JP2019026526A - Method for manufacturing semiconductor laminate, method for manufacturing nitride semiconductor free-standing substrate, semiconductor laminate, and semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor laminate, method for manufacturing nitride semiconductor free-standing substrate, semiconductor laminate, and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2019026526A
JP2019026526A JP2017149347A JP2017149347A JP2019026526A JP 2019026526 A JP2019026526 A JP 2019026526A JP 2017149347 A JP2017149347 A JP 2017149347A JP 2017149347 A JP2017149347 A JP 2017149347A JP 2019026526 A JP2019026526 A JP 2019026526A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
semiconductor
layer
manufacturing
etching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017149347A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6983570B2 (en
Inventor
丈洋 吉田
Takehiro Yoshida
丈洋 吉田
柴田 真佐知
Masatomo Shibata
真佐知 柴田
北村 寿朗
Toshiaki Kitamura
寿朗 北村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Sciocs Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Sciocs Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd, Sciocs Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority to JP2017149347A priority Critical patent/JP6983570B2/en
Publication of JP2019026526A publication Critical patent/JP2019026526A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6983570B2 publication Critical patent/JP6983570B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

To provide a technique capable of manufacturing a semiconductor laminate excellent in crystal quality, a nitride semiconductor free-standing substrate and a semiconductor device.SOLUTION: The method for manufacturing a semiconductor laminate comprises the steps of: preparing a substrate stored in a substrate storing body consisting of an organic based resin material and having at least a surface layer consisting of a group III nitride semiconductor; inputting the substrate into a predetermined processing chamber from the substrate storing body to etch the entire surface of at least the surface layer of the substrate over a predetermined thickness or more in the vapor phase in the processing chamber; and epitaxially growing a semiconductor layer consisting of a group III nitride semiconductor on the substrate by a vapor phase growth method. In the etching step, adhering impurities caused by the substrate storing body in the substrate preparation step and adhering to the surface of the substrate are removed together with the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体積層物の製造方法、窒化物半導体自立基板の製造方法、半導体積層物および半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laminate, a method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate, a semiconductor laminate, and a semiconductor device.

III族窒化物半導体は、発光デバイスや電子デバイスなどの半導体装置を構成する材料として広く用いられている。III族窒化物半導体により構成される半導体装置の品質(半導体特性等)を向上させるため、半導体装置の製造用の半導体積層物または窒化物半導体自立基板を結晶品質が良好となるように製造することが望まれている。   Group III nitride semiconductors are widely used as materials constituting semiconductor devices such as light-emitting devices and electronic devices. In order to improve the quality (semiconductor characteristics, etc.) of a semiconductor device composed of a group III nitride semiconductor, a semiconductor laminate for manufacturing a semiconductor device or a nitride semiconductor free-standing substrate is manufactured so that the crystal quality is good. Is desired.

窒化物半導体自立基板を製造する方法としては、例えば、基板上にIII族窒化物半導体からなる半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、該半導体層をスライスすることで窒化物半導体自立基板を作製する工程と、を有する方法が知られている(例えば、特許文献1)。   As a method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate, for example, a step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate, and a step of manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate by slicing the semiconductor layer, Are known (for example, Patent Document 1).

特開2008−156189号公報JP 2008-156189 A

近年では、従来方法よりも結晶品質が良好な半導体積層物、窒化物半導体自立基板または半導体装置を製造することが望まれている。   In recent years, it has been desired to manufacture a semiconductor laminate, a nitride semiconductor free-standing substrate, or a semiconductor device having better crystal quality than conventional methods.

本発明の目的は、結晶品質が良好な半導体積層物、窒化物半導体自立基板または半導体装置を製造することができる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of manufacturing a semiconductor laminate, a nitride semiconductor free-standing substrate, or a semiconductor device with good crystal quality.

本発明の一態様によれば、
有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に収容され、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板を用意する工程と、
前記基板を前記基板収容体から所定の処理室内に投入し、前記基板の少なくとも前記表層のうちの全面を、所定の厚さ以上に亘って、前記処理室内の気相中でエッチングする工程と、
前記基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記基板を用意する工程で前記基板収容体を起因として前記基板の前記表面に付着した付着不純物を、前記基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法、およびそれに関連する技術が提供される。
According to one aspect of the invention,
A step of preparing a substrate housed in a substrate container made of an organic resin material and having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
Loading the substrate from the substrate container into a predetermined processing chamber, and etching the entire surface of at least the surface layer of the substrate over a predetermined thickness in a gas phase in the processing chamber;
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate by vapor phase growth;
Have
In the etching step,
A method of manufacturing a semiconductor laminate, wherein adhesion impurities adhering to the surface of the substrate due to the substrate container in the step of preparing the substrate are removed together with the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate. , And related techniques.

本発明によれば、結晶品質が良好な半導体積層物、窒化物半導体自立基板または半導体装置を製造することができる。   According to the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor laminate, a nitride semiconductor free-standing substrate, or a semiconductor device with good crystal quality.

本発明の第1実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物半導体自立基板の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor laminated body which concerns on 1st Embodiment of this invention, or the manufacturing method of the nitride semiconductor self-supporting substrate. (a)は、基板を示す概略断面図であり、(b)は、基板用意工程で基板収容体に収容された基板を示す概略断面図であり、(c)は、基板用意工程での基板を示す概略拡大断面図である。(A) is a schematic sectional drawing which shows a board | substrate, (b) is a schematic sectional drawing which shows the board | substrate accommodated in the board | substrate container at the board | substrate preparation process, (c) is a board | substrate in a board | substrate preparation process. It is a general | schematic expanded sectional view which shows. 本発明の第1実施形態に係る製造方法に用いられる気相成長装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the vapor phase growth apparatus used for the manufacturing method which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態のエッチング工程から気相成長工程までの基板の温度変化を示す図である。It is a figure which shows the temperature change of the board | substrate from the etch process of 1st Embodiment of this invention to a vapor phase growth process. (a)は、エッチング工程での基板を示す概略断面図であり、(b)は、エッチング工程後の基板を示す概略断面図である。(A) is a schematic sectional drawing which shows the board | substrate in an etching process, (b) is a schematic sectional drawing which shows the board | substrate after an etching process. (a)は、気相成長工程での半導体積層物を示す概略断面図であり、(b)は、スライス工程で作製される窒化物半導体自立基板を示す概略断面図である。(A) is a schematic sectional drawing which shows the semiconductor laminated body in a vapor phase growth process, (b) is a schematic sectional drawing which shows the nitride semiconductor self-supporting substrate produced at a slicing process. 本発明の第2実施形態に係る半導体積層物の製造方法または半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor laminated body which concerns on 2nd Embodiment of this invention, or the manufacturing method of a semiconductor device. (a)は、本発明の第2実施形態に係る半導体積層物を示す概略断面図であり、(b)は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。(A) is a schematic sectional drawing which shows the semiconductor laminated body concerning 2nd Embodiment of this invention, (b) is a schematic sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. (a)は、本発明の第2実施形態の変形例に係る半導体積層物を示す概略断面図であり、(b)は、本発明の第2実施形態の変形例に係る半導体装置を示す概略断面図である。(A) is a schematic sectional drawing which shows the semiconductor laminated body concerning the modification of 2nd Embodiment of this invention, (b) is the outline which shows the semiconductor device which concerns on the modification of 2nd Embodiment of this invention. It is sectional drawing. (a)は、付着不純物の一例を示すSEM像であり、(b)は、(a)の付着不純物のEDX分析を行った結果である。(A) is a SEM image which shows an example of an adhesion impurity, (b) is the result of having performed the EDX analysis of the adhesion impurity of (a). 基板を基板収容体内に保管した保管日数に対する、全反射蛍光X線分析によって測定した基板表面のSi濃度を示す図である。It is a figure which shows Si density | concentration of the substrate surface measured by the total reflection X-ray fluorescence analysis with respect to the storage days which stored the board | substrate in the substrate container. (a)は、実施例の半導体積層物の外観を示す写真であり、(b)は、比較例の半導体積層物の外観を示す写真である。(A) is a photograph which shows the external appearance of the semiconductor laminated body of an Example, (b) is a photograph which shows the external appearance of the semiconductor laminated body of a comparative example. (a)〜(c)は、比較例の半導体積層物の表面におけるピットやモフォロジ異常部を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the pit and morphology abnormality part in the surface of the semiconductor laminated body of a comparative example.

<発明者等の得た知見>
まず、発明者等の得た知見について説明する。
<Knowledge obtained by the inventors>
First, knowledge obtained by the inventors will be described.

発明者等は、鋭意検討により、有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に収容されていた基板を用いて、半導体積層物、窒化物半導体自立基板または半導体装置を製造する場合に、半導体積層物、窒化物半導体自立基板または半導体装置の品質が低下する可能性があることを見出した。   The inventors of the present invention have intensively studied to manufacture a semiconductor laminate, a nitride semiconductor free-standing substrate, or a semiconductor device using a substrate housed in a substrate housing made of an organic resin material. The present inventors have found that the quality of a nitride semiconductor free-standing substrate or a semiconductor device may be deteriorated.

有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に基板を長期間収容すると、基板収容体を起因として、基板の表面に付着不純物が付着することがある。具体的には、基板収容体は、例えば、ポリプロピレン(PP)などからなる。基板収容体を製造する際には、前駆体としての樹脂組成物のペレット中に安定剤(酸化防止剤または光安定剤等)などの添加剤が添加される。また、金型成形時に金型の表面に離型剤が塗布される。なお、離型剤は、樹脂組成物中に添加剤として添加されることもある。このような添加剤等は、基板収容体を製造(モールド)した後も基板収容体内に残存することがある。このため、基板収容体内に基板を長時間収容すると、その添加剤等がアウトガスになって基板収容体から放出され、付着不純物が基板の表面に付着することとなる。   When a substrate is stored in a substrate container made of an organic resin material for a long period of time, adhering impurities may adhere to the surface of the substrate due to the substrate container. Specifically, the substrate container is made of, for example, polypropylene (PP). When manufacturing the substrate container, an additive such as a stabilizer (such as an antioxidant or a light stabilizer) is added to the pellet of the resin composition as a precursor. In addition, a mold release agent is applied to the surface of the mold during mold molding. In addition, a mold release agent may be added as an additive in a resin composition. Such additives and the like may remain in the substrate container even after the substrate container is manufactured (molded). For this reason, when a substrate is accommodated in the substrate container for a long time, the additive or the like becomes outgas and is released from the substrate container, and adhering impurities adhere to the surface of the substrate.

