を含む第1、第2下層を第1、第2領域の上に成長させる。第1、第2下層の上から半導体結晶を含む第1、第2上層をマスク層の上に延在するように成長させて、マスク層の上で第1、第2上層を互いに接触させる。温度を下げ、マスク層の上の第1、第2上層の境界で第1、第2上層を互いに離間させる。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
第1の実施形態は、半導体装置の製造方法に係る。
半導体装置は、例えば、半導体発光素子、半導体受光素子、及び、電子デバイスなどを含む。半導体発光素子は、例えば、発光ダイオード(LED)及びレーザダイオード(LD)などを含む。半導体受光素子は、フォトダイオード(PD)などを含む。電子デバイスは、例えば、高電子移動度トランジスタ(HEMT)、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)、電界トランジスタ(FET)及びショットキーバリアダイオード(SBD)などを含む。
図2(a)〜図2(f)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図3は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的平面図である。図2(a)〜図2(f)は、図3のA1−A2線断面に相当する断面図である。
図1に表したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、基板部を用意し(ステップS105)、第1成長を実施し(ステップS110)、第2成長を実施し(ステップS120)、降温処理を実施する(ステップS130)。
ベース基体5として、(111)面のシリコン基板を用いる。シリコン基板を、H2O2とH2SO4との1:1の混合液で13分間洗浄する。次に、2%のHFを用いて10分間、シリコン基板を洗浄する。洗浄後、シリコン基板をMOVPE反応室内に導入する。
図5は、室温におけるラマンシフトの変化量ΔL(cm−1)と、クラック56どうしの間隔dc(マイクロメートル:μm)と、の関係の測定結果を示している。クラック56どうしの間隔dcは、各試料の平均値である。図5には、第1試料SP01〜第6試料SP06に関する値が示されている。
ΔL=1.58・dc−2
このため、実施形態において、ラマンシフトの変化量ΔL(cm−1)は、第1領域R1の第1方向の幅を第1幅wr1(ミリメートル:mm)としたとき、(1.58・wr1−2)と実質的に等しいことが好ましい。例えば、ΔL/(1.58・wr1−2)は、0.8以上1.2以下が好ましい。
図6は、第1マスク層41aの幅が、1.5μmであり、複数の第1マスク層41aどうしの間隔が1.9μmであるときの試料の断面SEM(Scanning Electron Microscope)像である。第1マスク層41aの幅は、第1方向の幅であり、第1中間幅wm1に対応する。複数の第1マスク層41aどうしの間隔は、第1領域R1の第1幅wr1及び第2領域の第2幅wr2に対応する。成長結晶層50cであるGAN層の厚さは、4.3μmである。
図7は、第1マスク層41aの幅(第1中間幅wm1)が、9.5μmであり、複数の第1マスク層41aどうしの間隔(第1幅wr1及び第2幅wr2)が2.5μmであるときの試料の断面SEM像である。成長結晶層50cであるGAN層の厚さは、9.1μmである。図7の試料において、GaN層の成長時間は、図6に例示したGaN層の成長時間と同じである。
図9に表したように、機能層70(窒化物半導体結晶層)は、例えば、第1導電形の第1半導体層10と、第1半導体層10の上に設けられた発光層30と、発光層30の上に設けられ第2導電形の第2半導体層20と、を含むことができる。半導体装置は、半導体発光素子である。
図10に表したように、第1上層51uは、第1導電形の第1半導体層10aと、第1半導体層10aの上に設けられた第1発光層30aと、第1発光層30aの上に設けられ第2導電形の第2半導体層20aと、を含む。
図11は、第1の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図14に表したように、本実施形態に係る半導体装置においては、機能層70として、n形半導体層71と、上側半導体層72と、が設けられる。さらに、ソース電極73、ドレイン電極74、及び、ゲート電極75が設けられる。
本実施形態においては、ウェーハ上の半導体装置が、2次元的に配置される。
図12は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的平面図である。
図13(a)及び図13(b)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する模式的断面図である。
図13(a)は、図12のB1−B2線断面に相当する。図13(b)は、図12のC1−C2線断面に相当する。
図14に表したように、中間結晶層40の主面40a上に、3つの方向に延在する3種類の帯状のマスク層41が設けられる。マスク層41の少なくともいずれかの延在方向は、成長結晶層50cのm軸方向に実質的に沿っている。マスク層41の少なくともいずれかの延在方向と、m軸方向と、の間の角度の絶対値は、22.5度以下である。
図15に表したように、この場合も、中間結晶層40の主面40aは、上記の第1領域R1、第2領域R1、第1中間領域M1、第3領域R3、第2中間領域M2、第4領域R4及び第3中間領域M3を有する。
Claims (20)
- 第1熱膨張係数を有するベース基体と、前記ベース基体の上に設けられ第1格子定数を有する中間結晶層と、第1マスク層と、を含む基板部であって、前記中間結晶層は、第1領域と、前記ベース基体から前記中間結晶層に向かう積層方向に対して垂直な第1方向において前記第1領域と離隔した第2領域と、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられた第1中間領域と、を含む主面を有し、前記第1マスク層は、前記第1中間領域の上に設けられている、基板部を用意し、
前記第1熱膨張係数よりも大きい第2熱膨張係数と、前記第1格子定数よりも大きい第2格子定数と、を有する半導体結晶を含む第1下層を第1温度で前記第1領域の上に成長させ、前記半導体結晶を含む第2下層を前記第1温度で前記第2領域の上に成長させる第1成長を実施し、
第2温度で、前記第1下層の上から前記半導体結晶を含む第1上層を前記第1マスク層の上に延在するように成長させつつ、前記第2下層の上から前記半導体結晶を含む第2上層を前記第1マスク層の上に延在するように成長させて、前記第1マスク層の上で前記第1上層と前記第2上層とを互い接触させて前記第1上層及び前記第2上層で前記第1マスク層を覆う第2成長を実施し、
前記基板部、前記第1下層、前記第2下層、前記第1上層及び前記第2上層の温度を、前記第1温度及び前記第2温度よりも低い第3温度に下げて、前記第1マスク層の上で前記接触した前記第1上層と前記第2上層との第1境界で、前記第1上層と前記第2上層とを互いに離間させる降温処理を実施する半導体装置の製造方法。 - 前記離間は、前記第1上層と前記第2上層とを劈開により離間させる請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記中間結晶層は、第1窒化物半導体を含み、