基板収容体を製造する際に、どのような添加剤等が用いられたのかは、製造メーカのノウハウとして開示されないことが多く、基板収容体のユーザは、添加剤等の詳細な種類を特定することができない。このため、付着不純物が基板上に付着したおそれがあったとしても、どのような材質の付着不純物が基板上に付着しているかが分からず、また、どのような方法や条件で付着不純物を除去すればよいのかが分からなかった。また、基板収容体に残存した添加剤等の量が基板収容体を製造したロットごとに異なることがあるため、基板上に付着する付着不純物の量を把握することは困難であった。さらに、このような付着不純物は、1〜数モノレイヤの厚さで付着するため、基板を光学顕微鏡等で観察しても、発見することが出来ず、その付着位置や平面視での付着範囲を特定することができなかった。以上のような理由により、半導体積層物等を製造する前に、基板上に付着した付着不純物を直接的に除去することは困難であった。   It is often not disclosed as a manufacturer's know-how what additives are used when manufacturing the substrate container, and the user of the substrate container specifies a detailed type of additive, etc. I can't. For this reason, even if there is a risk of adhering impurities on the substrate, it is not known what material the adhering impurities are adhering to the substrate, and the methods and conditions for removing the adhering impurities I didn't know what to do. In addition, since the amount of additives and the like remaining in the substrate container may vary depending on the lot in which the substrate container is manufactured, it is difficult to grasp the amount of adhering impurities adhering to the substrate. Furthermore, since such adhering impurities adhere with a thickness of one to several monolayers, they cannot be found even if the substrate is observed with an optical microscope or the like, and the adhering position and the adhering range in plan view can be reduced. Could not be identified. For the above reasons, it is difficult to directly remove the adhering impurities adhering to the substrate before manufacturing the semiconductor laminate and the like.

なお、基板を所定の溶媒で洗浄した際においても、基板の表面に付着不純物が付着し残存することがある。洗浄を起因とした場合においても、どのような材質の付着不純物が基板上に付着しているかが分からないため、上述の基板収容体に起因した場合と同様にして、半導体積層物等を製造する前に、基板上に付着した付着不純物を直接的に除去することは困難であった。   Even when the substrate is washed with a predetermined solvent, adhering impurities may adhere and remain on the surface of the substrate. Even when the cleaning is caused, it is not known what kind of adhering impurities are deposited on the substrate. Thus, the semiconductor laminate is manufactured in the same manner as in the case of the substrate container. Previously, it was difficult to directly remove the adhering impurities adhering to the substrate.

このような付着不純物が付着した基板上に半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させると、半導体層の表面のうち当該付着不純物と重なる位置には、ピットやモフォロジ異常部が発生してしまう可能性がある。なお、ピットやモフォロジ異常部としては、半導体層の他の領域に対して極性が反転したインバージョンドメイン(ID:Inversion Domain)を起因としている場合がある。半導体層の表面にピットやモフォロジ異常部が発生すると、ピット斜面やモフォロジ異常部の斜面等のような、c面以外のファセット成長区において、酸素(O)の濃度が高くなる。O濃度が高い部分では、他の部分よりも相対的にキャリア濃度が高くなり、局所的に抵抗が低くなる。このように半導体層において局所的に低抵抗な部分が生じていると、半導体装置の特性が面内でばらついてしまう可能性がある。   When a semiconductor layer is epitaxially grown by vapor deposition on a substrate to which such attached impurities are attached, there is a possibility that pits or morphology abnormalities may be generated at positions overlapping the attached impurities on the surface of the semiconductor layer. There is. Note that pits and morphology abnormal parts may be caused by inversion domains (ID: Inversion Domain) whose polarity is reversed with respect to other regions of the semiconductor layer. When pits and morphology abnormalities occur on the surface of the semiconductor layer, the concentration of oxygen (O) increases in facet growth zones other than the c-plane, such as pit slopes and slopes of morphology abnormalities. In the portion where the O concentration is high, the carrier concentration is relatively higher than in other portions, and the resistance is locally reduced. In this manner, when a low resistance portion is locally generated in the semiconductor layer, there is a possibility that the characteristics of the semiconductor device vary in the plane.

また、付着不純物が付着した基板上に半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させると、当該付着不純物上に、半導体層が成長されない非成長領域が形成されてしまう可能性がある。この場合、半導体層をスライスし窒化物半導体自立基板を作製すると、窒化物半導体自立基板のうち半導体層の非成長領域に相当する位置に貫通孔が形成されてしまうこととなる。窒化物半導体自立基板に貫通孔が形成されると、窒化物半導体自立基板を用いて半導体装置を製造するプロセスにおいて各種不具合が生じる可能性がある。具体的には、例えば、窒化物半導体自立基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる際に、貫通孔を起因として寄生成長が生じてしまい、成長炉を汚染してしまう可能性がある。また、例えば、窒化物半導体自立基板を真空吸着により搬送することができなくなる可能性がある。また、例えば、窒化物半導体自立基板上にスピンコート法等によりレジスト膜を形成する際に、レジスト液が貫通孔を介して窒化物半導体自立基板に吸い込まれたり、真空吸着用のポンプが貫通孔を介してレジスト液を吸い込んでポンプが故障したりする可能性がある。   In addition, when a semiconductor layer is epitaxially grown by vapor deposition on a substrate to which attached impurities are attached, a non-growth region in which the semiconductor layer is not grown may be formed on the attached impurities. In this case, when the nitride semiconductor free-standing substrate is manufactured by slicing the semiconductor layer, a through hole is formed at a position corresponding to the non-growth region of the semiconductor layer in the nitride semiconductor free-standing substrate. If a through-hole is formed in a nitride semiconductor free-standing substrate, various problems may occur in the process of manufacturing a semiconductor device using the nitride semiconductor free-standing substrate. Specifically, for example, when a semiconductor layer is epitaxially grown on a nitride semiconductor free-standing substrate, there is a possibility that parasitic growth occurs due to a through hole, and the growth furnace is contaminated. Further, for example, there is a possibility that the nitride semiconductor free-standing substrate cannot be transported by vacuum suction. Also, for example, when forming a resist film on a nitride semiconductor free-standing substrate by spin coating or the like, a resist solution is sucked into the nitride semiconductor free-standing substrate through a through-hole, or a vacuum suction pump is connected to the through-hole. There is a possibility that the pump may break down due to inhalation of the resist solution through the.

また、多くの付着不純物が基板上に付着すると、当該付着不純物からアウトガスが発生しうる。このため、付着不純物に由来するアウトガスによって、半導体層中に不純物(O等の不純物元素)が多く取り込まれてしまったり、半導体層中に多くの結晶欠陥部が形成されてしまったりする可能性がある。   In addition, when many attached impurities adhere to the substrate, outgas may be generated from the attached impurities. For this reason, there is a possibility that a large amount of impurities (impurity elements such as O) are taken into the semiconductor layer or a large number of crystal defects are formed in the semiconductor layer due to outgas derived from the attached impurities. is there.

以下で説明する本発明は、本発明者等が見出した上記新規課題に基づくものである。   The present invention described below is based on the above-described new problem found by the present inventors.

<本発明の第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照しながら説明する。
<First Embodiment of the Present Invention>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(1)半導体積層物の製造方法または窒化物半導体自立基板の製造方法
図1〜図6を用い、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物半導体自立基板の製造方法について説明する。図1は、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または窒化物半導体自立基板の製造方法を示すフローチャートである。なお、ステップをSと略している。図2(a)は、基板を示す概略断面図であり、(b)は、基板用意工程で基板収容体に収容された基板を示す概略断面図であり、(c)は、基板用意工程での基板を示す概略拡大断面図である。図3は、本実施形態に係る製造方法に用いられる気相成長装置の概略構成図である。図4は、本実施形態のエッチング工程から気相成長工程までの基板の温度変化を示す図である。図5(a)は、エッチング工程での基板を示す概略断面図であり、(b)は、エッチング工程後の基板を示す概略断面図である。図6(a)は、気相成長工程での半導体積層物を示す概略断面図であり、(b)は、スライス工程で作製される窒化物半導体自立基板を示す概略断面図である。
(1) Manufacturing Method of Semiconductor Stack or Manufacturing Method of Nitride Semiconductor Freestanding Substrate With reference to FIGS. 1 to 6, a manufacturing method of a semiconductor stack or a manufacturing method of a nitride semiconductor free standing substrate according to this embodiment will be described. FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor laminate or a method for manufacturing a nitride semiconductor free-standing substrate according to this embodiment. Note that step is abbreviated as S. 2A is a schematic cross-sectional view showing the substrate, FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing the substrate accommodated in the substrate container in the substrate preparing step, and FIG. 2C is a substrate preparing step. It is a general | schematic expanded sectional view which shows this board | substrate. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a vapor phase growth apparatus used in the manufacturing method according to the present embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the temperature change of the substrate from the etching process to the vapor phase growth process of the present embodiment. FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing the substrate in the etching process, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing the substrate after the etching process. FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor stacked body in a vapor phase growth process, and FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor free-standing substrate manufactured in a slicing process.

なお、以下では、本実施形態で用いられる各種基板において、上側主面(第1主面、上面)を「表面」といい、下側主面(第2主面、下面)を「裏面」という。   In the following, in various substrates used in this embodiment, the upper main surface (first main surface, upper surface) is referred to as “front surface”, and the lower main surface (second main surface, lower surface) is referred to as “back surface”. .

本実施形態では、III族窒化物半導体として、例えば、窒化ガリウム(GaN)からなる半導体積層物1または窒化物半導体自立基板(以下、単に自立基板ともいう)2を製造する場合について説明する。   In the present embodiment, as a group III nitride semiconductor, for example, a case where a semiconductor laminate 1 made of gallium nitride (GaN) or a nitride semiconductor free-standing substrate (hereinafter also simply referred to as a free-standing substrate) 2 will be described.

(S120:基板用意工程)
まず、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板(下地基板、種結晶基板)10を用意する基板用意工程S120を行う。
(S120: Substrate preparation process)
First, a substrate preparation step S120 for preparing a substrate (base substrate, seed crystal substrate) 10 having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor is performed.

図2(a)に示す基板10は、例えば、III族窒化物半導体自立基板またはIII族窒化物半導体テンプレートとして構成されている。ここでは、基板10を、例えば、気相成長法により作製したGaN自立基板とする。   The substrate 10 shown in FIG. 2A is configured as, for example, a group III nitride semiconductor free-standing substrate or a group III nitride semiconductor template. Here, the substrate 10 is, for example, a GaN free-standing substrate manufactured by a vapor deposition method.

基板10は、結晶成長面としての表面10aと、表面10aと反対側の裏面10bと、を有している。基板10の表面10aは、例えば、(0001)面(+C面、Ga極性面)、或いは、(0001)面に対して所定のオフ角を有する面である。なお、オフ角の大きさ(オフ量)は、例えば、2°以内である。また、基板10の表面10aにおける転位密度(平均転位密度)は、例えば、1×10個/cm以上1×10個/cm以下である。 The substrate 10 has a surface 10a as a crystal growth surface and a back surface 10b opposite to the surface 10a. The surface 10a of the substrate 10 is, for example, a (0001) plane (+ C plane, Ga polar plane) or a plane having a predetermined off angle with respect to the (0001) plane. The magnitude of the off angle (off amount) is, for example, within 2 °. Further, the dislocation density (average dislocation density) on the surface 10a of the substrate 10 is, for example, 1 × 10 3 pieces / cm 2 or more and 1 × 10 7 pieces / cm 2 or less.

このとき、図2(b)に示すように、基板10を、例えば、有機系の樹脂材料からなる基板収容体200内に収容する。基板収容体200を構成する樹脂材料としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)などが挙げられる。ここでは、基板収容体200は、例えば、PPからなっている。   At this time, as shown in FIG. 2B, the substrate 10 is accommodated in a substrate container 200 made of, for example, an organic resin material. Examples of the resin material constituting the substrate container 200 include polypropylene (PP), polycarbonate (PC), polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxyalkane (PFA), and the like. Here, the substrate container 200 is made of PP, for example.

本実施形態では、基板10を収容する基板収容体200は、例えば、いわゆるウエハトレイとして構成されている。具体的には、基板収容体200は、例えば、トレイ本体部210と、蓋部220と、スプリング部230と、を有している。トレイ本体部210は、例えば、曲面状の凹部(符号不図示)を有している。蓋部220は、トレイ本体部210と螺合(係合)し、トレイ本体部210を密閉するようになっている。スプリング部230は、湾曲した板状部材である。   In the present embodiment, the substrate container 200 that accommodates the substrate 10 is configured as a so-called wafer tray, for example. Specifically, the substrate container 200 includes, for example, a tray body part 210, a lid part 220, and a spring part 230. The tray main body 210 has, for example, a curved recess (not shown). The lid 220 is screwed (engaged) with the tray body 210 to seal the tray body 210. The spring part 230 is a curved plate-like member.

基板10を基板収容体200内に収容するとき、まず、基板10の表面10aがトレイ本体部210の凹部と対向するように、基板10をトレイ本体部210の凹部に載置する。基板10をトレイ本体部210に載置したら、基板10の裏面10bと蓋部220との間にスプリング部230を介在させ、蓋部220をトレイ本体部210と螺合させる。これにより、トレイ本体部210と蓋部220との間の空間内に基板10を収容することができる。また、スプリング部230によって基板10をトレイ本体部210の凹部に押し付けることで、基板10のずれを抑制することができる。   When the substrate 10 is accommodated in the substrate container 200, first, the substrate 10 is placed in the recess of the tray body 210 so that the surface 10 a of the substrate 10 faces the recess of the tray body 210. When the substrate 10 is placed on the tray main body 210, the spring portion 230 is interposed between the back surface 10 b of the substrate 10 and the lid portion 220, and the lid portion 220 is screwed with the tray main body portion 210. Thereby, the board | substrate 10 can be accommodated in the space between the tray main-body part 210 and the cover part 220. FIG. Further, the substrate 10 can be suppressed from being displaced by pressing the substrate 10 against the recess of the tray main body 210 by the spring portion 230.

基板10は、基板収容体200内に収容された状態で、半導体積層物1または自立基板2の製造時まで所定の期間保管される。半導体積層物1または自立基板2の製造に用いられる基板10を多数枚用意する場合等では、基板10の収容期間が長期に亘ることがある。ここでは、基板収容体200内に基板10を、例えば、少なくとも12時間以上収容する。   The substrate 10 is stored in the substrate container 200 for a predetermined period until the semiconductor laminate 1 or the self-supporting substrate 2 is manufactured. When a large number of substrates 10 used for manufacturing the semiconductor laminate 1 or the self-supporting substrate 2 are prepared, the accommodation period of the substrate 10 may be long. Here, the substrate 10 is accommodated in the substrate container 200 for at least 12 hours, for example.

このように、有機系の基板収容体200内に基板を長期間収容すると、図2(c)に示すように、基板収容体200を起因として、基板10の表面10aに付着不純物20が付着することがある。具体的には、例えば、基板収容体200内に残留した添加剤等がアウトガスとなって基板収容体200から放出され、付着不純物20が基板10の表面10aに付着することとある。例えば、基板収容体200を製造する際に離型剤が使用される場合では、付着不純物20は、例えば、少なくともシロキサンを含んでいる。また、付着不純物20の厚さは、例えば、1〜数モノレイヤである。   As described above, when the substrate is accommodated in the organic substrate container 200 for a long period of time, as shown in FIG. 2C, the adhesion impurity 20 adheres to the surface 10a of the substrate 10 due to the substrate container 200. Sometimes. Specifically, for example, an additive or the like remaining in the substrate container 200 becomes outgas and is released from the substrate container 200, and the adhering impurities 20 may adhere to the surface 10 a of the substrate 10. For example, when a mold release agent is used when manufacturing the substrate container 200, the adhesion impurity 20 contains at least siloxane, for example. Moreover, the thickness of the adhesion impurity 20 is 1 to several monolayers, for example.

上述のように、基板収容体200内における基板10の収容期間が長くなると、基板10の表面10aに付着不純物20が付着し易くなる。特に、基板収容体200内における基板10の収容期間が上述のように12時間以上となると、その傾向が顕著となる。   As described above, when the accommodation period of the substrate 10 in the substrate container 200 becomes longer, the attached impurities 20 are likely to adhere to the surface 10 a of the substrate 10. In particular, when the accommodation period of the substrate 10 in the substrate container 200 is 12 hours or more as described above, the tendency becomes remarkable.

また、特に基板収容体200が上記のようなウエハトレイとして構成されている場合では、トレイ本体部210の凹部に基板10の表面10aが接近しているため、上記のような付着不純物20が基板10の表面10aに付着し易い。   In particular, when the substrate container 200 is configured as a wafer tray as described above, the surface 10a of the substrate 10 is close to the concave portion of the tray main body 210, and thus the adhering impurities 20 as described above are present in the substrate 10. It is easy to adhere to the surface 10a.

このように、一度、付着不純物20が基板10の表面10aに付着すると、付着不純物20を直接的に除去することは困難である。というのも、上述のように、付着不純物20の原因となった基板収容体200の添加剤等の詳細な種類は、製造メーカのノウハウとして開示されず、特定できないため、付着不純物20の材質が不明であったり、また、付着不純物20を除去する方法や条件が不明であったりすることが多い。このため、基板10上に付着した付着不純物20を直接的に除去することは困難である。また、このような付着不純物20は、基板10の表面10aに強固に付着される可能性がある。このため、付着不純物20が一度付着すると、たとえ付着不純物20を所定の溶媒等で洗浄しても除去することが困難である。特に付着不純物20がシロキサンを含んでいる場合では、付着不純物20が基板10の表面10a上に残存し易いことが分かっている。   Thus, once the attached impurity 20 adheres to the surface 10a of the substrate 10, it is difficult to remove the attached impurity 20 directly. This is because, as described above, the detailed types such as the additive of the substrate container 200 that causes the adhering impurities 20 are not disclosed as the know-how of the manufacturer and cannot be specified. In many cases, it is unknown or the method and conditions for removing the adhering impurities 20 are unknown. For this reason, it is difficult to directly remove the adhering impurities 20 adhering to the substrate 10. Further, such an adhesion impurity 20 may be firmly adhered to the surface 10 a of the substrate 10. For this reason, once the adhering impurity 20 adheres, it is difficult to remove the adhering impurity 20 even if it is washed with a predetermined solvent or the like. In particular, it has been found that the adhesion impurity 20 tends to remain on the surface 10a of the substrate 10 when the adhesion impurity 20 contains siloxane.

そこで、本実施形態では、気相成長工程S160の前に、以下のエッチング工程S140を行う。   Therefore, in the present embodiment, the following etching step S140 is performed before the vapor phase growth step S160.

(S140:エッチング工程)
本実施形態では、例えば、図3に示す気相成長装置400を用い、基板10のうちの表面10aを気相中でエッチングするエッチング工程S140を行う。
(S140: Etching process)
In this embodiment, for example, using the vapor phase growth apparatus 400 shown in FIG. 3, an etching step S140 for etching the surface 10a of the substrate 10 in the vapor phase is performed.