前記半導体結晶は、第2窒化物半導体を含む請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記中間結晶層は、Alx1Ga1−x1N層(0<x1≦1)を含み、
前記半導体結晶は、Alx2Ga1−x2N層(0≦x2<1、x2<x1)を含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記中間結晶層は、AlN層と、前記AlN層の上に設けられたAlx1Ga1−x1N層(0<x1<1)と、を含み、
前記半導体結晶は、Alx2Ga1−x2N層(0≦x2<1、x2<x1)を含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記x1は、0.05以上0.95以下であり、
前記x2は、0.05未満である請求項4または5記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ベース基体は、シリコン基板である請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1マスク層は、金属酸化物を含む請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1マスク層は、シリコン酸化物を含む請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1上層及び前記第2上層のラマンシフトの変化量をΔL(cm−1)とし、
前記第1領域の前記第1方向の幅をwr1(ミリメートル)としたとき、
ΔL/(1.58・wr1−2)は、0.8以上1.2以下である請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1中間領域の前記第1方向の幅は、9マイクロメートル以下である請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1領域の前記第1方向の幅、及び、前記第2領域の前記第1方向の幅は、100マイクロメートル以上3000マイクロメートル以下である請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2成長は、前記第1上層及び前記第2上層の上に窒化物半導体結晶層を成長させることをさらに含み、
前記離間は、前記第1上層の上に形成されている前記窒化物半導体結晶層の第1部分と、前記第2上層の上に形成されている前記窒化物半導体結晶層の第2部分と、を前記第1境界に沿って互いに離間させることを含む請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記窒化物半導体結晶層は、
第1導電形の第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた発光層と、
前記発光層の上に設けられ第2導電形の第2半導体層と、
を含む請求項13記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1上層は、
第1導電形の第1半導体層と、
前記第1半導体層の上に設けられた第1発光層と、
前記第1発光層の上に設けられ第2導電形の第2半導体層と、
を含み、
前記第2上層は、
第1導電形の第3半導体層と、
前記第3半導体層の上に設けられた第2発光層と、
前記第2発光層の上に設けられ第2導電形の第4半導体層と、
を含む請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記主面は、
前記第1方向と非平行な第2方向において前記第1領域と離隔した第3領域と、
前記第1領域と前記第3領域との間に設けられた第2中間領域と、
さらに含み、
前記基板部は、前記第2中間領域の上に設けられた第2マスク層をさらに含み、
前記第1成長の実施は、前記第1温度で、前記半導体結晶を含む第3下層を前記第3領域の上に成長させることを含み、
前記第1上層の成長は、第1上層を前記第2マスク層の上にさらに延在するように成長させることを含み、
前記第2成長の実施は、
前記第2温度で、前記第3下層の上から前記半導体結晶を含む第3上層を前記第2マスク層の上に延在するように成長させることと、
前記第2マスク層の上で前記第1上層と前記第3上層とを互いに接触させて前記第1上層及び前記第3上層で前記第2マスク層を覆うことと、
を含み、
前記降温処理の実施は、前記第3下層及び前記第3上層の温度を前記第3温度にさらに下げて、前記第2マスク層の上で前記接触した前記第1上層と前記第3上層との第2境界で、前記第1上層と前記第3上層とを互いに離間させることを含む請求項1〜15のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 - 前記主面は、
前記第3領域と離隔しつつ、前記第1方向と非平行で前記第2方向と非平行な第3方向において前記第1領域と離隔した第4領域と、
前記第1領域と前記第4領域との間に設けられた第3中間領域と、
さらに含み、
前記基板部は、前記第3中間領域の上に設けられた第3マスク層をさらに含み、
前記第1成長の実施は、前記第1温度で、前記半導体結晶を含む第4下層を前記第4領域の上に成長させることを含み、
前記第1上層の成長は、第1上層を前記第3マスク層の上にさらに延在するように成長させることを含み、
前記第2成長の実施は、
前記第2温度で、前記第4下層の上から前記半導体結晶を含む第4上層を前記第3マスク層の上に延在するように成長させることと、
前記第3マスク層の上で前記第1上層と前記第4上層とを互い接触させて前記第1上層及び前記第4上層で前記第3マスク層を覆うことと、
を含み、
前記降温処理の実施は、前記第4下層及び前記第4上層の温度を前記第3温度にさらに下げて、前記第3マスク層の上で前記接触した前記第1上層と前記第4上層との第3境界で、前記第1上層と前記第4上層とを互いに離間させることを含む請求項16記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1方向と前記第2方向との間の角度は、115度以上125度以下であり、
前記第1方向と前記第3方向との間の角度は、115度以上125度以下であり、
前記第3領域から前記第4領域に向かう方向と、前記第1方向と、の間の角度の絶対値は、85度以上95度以下である請求項17に記載の半導体層の製造方法。 - 前記第1方向と前記第2方向との間の角度は、55度以上65度以下、または、115度以上125度以下である請求項16または17に記載の半導体層の製造方法。
- 前記ベース基体は、(111)面または(100)面の方位を有する請求項1〜19のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
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