気相成長装置400は、例えば、ハイドライド気相成長装置(HVPE装置)として構成されている。気相成長装置400は、石英等の耐熱性材料からなり、処理室401が内部に構成された気密容器403を備えている。処理室401内には、基板10を保持するサセプタ408が設けられている。サセプタ408は、回転機構416が有する回転軸415に接続されており、該サセプタ408上に載置される基板10を周方向(上面に沿った方向)に回転可能に構成されている。気密容器403の一端には、後述するガス生成器433a内へ塩化水素(HCl)ガスを供給するガス供給管432a、処理室401内へ成膜ガスとしてのアンモニア(NH)ガスを供給するガス供給管432b、処理室401内へエッチングガスとしてのHClガスを供給するガス供給管432cがそれぞれ接続されている。なお、ガス供給管432a〜432cは、HClガスやNHガスに加えて、キャリアガスまたはエッチングガスとしての水素(H)ガス、および、不活性ガス、キャリアガスまたはパージガスとしての窒素(N)ガスを供給可能なようにも構成されている。ガス供給管432a〜432cは、流量制御器とバルブと(いずれも図示しない)を、これらガスの種別毎にそれぞれ備えており、各種ガスの流量制御や供給開始/停止を、ガス種別毎に個別に行えるように構成されている。ガス供給管432aの下流には、原料としてのGa融液を収容するガス生成器433aが設けられている。ガス生成器433aには、HClガスとGa融液との反応により生成された成膜ガスとしての塩化ガリウム(GaCl)ガスを、サセプタ408上に保持された基板10に向けて供給するノズル449aが接続されている。ガス供給管432b,432cの下流側には、これらのガス供給管から供給されたガスをサセプタ408上に保持された基板10に向けて供給するノズル449b,449cがそれぞれ接続されている。ノズル449a〜449cは、基板10の上面に対して平行な方向(上面に沿った方向)にガスを流すよう配置されている。一方、気密容器403の他端には、処理室401内を排気する排気管430が設けられている。排気管430には圧力調整器(APC)429を介してポンプ431が設けられている。気密容器403の外周にはガス生成器433a内やサセプタ408上に保持された基板10を所望の温度に加熱するゾーンヒータ407が、気密容器403内には処理室401内の温度を測定する温度センサ409が、それぞれ設けられている。気相成長装置400が備える各部材は、コンピュータとして構成されたコントローラ480に接続されており、コントローラ480上で実行されるプログラムによって、後述する処理手順や処理条件が制御されるように構成されている。 The vapor phase growth apparatus 400 is configured as, for example, a hydride vapor phase growth apparatus (HVPE apparatus). The vapor phase growth apparatus 400 includes an airtight container 403 made of a heat resistant material such as quartz and having a processing chamber 401 formed therein. A susceptor 408 that holds the substrate 10 is provided in the processing chamber 401. The susceptor 408 is connected to a rotation shaft 415 included in the rotation mechanism 416, and is configured to be able to rotate the substrate 10 placed on the susceptor 408 in the circumferential direction (direction along the upper surface). A gas supply pipe 432a that supplies hydrogen chloride (HCl) gas into a gas generator 433a described later and a gas that supplies ammonia (NH 3 ) gas as a film forming gas into the processing chamber 401 are provided at one end of the hermetic vessel 403. A supply pipe 432b and a gas supply pipe 432c for supplying HCl gas as an etching gas into the processing chamber 401 are connected to each other. Note that in addition to the HCl gas and the NH 3 gas, the gas supply pipes 432a to 432c include hydrogen (H 2 ) gas as a carrier gas or an etching gas, and nitrogen (N 2 as an inert gas, carrier gas, or purge gas). ) It is also configured to be able to supply gas. Each of the gas supply pipes 432a to 432c includes a flow rate controller and a valve (both not shown) for each of these gas types, and individually controls the flow rate and supply start / stop of various gases for each gas type. It is configured to be able to do. A gas generator 433a that stores Ga melt as a raw material is provided downstream of the gas supply pipe 432a. The gas generator 433 a has a nozzle 449 a that supplies gallium chloride (GaCl) gas as a film forming gas generated by the reaction of HCl gas and Ga melt toward the substrate 10 held on the susceptor 408. It is connected. On the downstream side of the gas supply pipes 432b and 432c, nozzles 449b and 449c for supplying the gas supplied from these gas supply pipes toward the substrate 10 held on the susceptor 408 are respectively connected. The nozzles 449 a to 449 c are arranged to flow gas in a direction parallel to the upper surface of the substrate 10 (direction along the upper surface). On the other hand, an exhaust pipe 430 for exhausting the inside of the processing chamber 401 is provided at the other end of the airtight container 403. The exhaust pipe 430 is provided with a pump 431 via a pressure regulator (APC) 429. A zone heater 407 that heats the substrate 10 held in the gas generator 433 a and the susceptor 408 to a desired temperature is provided on the outer periphery of the hermetic container 403, and a temperature at which the temperature in the processing chamber 401 is measured in the hermetic container 403. Each sensor 409 is provided. Each member included in the vapor phase growth apparatus 400 is connected to a controller 480 configured as a computer, and is configured such that processing procedures and processing conditions described later are controlled by a program executed on the controller 480. Yes.

エッチング工程S140は、上述の気相成長装置400を用い、例えば以下の処理手順で実施することができる。   The etching step S140 can be performed using the above-described vapor phase growth apparatus 400, for example, according to the following processing procedure.

まず、基板収容体200から基板10を取り出す。基板10を取り出したら、基板10を気密容器403(処理室401)内へ投入(搬入)し、サセプタ408上に保持する。なお、このとき、後述の気相成長工程S160で用いられる原料としてのGa融液をガス生成器433a内に収容しておく。次に、ガス供給管432a〜432cのうちの少なくともいずれかから処理室401内へNガスを供給し、処理室401内の加熱および排気を実施する。このとき、サセプタ408の回転も開始する。 First, the substrate 10 is taken out from the substrate container 200. When the substrate 10 is taken out, the substrate 10 is put (loaded) into the airtight container 403 (processing chamber 401) and held on the susceptor 408. At this time, a Ga melt as a raw material used in the vapor phase growth step S160 described later is stored in the gas generator 433a. Next, N 2 gas is supplied into the processing chamber 401 from at least one of the gas supply pipes 432a to 432c, and the processing chamber 401 is heated and exhausted. At this time, rotation of the susceptor 408 is also started.

図4に示すように、処理室401内の加熱によって基板10の温度が徐々に上昇する。基板10の温度が所定の温度Teに到達し、処理室401内の圧力が所定の圧力に到達したら、基板10の上面に対して所定のエッチングガスを供給する。   As shown in FIG. 4, the temperature of the substrate 10 gradually increases due to heating in the processing chamber 401. When the temperature of the substrate 10 reaches a predetermined temperature Te and the pressure in the processing chamber 401 reaches a predetermined pressure, a predetermined etching gas is supplied to the upper surface of the substrate 10.

これにより、図5(a)に示すように、基板10の表面10aの全面を、所定の厚さ(深さ)以上に亘って、気相中でエッチングすることができる。このとき、基板10のうちでエッチングされる部分は、基板10の外側雰囲気に露出し、該外側雰囲気(例えばエッチングガス)に触れることが可能な部分である。なお、基板10の表面10aだけでなく、基板10の側面もエッチングされることとなる。   As a result, as shown in FIG. 5A, the entire surface 10a of the substrate 10 can be etched in a gas phase over a predetermined thickness (depth). At this time, a portion of the substrate 10 that is etched is a portion that is exposed to the outside atmosphere of the substrate 10 and can be in contact with the outside atmosphere (for example, etching gas). In addition, not only the surface 10a of the substrate 10 but also the side surface of the substrate 10 is etched.

このとき、図5(a)に示すように、基板用意工程S120で基板10の表面10aに付着した付着不純物20を、基板10のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。すなわち、基板10の表面10aに対して供給されたエッチングガスは、基板10の表面10aのうちの露出部に即座に行き渡り、該露出部をエッチングする。このとき、基板10の表面10aに付着した付着不純物20は、エッチングガスによってエッチングされなくてもよい。基板10の表面10aのうちの露出部のエッチングが進むと、基板10の表面10aと付着不純物20との間にもエッチングガスが入り込む。基板10の表面10aのうち付着不純物20と接する部分が全てエッチングされると、基板10の表面10aから付着不純物20が剥離する。剥離された付着不純物20は、基板10の表面10aに対するエッチングガスの流れにしたがって基板10の外側に除去(排出)される。このようにして、基板10の表面10aに付着した付着不純物20を、基板10のマトリクスを構成するGaNとともに除去することができる。   At this time, as shown in FIG. 5A, the adhering impurities 20 attached to the surface 10a of the substrate 10 in the substrate preparation step S120 are removed together with GaN constituting the matrix of the substrate 10. That is, the etching gas supplied to the surface 10a of the substrate 10 immediately reaches the exposed portion of the surface 10a of the substrate 10 and etches the exposed portion. At this time, the attached impurity 20 attached to the surface 10a of the substrate 10 may not be etched by the etching gas. As the exposed portion of the surface 10 a of the substrate 10 is etched, the etching gas enters between the surface 10 a of the substrate 10 and the attached impurity 20. When all the portions of the surface 10a of the substrate 10 that are in contact with the attached impurities 20 are etched, the attached impurities 20 are peeled off from the surface 10a of the substrate 10. The peeled attached impurities 20 are removed (discharged) to the outside of the substrate 10 according to the flow of the etching gas with respect to the surface 10 a of the substrate 10. In this way, the attached impurities 20 attached to the surface 10a of the substrate 10 can be removed together with GaN constituting the matrix of the substrate 10.

なお、基板10のマトリクスとともに付着不純物20を除去する上記プロセスでは、半導体プロセスにおいて金属膜等のパターニングに用いられる、いわゆる「リフトオフ」に似た原理で、付着不純物20がGaNとともに除去されると考えてもよい。   In the above process of removing the adhering impurities 20 together with the matrix of the substrate 10, it is considered that the adhering impurities 20 are removed together with GaN on the principle similar to so-called “lift-off” used for patterning of a metal film or the like in a semiconductor process. May be.

また、このとき、基板10の温度を所定の温度に維持した状態で、少なくとも1時間以上、エッチングを行う。エッチング時間が1時間未満であると、基板10の表面10aが充分にエッチングされない可能性がある。このため、基板10の表面10a上でエッチングされない部分に、付着不純物20が残留してしまう可能性がある。これに対し、エッチング時間を1時間以上とすることにより、基板10のうちの表面10aの全面を、所定の厚さ以上に亘って確実にエッチングすることができる。その結果、基板10の表面10aにおいて、どこに付着不純物20が付着していたとしても、付着不純物20を基板10のマトリクスとともに除去することができる。   At this time, etching is performed for at least one hour or more with the temperature of the substrate 10 maintained at a predetermined temperature. If the etching time is less than 1 hour, the surface 10a of the substrate 10 may not be sufficiently etched. For this reason, there is a possibility that the adhering impurities 20 may remain in a portion that is not etched on the surface 10 a of the substrate 10. On the other hand, by setting the etching time to 1 hour or longer, the entire surface 10a of the substrate 10 can be reliably etched over a predetermined thickness. As a result, the adhered impurity 20 can be removed together with the matrix of the substrate 10 wherever the adhered impurity 20 is adhered on the surface 10 a of the substrate 10.

また、このとき、基板10の表面10aを、少なくとも深さ方向に10nm以上エッチングする。エッチング深さが10nm未満であると、基板10の表面10aと付着不純物20との間にエッチングガスが入り込まない部分が生じ、付着不純物20が基板10の表面10a上に残留してしまう可能性がある。これに対し、エッチング深さを10nm以上とすることにより、基板10の表面10aと付着不純物20との間にエッチングガスを充分に入り込ませ、基板10の表面10aのうち付着不純物20と接する部分を確実に除去することができる。その結果、付着不純物20を基板10のマトリクスとともに確実に除去することができる。   At this time, the surface 10a of the substrate 10 is etched at least 10 nm in the depth direction. When the etching depth is less than 10 nm, a portion where the etching gas does not enter between the surface 10a of the substrate 10 and the attached impurity 20 is generated, and the attached impurity 20 may remain on the surface 10a of the substrate 10. is there. On the other hand, by setting the etching depth to 10 nm or more, the etching gas sufficiently enters between the surface 10a of the substrate 10 and the adhering impurities 20, and the portion of the surface 10a of the substrate 10 that contacts the adhering impurities 20 is removed. It can be removed reliably. As a result, the adhering impurities 20 can be reliably removed together with the matrix of the substrate 10.

また、このとき、基板10の表面10aのうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件下で、基板10の表面10aをエッチングする。なお、ここでいう基板10の「結晶欠陥部」とは、転位、ピットなどのことである。また、ここでいう「基板10の表面10aのうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件」とは、基板10の表面10aのうち結晶欠陥部を除く領域において、すなわち、エッチピットを含まない視野(例えば1μm角の視野)において比較したときに、エッチング工程S140前の表面粗さ(算術平均粗さRa)と、エッチング工程S140後の表面粗さとの差が10nm以内、好ましくは5nm以内となる条件のことである。このようなマイルドなエッチング条件により基板10の表面10aを平滑に維持することで、後述の気相成長工程S160において、基板10の表面10a上に半導体層40を平滑にエピタキシャル成長させることができる。   At this time, the surface 10a of the substrate 10 is etched under the condition that the region excluding the crystal defect portion of the surface 10a of the substrate 10 is smooth. Here, the “crystal defect portion” of the substrate 10 is a dislocation, a pit, or the like. In addition, “the condition that the region excluding the crystal defect portion of the surface 10a of the substrate 10 is smooth” here refers to the region excluding the crystal defect portion of the surface 10a of the substrate 10, that is, no etch pits. When compared in the visual field (for example, 1 μm square visual field), the difference between the surface roughness before the etching step S140 (arithmetic average roughness Ra) and the surface roughness after the etching step S140 is within 10 nm, preferably within 5 nm. It is a condition. By maintaining the surface 10a of the substrate 10 smooth under such mild etching conditions, the semiconductor layer 40 can be epitaxially grown on the surface 10a of the substrate 10 smoothly in the vapor phase growth step S160 described later.

なお、図5(b)に示すように、上記条件下でエッチングを行った場合であっても、基板10の表面10aには、基板10中の結晶欠陥部としての転位に対応したエッチピット10epが出現しうる。   As shown in FIG. 5B, even when etching is performed under the above conditions, the surface 10a of the substrate 10 has an etch pit 10ep corresponding to dislocations as crystal defects in the substrate 10. Can appear.

具体的なエッチング条件としては、例えば、エッチングガスとしてHClガスおよびHガスを含む雰囲気下でエッチングを行う。例えば、ガス供給管432cから基板10の表面10aに対して、エッチングガスとしてのHClガスおよびHガスを供給する。HClガスを含む雰囲気でエッチングを行うことで、以下の反応式(1)により、基板10を構成するGaNをエッチングすることができる。
2GaN+2HCl→2GaCl+H+N ・・・(1)
このとき、反応式(1)以外の反応による副生成物として、Gaドロップレットが生じることがある。ここでは、上述のようにマイルドなエッチング条件を適用することから、上記のGaドロップレットが生じ易い。そこで、HClガスに加えHガスを含む雰囲気下でエッチングを行うことで、副生成物としてのGaドロップレットを、Gaの水素化物であるガラン(GaH)として気化させて除去することができる。
As specific etching conditions, for example, etching is performed in an atmosphere containing HCl gas and H 2 gas as an etching gas. For example, HCl gas and H 2 gas as etching gases are supplied from the gas supply pipe 432c to the surface 10a of the substrate 10. By performing etching in an atmosphere containing HCl gas, GaN constituting the substrate 10 can be etched by the following reaction formula (1).
2GaN + 2HCl → 2GaCl + H 2 + N 2 (1)
At this time, Ga droplets may be generated as a by-product due to a reaction other than the reaction formula (1). Here, since the mild etching conditions are applied as described above, the Ga droplet is likely to be generated. Therefore, by performing etching in an atmosphere containing H 2 gas in addition to HCl gas, Ga droplets as by-products can be vaporized and removed as gallium (GaH 3 ) which is a hydride of Ga. .

また、例えば、上記したエッチングガスとしてのHClガスおよびHガスに加え、不活性ガス(希釈ガス)としてのNガスを含む雰囲気下でエッチングを行い、Nガスの分圧をHClガスおよびHガスのそれぞれの分圧よりも高くする。これにより、基板10の表面10aをマイルドにエッチングし、基板10の表面10aのうち結晶欠陥部を除く領域を平滑に維持することができる。 Further, for example, etching is performed in an atmosphere containing N 2 gas as an inert gas (dilution gas) in addition to HCl gas and H 2 gas as the above-described etching gas, and the partial pressure of N 2 gas is adjusted to HCl gas and Higher than the respective partial pressures of H 2 gas. Thereby, the surface 10a of the substrate 10 can be mildly etched, and the region excluding the crystal defect portion in the surface 10a of the substrate 10 can be kept smooth.

このとき、Nガスの分圧に対するHClガスおよびHガスのそれぞれの分圧の比率(分圧比率)を、例えば、1%以上10%以下とする。分圧比率が1%未満であると、基板10を構成するGaNのエッチング速度が低くなるため、付着不純物20が除去されるまでの時間が過剰に長くなる可能性がある。これに対し、分圧比率を1%以上とすることにより、基板10を構成するGaNのエッチング速度を所定値以上に確保し、付着不純物20が除去されるまでの時間の長期化を抑制することができる。一方で、分圧比率が10%超であると、基板10を構成するGaNが過剰にエッチングされるため、基板10の表面10aが荒れてしまう可能性がある。これに対し、分圧比率を10%以下とすることにより、基板10の表面10aをマイルドにエッチングし、基板10の表面10aのうち結晶欠陥部を除く領域を平滑に維持することができる。 At this time, the ratio of the partial pressures of HCl gas and H 2 gas to the partial pressure of N 2 gas (partial pressure ratio) is, for example, 1% or more and 10% or less. If the partial pressure ratio is less than 1%, the etching rate of GaN constituting the substrate 10 becomes low, so that the time until the attached impurity 20 is removed may become excessively long. On the other hand, by setting the partial pressure ratio to 1% or more, the etching rate of GaN constituting the substrate 10 is secured to a predetermined value or more, and the time until the adhered impurities 20 are removed is suppressed. Can do. On the other hand, if the partial pressure ratio is more than 10%, GaN constituting the substrate 10 is excessively etched, so that the surface 10a of the substrate 10 may be roughened. On the other hand, by setting the partial pressure ratio to 10% or less, the surface 10a of the substrate 10 can be mildly etched, and the region excluding the crystal defect portion of the surface 10a of the substrate 10 can be kept smooth.

また、例えば、NHガスを非含有とした雰囲気下でエッチングを行う。NHガスを含む雰囲気下でエッチングを行うと、基板10を構成するGaNと、HClガスおよびHガスのそれぞれとの反応により生成したGa含有ガス(GaClまたはGaH)と、NHガスとが反応して、基板10の表面10aにGaNが再成長してしまう。再成長したGaNは不規則な形状で形成されるため、基板10の表面10aが荒れてしまう可能性がある。これに対し、NHガスを非含有とした雰囲気下でエッチングを行うことで、GaNの再成長を抑制することができる。これにより、基板10の表面10aを平滑に維持することができる。 Further, for example, etching is performed in an atmosphere containing no NH 3 gas. When etching is performed in an atmosphere containing NH 3 gas, a Ga-containing gas (GaCl or GaH 3 ) generated by a reaction between GaN constituting the substrate 10 and each of HCl gas and H 2 gas, NH 3 gas, Reacts to re-grow GaN on the surface 10 a of the substrate 10. Since the regrown GaN is formed in an irregular shape, the surface 10a of the substrate 10 may be roughened. On the other hand, regrowth of GaN can be suppressed by performing etching in an atmosphere containing no NH 3 gas. Thereby, the surface 10a of the board | substrate 10 can be maintained smooth.

また、エッチング工程S140での基板10の温度(エッチング温度)Teを、例えば、基板10を構成するGaNがエッチングされ始める臨界温度(以下、エッチング臨界温度という)以上とする。これにより、基板10の表面10aを構成するGaNをエッチングしつつ、表面10a上の付着不純物20を除去することができる。   Further, the temperature (etching temperature) Te of the substrate 10 in the etching step S140 is set to, for example, a critical temperature (hereinafter referred to as an etching critical temperature) at which GaN constituting the substrate 10 starts to be etched. Thereby, the adhering impurities 20 on the surface 10a can be removed while etching the GaN constituting the surface 10a of the substrate 10.

一方で、図4に示すように、エッチング工程S140での基板10のエッチング温度Teを、例えば、後述の気相成長工程S160での基板10の温度(成膜温度)Tgよりも低くする。これにより、基板10の表面10aをマイルドにエッチングし、基板10の表面10aのうち結晶欠陥部を除く領域を平滑に維持することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 4, the etching temperature Te of the substrate 10 in the etching step S140 is, for example, lower than the temperature (film formation temperature) Tg of the substrate 10 in the vapor phase growth step S160 described later. Thereby, the surface 10a of the substrate 10 can be mildly etched, and the region excluding the crystal defect portion in the surface 10a of the substrate 10 can be kept smooth.

エッチング工程S140のより詳細なエッチング条件としては、以下が例示される。
エッチング温度Te:500〜900℃、好ましくは600〜800℃
処理室401内の圧力:90〜105kPa、好ましくは、90〜95kPa
HClガス分圧/Nガス分圧:1〜10%、好ましくは1〜5%
ガス分圧/Nガス分圧:1〜10%、好ましくは3〜7%
ガスの流速:5〜15cm/s
(なお、ガスの流速は、加熱による体積膨張を考慮せず、ガスの供給量から算出した値である。)
エッチング時間:1〜10h、好ましくは2〜5h
エッチングレート:0.1〜10μm/h、好ましくは0.5〜3μm/h
Examples of more detailed etching conditions in the etching step S140 include the following.
Etching temperature Te: 500 to 900 ° C., preferably 600 to 800 ° C.
Pressure in the processing chamber 401: 90 to 105 kPa, preferably 90 to 95 kPa
HCl gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 1 to 10%, preferably 1 to 5%
H 2 gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 1 to 10%, preferably 3 to 7%
Gas flow rate: 5-15 cm / s
(Note that the gas flow rate is a value calculated from the gas supply amount without considering volume expansion due to heating.)
Etching time: 1-10h, preferably 2-5h
Etching rate: 0.1 to 10 μm / h, preferably 0.5 to 3 μm / h

以上のエッチングにより、図5(b)に示すように、基板10の表面10aに付着した付着不純物20を除去することができる。なお、基板10の表面10aは、点線矢印で示したようにエッチングされることとなる。   By the etching described above, as shown in FIG. 5B, the attached impurities 20 attached to the surface 10a of the substrate 10 can be removed. The surface 10a of the substrate 10 is etched as indicated by the dotted arrow.

基板10の表面10aから付着不純物20を除去したら、処理室401内へのエッチングガスとしてのHClガスおよびHガスの供給を停止し、エッチング工程S140を終了させる。 When the attached impurities 20 are removed from the surface 10a of the substrate 10, the supply of HCl gas and H 2 gas as the etching gas into the processing chamber 401 is stopped, and the etching step S140 is ended.

(S160:気相成長工程)
次に、基板10の表面10a上に、III族窒化物半導体からなる半導体層(気相成長層)40を気相成長法によりエピタキシャル成長させる気相成長工程S160を行う。
(S160: Vapor growth process)
Next, a vapor phase growth step S160 is performed in which a semiconductor layer (vapor phase growth layer) 40 made of a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the surface 10a of the substrate 10 by a vapor phase growth method.

本実施形態では、例えば、上述の気相成長装置400を用い、HVPE法により半導体層40をエピタキシャル成長させる。   In the present embodiment, for example, the semiconductor layer 40 is epitaxially grown by the HVPE method using the vapor phase growth apparatus 400 described above.

また、本実施形態では、上述のエッチング工程S140の終了後、気相成長装置400の処理室401を大気開放することなく、また処理室401内から基板10を搬出することなく、そのまま同一の気相成長装置400の処理室401内で、以下の気相成長工程S160を連続的に行う。その意味において、上述のエッチング工程S140は、その場エッチング工程(in−situエッチング工程)と考えることができる。   In the present embodiment, after the etching step S140 is completed, the processing chamber 401 of the vapor phase growth apparatus 400 is not released to the atmosphere, and the substrate 10 is not carried out of the processing chamber 401. In the processing chamber 401 of the phase growth apparatus 400, the following vapor phase growth step S160 is continuously performed. In that sense, the above-described etching step S140 can be considered as an in-situ etching step (in-situ etching step).

具体的には、気相成長工程S160は、例えば以下の処理手順で実施することができる。   Specifically, the vapor phase growth step S160 can be performed, for example, by the following processing procedure.

エッチング工程S140で、処理室401内へのエッチングガスとしてのHClガスおよびHガスの供給を停止した後、処理室401内へのNガスの供給と、処理室401内の排気と、サセプタ408による基板10の保持および回転とを継続させた状態で、ガス供給管432bから処理室401内の基板10の表面10aに対してNHガスを供給する。すなわち、処理室401内の雰囲気をエッチングガス非含有の雰囲気、すなわちNHガスおよびNガスを含む雰囲気に切り替える。これにより、昇温時において、基板10を構成するGaNの分解を抑制し、基板10の表面の荒れを抑制することができる。処理室401内へNHガスを供給したら、処理室401内をさらに加熱する。 After the supply of HCl gas and H 2 gas as the etching gas into the processing chamber 401 is stopped in the etching step S140, the supply of N 2 gas into the processing chamber 401, the exhaust in the processing chamber 401, and the susceptor With the substrate 10 held and rotated by 408, NH 3 gas is supplied from the gas supply pipe 432b to the surface 10a of the substrate 10 in the processing chamber 401. That is, the atmosphere in the processing chamber 401 is switched to an atmosphere containing no etching gas, that is, an atmosphere containing NH 3 gas and N 2 gas. Thereby, at the time of temperature rise, decomposition | disassembly of GaN which comprises the board | substrate 10 can be suppressed, and the surface roughness of the board | substrate 10 can be suppressed. When NH 3 gas is supplied into the processing chamber 401, the processing chamber 401 is further heated.

図4に示すように、処理室401内の加熱によって基板10の温度をエッチング工程S140でのエッチング温度Teよりも上昇させる。このとき、エッチング工程S140から気相成長工程S160まで、基板10の温度を単調に上昇させる。すなわち、エッチング工程S140から気相工程S160までの間において、基板10の温度を一時的に下げることがなく、または、基板10の温度をオーバーシュートさせることがない。これにより、付着不純物20の再付着を抑制することができる。   As shown in FIG. 4, the temperature of the substrate 10 is raised above the etching temperature Te in the etching step S <b> 140 by heating in the processing chamber 401. At this time, the temperature of the substrate 10 is monotonously increased from the etching step S140 to the vapor phase growth step S160. That is, the temperature of the substrate 10 is not temporarily lowered or the temperature of the substrate 10 is not overshooted between the etching step S140 and the gas phase step S160. Thereby, the reattachment of the adhesion impurity 20 can be suppressed.

基板10の温度が所定の温度Tgに到達し、処理室401内の圧力が所定の圧力に到達したら、基板10の表面10aに対してNHガスを供給した状態で、ガス供給管432aからガス生成器433a内にHClガスを供給し、基板10の表面10aに対してGaClガスを供給する。なお、このとき、処理室401内にHガスを供給してもよい。 When the temperature of the substrate 10 reaches a predetermined temperature Tg and the pressure in the processing chamber 401 reaches a predetermined pressure, the gas is supplied from the gas supply pipe 432a in a state where NH 3 gas is supplied to the surface 10a of the substrate 10. HCl gas is supplied into the generator 433 a and GaCl gas is supplied to the surface 10 a of the substrate 10. At this time, H 2 gas may be supplied into the processing chamber 401.

これにより、図6(a)に示すように、基板10の表面10a上に、GaNからなる半導体層40がエピタキシャル成長する。   Thereby, as shown in FIG. 6A, the semiconductor layer 40 made of GaN is epitaxially grown on the surface 10 a of the substrate 10.

このとき、上述のように、エッチング工程S140において基板10の表面10aをマイルドにエッチングしたことで、基板10の表面10a上に半導体層40を平滑にエピタキシャル成長させることができ、該半導体層40の表面10aを構成する結晶面((0001)面)以外のファセットの発生を抑制することができる。   At this time, as described above, since the surface 10a of the substrate 10 is mildly etched in the etching step S140, the semiconductor layer 40 can be epitaxially grown on the surface 10a of the substrate 10 smoothly. The generation of facets other than the crystal plane ((0001) plane) constituting 10a can be suppressed.

また、このとき、上述のように、エッチング工程S140において基板10の表面10aに出現したエッチピット10epを半導体層40によって埋め込む。これにより、基板10の表面10aにエッチピット10epが出現していたとしても、基板10の表面10a上に半導体層40を平滑にエピタキシャル成長させることができる。   At this time, as described above, the etch pits 10ep that appear on the surface 10a of the substrate 10 in the etching step S140 are filled with the semiconductor layer 40. Thereby, even if the etch pit 10ep appears on the surface 10a of the substrate 10, the semiconductor layer 40 can be epitaxially grown smoothly on the surface 10a of the substrate 10.

また、このとき、半導体層40の表面における転位密度を、基板10の表面10aにおける転位密度と同等以下とすることができる。具体的には、半導体層40の表面における転位密度を、例えば、1×10個/cm以上1×10個/cm以下とすることができる。 At this time, the dislocation density on the surface of the semiconductor layer 40 can be made equal to or less than the dislocation density on the surface 10 a of the substrate 10. Specifically, the dislocation density on the surface of the semiconductor layer 40 can be, for example, 1 × 10 3 pieces / cm 2 or more and 1 × 10 7 pieces / cm 2 or less.

また、このとき、基板10としてGaN自立基板を用い、当該基板10上に、基板10の格子定数と等しい格子定数を有するGaNからなる半導体層40をホモエピタキシャル成長させることで、低応力の状態で半導体層40を形成することができる。また、基板10の線膨張係数と半導体層40の線膨張係数とを等しくすることで、半導体層40の成長後に基板10の温度を下げた際であっても、基板10および半導体層40におけるクラックの発生を抑制することができる。これらの結果、半導体層40を厚膜に形成することができる。具体的には、半導体層40の厚さを、例えば、45μm以上5mm以下、好ましくは150μm以上2mm以下とすることができる。   At this time, a GaN free-standing substrate is used as the substrate 10, and a semiconductor layer 40 made of GaN having a lattice constant equal to the lattice constant of the substrate 10 is homoepitaxially grown on the substrate 10. Layer 40 can be formed. In addition, by making the linear expansion coefficient of the substrate 10 and the linear expansion coefficient of the semiconductor layer 40 equal, even when the temperature of the substrate 10 is lowered after the growth of the semiconductor layer 40, cracks in the substrate 10 and the semiconductor layer 40 can be obtained. Can be suppressed. As a result, the semiconductor layer 40 can be formed in a thick film. Specifically, the thickness of the semiconductor layer 40 can be, for example, 45 μm or more and 5 mm or less, preferably 150 μm or more and 2 mm or less.

気相成長工程S160を実施する際の成長条件としては、以下が例示される。
成長温度Tg:980〜1100℃、好ましくは1050〜1100℃
処理室401内の圧力:90〜105kPa、好ましくは90〜95kPa
GaClガスの分圧:1.5〜15kPa
NHガスの分圧/GaClガスの分圧:2〜6
ガスの流量/Hガスの流量:1〜20
ガスの流速:5〜15cm/s
(なお、ガスの流速は、加熱による体積膨張を考慮せず、ガスの供給量から算出した値である。)
Examples of the growth conditions for performing the vapor phase growth step S160 include the following.
Growth temperature Tg: 980-1100 ° C., preferably 1050-1100 ° C.
Pressure in the processing chamber 401: 90 to 105 kPa, preferably 90 to 95 kPa
GaCl gas partial pressure: 1.5 to 15 kPa
NH 3 gas partial pressure / GaCl gas partial pressure: 2-6
N 2 gas flow rate / H 2 gas flow rate: 1 to 20
Gas flow rate: 5-15 cm / s
(Note that the gas flow rate is a value calculated from the gas supply amount without considering volume expansion due to heating.)

以上の成長条件で半導体層40を成長させることで、基板10および半導体層40を有する半導体積層物1を作製することができる。   By growing the semiconductor layer 40 under the above growth conditions, the semiconductor laminate 1 having the substrate 10 and the semiconductor layer 40 can be manufactured.

半導体層40の成長が完了したら、処理室401内へNHガスおよびNガスを供給しつつ、処理室401内を排気した状態で、ガス生成器433a内へのHClガスの供給、処理室401内へのHガスの供給、ヒータ407による加熱をそれぞれ停止する。処理室401内の温度が500℃以下となったらNHガスの供給を停止し、その後、処理室401内の雰囲気をNガスへ置換して大気圧に復帰させるとともに、処理室401内を搬出可能な温度にまで低下させた後、処理室401内から半導体積層物1を搬出する。 When the growth of the semiconductor layer 40 is completed, the supply of HCl gas into the gas generator 433a and the processing chamber are performed while the processing chamber 401 is exhausted while supplying the NH 3 gas and the N 2 gas into the processing chamber 401. Supply of H 2 gas into 401 and heating by the heater 407 are stopped. When the temperature in the processing chamber 401 becomes 500 ° C. or lower, the supply of NH 3 gas is stopped, and then the atmosphere in the processing chamber 401 is replaced with N 2 gas to return to the atmospheric pressure. After the temperature is lowered to a temperature at which it can be carried out, the semiconductor laminate 1 is carried out from the processing chamber 401.

(S180:スライス工程)
次に、図6(b)に示すように、半導体積層物1の半導体層40をスライスし、GaN自立基板としての自立基板2を複数枚作製する。
(S180: Slicing step)
Next, as shown in FIG. 6B, the semiconductor layer 40 of the semiconductor stacked body 1 is sliced to produce a plurality of free-standing substrates 2 as GaN free-standing substrates.

その後、自立基板2の少なくとも表面を研磨し、自立基板2の表面をエピレディ面とする。自立基板2の研磨が完了後、自立基板2に対して所定の洗浄を行う。   Thereafter, at least the surface of the free-standing substrate 2 is polished to make the surface of the free-standing substrate 2 an epi-ready surface. After the polishing of the freestanding substrate 2 is completed, the freestanding substrate 2 is subjected to predetermined cleaning.

以上により、本実施形態の自立基板2が製造される。   As described above, the self-supporting substrate 2 of the present embodiment is manufactured.

このように製造された自立基板2の表面は、基板10と同様に、(0001)面、或いは、(0001)面に対して所定のオフ角を有する面となる。また、自立基板2の表面における転位密度は、上記した半導体層40の表面における転位密度と同様に、例えば、1×10個/cm以上1×10個/cm以下となる。 The surface of the self-standing substrate 2 manufactured in this way is the (0001) plane or a plane having a predetermined off angle with respect to the (0001) plane, like the substrate 10. Further, the dislocation density on the surface of the free-standing substrate 2 is, for example, 1 × 10 3 pieces / cm 2 or more and 1 × 10 7 pieces / cm 2 or less, similarly to the dislocation density on the surface of the semiconductor layer 40 described above.

なお、自立基板2をスライスした後に残された基板10若しくは半導体積層物1や、スライスした自立基板2を用いて、上述の気相成長工程S160を再実施してもよい。これにより、結晶品質が良好な自立基板2を繰り返し製造することができる。   Note that the above-described vapor phase growth step S160 may be performed again using the substrate 10 or the semiconductor stack 1 left after slicing the free-standing substrate 2 or the sliced free-standing substrate 2. Thereby, the self-supporting substrate 2 with good crystal quality can be repeatedly manufactured.

(2)本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(2) Effects Obtained by the Present Embodiment According to the present embodiment, one or more effects shown below can be obtained.

(a)エッチング工程S140では、基板10の表面10aの全面を、所定の厚さ以上に亘って、気相中でエッチングする。このとき、基板用意工程S120で基板収容体200を起因として基板10の表面10aに付着した付着不純物20を、基板10のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。これにより、気相成長工程S160において、半導体層40の表面におけるピットやモフォロジ異常部の発生を抑制することができ、半導体層40中への局所的なOの取り込みを抑制することができる。その結果、半導体層40中のキャリア濃度を面内で均一にすることができ、半導体層40の抵抗を面内で均一にすることができる。 (A) In the etching step S140, the entire surface 10a of the substrate 10 is etched in a gas phase over a predetermined thickness. At this time, the adhering impurities 20 adhered to the surface 10a of the substrate 10 due to the substrate container 200 in the substrate preparation step S120 are removed together with GaN constituting the matrix of the substrate 10. Thereby, in vapor phase growth process S160, generation | occurrence | production of the pit and the morphology abnormal part in the surface of the semiconductor layer 40 can be suppressed, and local uptake | capture of O in the semiconductor layer 40 can be suppressed. As a result, the carrier concentration in the semiconductor layer 40 can be made uniform in the plane, and the resistance of the semiconductor layer 40 can be made uniform in the plane.

また、エッチング工程S140において、基板10の表面10aに付着した付着不純物20をGaNとともに除去することで、半導体層40が成長されない非成長領域の形成を抑制することができる。半導体層40における非成長領域の形成を抑制することで、スライス工程S180において半導体層40をスライスし自立基板2を作製する際に、自立基板2における貫通孔の形成を抑制することができる。   In addition, in the etching step S140, by removing the adhering impurities 20 attached to the surface 10a of the substrate 10 together with GaN, formation of a non-growth region where the semiconductor layer 40 is not grown can be suppressed. By suppressing the formation of the non-growth region in the semiconductor layer 40, the formation of the through hole in the free-standing substrate 2 can be suppressed when the semiconductor layer 40 is sliced and the free-standing substrate 2 is manufactured in the slicing step S180.

また、たとえ多くの付着不純物20が基板10の表面10aに付着していたとしても、エッチング工程S140において、当該付着不純物20をGaNとともに除去することで、気相成長工程S160において、付着不純物20に由来するアウトガスの発生を抑制することもできる。付着不純物20に由来するアウトガスの発生を抑制しつつ半導体層40をエピタキシャル成長させることで、半導体層40中への不純物の取り込みを抑制するとともに、半導体層40中への結晶欠陥部の形成を抑制することができる。   Further, even if many adhering impurities 20 are adhering to the surface 10a of the substrate 10, the adhering impurities 20 are removed together with GaN in the etching step S140, so that the adhering impurities 20 are removed in the vapor phase growth step S160. Generation | occurrence | production of the outgas originating can also be suppressed. The semiconductor layer 40 is epitaxially grown while suppressing the generation of outgas originating from the attached impurities 20, thereby suppressing the incorporation of impurities into the semiconductor layer 40 and suppressing the formation of crystal defect portions in the semiconductor layer 40. be able to.

このように、本実施形態によれば、結晶品質が良好な半導体積層物1または自立基板2を製造することが可能となる。   Thus, according to the present embodiment, it is possible to manufacture the semiconductor laminate 1 or the self-supporting substrate 2 with good crystal quality.

(b)エッチング工程S140では、付着不純物20を直接エッチングするのではなく、付着不純物20が付着した基板10のマトリクスをエッチングすることで、付着不純物20を除去する。これにより、たとえ付着不純物20の材質、付着不純物20の量、付着不純物20の位置、または付着不純物20の平面視での付着範囲等が不明であったとしても、付着不純物20を基板10のマトリクスとともに確実に除去することができる。 (B) In the etching step S140, the attached impurities 20 are removed by etching the matrix of the substrate 10 to which the attached impurities 20 are attached, instead of directly etching the attached impurities 20. Thus, even if the material of the adhering impurity 20, the amount of the adhering impurity 20, the position of the adhering impurity 20, or the adhering range of the adhering impurity 20 in a plan view is unknown, the adhering impurity 20 is removed from the matrix of the substrate 10. And can be removed reliably.

(c)エッチング工程S140では、基板10の表面10aのうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件下で、基板10の表面10aをエッチングする。このようなマイルドなエッチング条件により基板10の表面10aを平滑に維持することで、気相成長工程S160において、基板10の表面10a上に半導体層40を平滑にエピタキシャル成長させることができる。また、このとき、該半導体層40の表面を構成する結晶面以外のファセットの発生を抑制することができる。仮に半導体層40の成長時に半導体層40の表面を構成する結晶面以外のファセットが生じた場合、半導体層40中への不純物の取り込みが増加することとなる。これに対し、本実施形態では、このようなファセットの発生を抑制することで、半導体層40中への不純物の取り込みを抑制することができる。 (C) In the etching step S140, the surface 10a of the substrate 10 is etched under a condition that the region excluding the crystal defect portion of the surface 10a of the substrate 10 is smooth. By maintaining the surface 10a of the substrate 10 smooth under such mild etching conditions, the semiconductor layer 40 can be epitaxially grown smoothly on the surface 10a of the substrate 10 in the vapor phase growth step S160. At this time, the generation of facets other than the crystal planes constituting the surface of the semiconductor layer 40 can be suppressed. If facets other than the crystal planes constituting the surface of the semiconductor layer 40 occur during the growth of the semiconductor layer 40, the incorporation of impurities into the semiconductor layer 40 increases. On the other hand, in the present embodiment, the incorporation of impurities into the semiconductor layer 40 can be suppressed by suppressing the occurrence of such facets.

(d)エッチング工程S140と気相成長工程S160とを、気相成長装置400の処理室401を大気開放することなく、同一の処理室401内で連続的に行う。これにより、エッチング工程S140から気相成長工程S160までの間に基板10の表面10aに酸化層が形成されることを抑制することができる。つまり、エッチング工程S140によって浄化された基板10の表面10a上に、直接、半導体層40を成長させることができる。このように基板10と半導体層40との間に酸化層を介在させないことで、基板10の結晶性を低下させずに半導体層40に引き継ぐことができる。 (D) The etching step S140 and the vapor phase growth step S160 are continuously performed in the same processing chamber 401 without opening the processing chamber 401 of the vapor phase growth apparatus 400 to the atmosphere. Thereby, it can suppress that an oxide layer is formed in the surface 10a of the board | substrate 10 between etching process S140 to vapor phase growth process S160. That is, the semiconductor layer 40 can be grown directly on the surface 10a of the substrate 10 purified by the etching step S140. Thus, by not interposing the oxide layer between the substrate 10 and the semiconductor layer 40, the semiconductor layer 40 can take over without reducing the crystallinity of the substrate 10.

<本発明の第2実施形態>
上述の実施形態では、自立基板2を製造する場合について説明したが、以下の第2実施形態のように、半導体装置3を製造する場合にエッチング工程S140を適用してもよい。以下、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明し、上述の実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
<Second Embodiment of the Present Invention>
In the above-described embodiment, the case where the free-standing substrate 2 is manufactured has been described. However, the etching step S140 may be applied when the semiconductor device 3 is manufactured as in the following second embodiment. Hereinafter, only elements different from the above-described embodiment will be described, and elements substantially the same as those described in the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

(1)本実施形態における課題
III族窒化物半導体系の半導体装置として、例えば、半絶縁性のGaN自立基板上に、GaNからなる電子走行層と、AlGaNからなる電子供給層と、をこの順で積層することにより構成された高電子移動度トランジスタ(HEMT)が知られている。HEMTとしての半導体装置を製造する際において、有機系の樹脂材料からなる基板収容体内にGaN自立基板を長期間収容すると、上述の実施形態と同様に、基板収容体を起因として、GaN自立基板の表面に付着不純物が付着することがある。具体的には、GaN自立基板と電子走行層との間の界面に、付着不純物として、例えばSiがパイルアップする可能性がある。GaN自立基板と電子走行層との間の界面にSiがパイルアップすると、界面のSiによって導電性のGaN:Si層が形成され、リークパスや寄生容量が生成される可能性がある。その結果、例えば、HEMTの耐圧が低下したり、HEMTの高周波特性が劣化したりする可能性がある。
(1) Issues in the present embodiment As a group III nitride semiconductor-based semiconductor device, for example, an electron transit layer made of GaN and an electron supply layer made of AlGaN are arranged in this order on a semi-insulating GaN free-standing substrate. There is known a high electron mobility transistor (HEMT) formed by stacking layers of. When manufacturing a semiconductor device as a HEMT, when a GaN free-standing substrate is stored in a substrate container made of an organic resin material for a long period of time, the substrate container is used as a cause of the GaN free-standing substrate as in the above-described embodiment. Adhering impurities may adhere to the surface. Specifically, for example, Si may pile up as an adhering impurity at the interface between the GaN free-standing substrate and the electron transit layer. When Si piles up at the interface between the GaN free-standing substrate and the electron transit layer, a conductive GaN: Si layer is formed by the Si at the interface, and a leak path or parasitic capacitance may be generated. As a result, for example, the withstand voltage of the HEMT may decrease, or the high-frequency characteristics of the HEMT may deteriorate.

そこで、電子走行層のうちGaN自立基板と電子走行層との間の界面付近に、Fe等をドーピングする技術が知られている。Feをドーピングする際には、例えば、ビスシクロペンタジエニル鉄(CpFe)ガスが用いられる。このように、電子走行層のうちGaN自立基板と電子走行層との間の界面付近に、Feをドーピングすることにより、当該界面にパイルアップしたSiを補償し、当該界面付近の領域を高抵抗化させることができる。 Therefore, a technique of doping Fe or the like in the vicinity of the interface between the GaN free-standing substrate and the electron transit layer in the electron transit layer is known. When doping Fe, for example, biscyclopentadienyl iron (Cp 2 Fe) gas is used. Thus, by doping Fe in the vicinity of the interface between the GaN free-standing substrate and the electron transit layer in the electron transit layer, Si piled up on the interface is compensated, and the region in the vicinity of the interface has a high resistance. It can be made.

しかしながら、Feをドーピングする際に用いられるCpFeガスは、いわゆるメモリー効果を生じさせうる。すなわち、電子走行層のうちGaN自立基板と電子走行層との間の界面付近の領域を成長させる際にCpFeガスを流したとしても、その後も、CpFeガスを供給する配管内や処理室内にCpFeガスが残留してしまう。このため、電子走行層のうち電子走行層と電子供給層の間の界面付近の領域にまで、意図せずにFeがドーピングされてしまう。その結果、電子走行層のうち電子走行層と電子供給層の間の界面付近の領域に生じた2次元電子ガス(2DEG)が減少してしまう。 However, the Cp 2 Fe gas used when doping Fe can cause a so-called memory effect. That is, even shed Cp 2 Fe gas in growing a region near the interface between the GaN freestanding substrate and the electron transit layer of the electron transit layer, then, Ya the pipe supplying Cp 2 Fe gas Cp 2 Fe gas remains in the processing chamber. For this reason, Fe is unintentionally doped to the area | region of the interface vicinity between an electron transit layer and an electron supply layer among electron transit layers. As a result, the two-dimensional electron gas (2DEG) generated in the region near the interface between the electron transit layer and the electron supply layer in the electron transit layer is reduced.

また、電子走行層のうちGaN自立基板と電子走行層との間の界面付近にFeをドーピングすると、当該Feをドーピングした領域から、電子走行層のうち電子走行層と電子供給層の間の界面付近の領域に、Feが拡散してしまう。この観点からも、2DEGが減少してしまう。   Further, when Fe is doped in the vicinity of the interface between the GaN free-standing substrate and the electron transit layer in the electron transit layer, the interface between the electron transit layer and the electron supply layer in the electron transit layer from the Fe-doped region. Fe diffuses in a nearby region. From this point of view, 2DEG decreases.

また、電子走行層のうちGaN自立基板と電子走行層との間の界面付近にパイルアップしたSiの濃度が高い場合には、当該界面付近にFeをドーピングしたとしても、パイルアップしたSiを充分に補償することができない可能性がある。   Also, when the concentration of Si piled up near the interface between the GaN free-standing substrate and the electron traveling layer in the electron transit layer is high, the piled-up Si is sufficient even if Fe is doped near the interface. May not be able to compensate.

以下で説明する本実施形態は、上記課題に基づくものである。   The present embodiment described below is based on the above problem.

(2)半導体積層物の製造方法または半導体装置の製造方法
図7および図8を用い、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または半導体装置の製造方法について説明する。図7は、本実施形態に係る半導体積層物の製造方法または半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図8(a)は、本実施形態に係る半導体積層物を示す概略断面図であり、(b)は、本実施形態に係る半導体装置を示す概略断面図である。
(2) Semiconductor Stack Manufacturing Method or Semiconductor Device Manufacturing Method With reference to FIGS. 7 and 8, the semiconductor stack manufacturing method or the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a method for manufacturing a semiconductor laminate or a method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment. FIG. 8A is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor stacked body according to the present embodiment, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view showing the semiconductor device according to the present embodiment.

(S120:基板用意工程)
まず、基板10を用意する。このとき、基板10を、例えば、半絶縁性のGaN自立基板とする。基板10中のFeの濃度を、例えば、5.0×1017at・cm−3以上5.0×1018at・cm−3以下とする。
(S120: Substrate preparation process)
First, the substrate 10 is prepared. At this time, the substrate 10 is, for example, a semi-insulating GaN free-standing substrate. The concentration of Fe in the substrate 10, for example, a 5.0 × 10 17 at · cm -3 or more 5.0 × 10 18 at · cm -3 or less.

また、このとき、基板10を有機系の樹脂材料からなる基板収容体200内に収容する。基板収容体200内に基板10を収容すると、付着不純物20として、例えば、シロキサンが付着する可能性がある。   At this time, the substrate 10 is housed in the substrate housing body 200 made of an organic resin material. When the substrate 10 is accommodated in the substrate container 200, for example, siloxane may adhere as the attached impurity 20.

(S140:エッチング工程)
本実施形態では、気相成長装置として、例えば、有機金属気相成長(MOVPE:Metalorganic Vapour Phase Epitaxy)装置を用いる。基板用意工程S120後、基板収容体200から基板10を取り出し、基板10をMOVPE装置の処理室内に投入する。基板10をMOVPE装置の処理室内に投入したら、基板10の表面10aの全面を、所定の厚さ以上に亘って、処理室内の気相中でエッチングする。このとき、基板用意工程S120で基板10の表面10aに付着した付着不純物20を、基板10のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。また、このときのエッチング条件を、上述の第1実施形態のエッチング条件と同様とする。
(S140: Etching process)
In the present embodiment, for example, a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) apparatus is used as the vapor phase growth apparatus. After the substrate preparation step S120, the substrate 10 is taken out from the substrate container 200, and the substrate 10 is put into the processing chamber of the MOVPE apparatus. When the substrate 10 is put into the processing chamber of the MOVPE apparatus, the entire surface 10a of the substrate 10 is etched in a gas phase in the processing chamber over a predetermined thickness. At this time, the adhering impurities 20 attached to the surface 10a of the substrate 10 in the substrate preparation step S120 are removed together with GaN constituting the matrix of the substrate 10. The etching conditions at this time are the same as the etching conditions of the first embodiment described above.

このように、付着不純物20を基板10のマトリクスとともに除去することで、付着不純物20としてのSiが基板10の表面(基板10と半導体層40との間の界面)でパイルアップすることを抑制することができる。   Thus, by removing the adhering impurities 20 together with the matrix of the substrate 10, it is possible to suppress Si as the adhering impurities 20 from being piled up on the surface of the substrate 10 (interface between the substrate 10 and the semiconductor layer 40). be able to.

(S160:気相成長工程)
次に、MOVPE装置を用い、基板10の表面10a上に半導体層40をエピタキシャル成長させる。このとき、エッチング工程S140と気相成長工程S160とを、MOVPE装置の処理室を大気開放することなく、同一の処理室内で連続的に行う。
(S160: Vapor growth process)
Next, the semiconductor layer 40 is epitaxially grown on the surface 10a of the substrate 10 using a MOVPE apparatus. At this time, the etching step S140 and the vapor phase growth step S160 are continuously performed in the same processing chamber without opening the processing chamber of the MOVPE apparatus to the atmosphere.

本実施形態では、半導体層40として、例えば、電子走行層(チャネル層)42と、電子供給層(バリア層)44と、を成長させる。   In the present embodiment, as the semiconductor layer 40, for example, an electron transit layer (channel layer) 42 and an electron supply layer (barrier layer) 44 are grown.

具体的には、まず、所定の温度に加熱された基板10に対して、トリメチルガリウム(TMG)ガスとNHガスとを供給することで、基板10上に、GaNからなる電子走行層42をホモエピタキシャル成長させる。このとき、電子走行層42の厚さを、例えば、500nm以上2500nm以下とする。 Specifically, first, by supplying trimethylgallium (TMG) gas and NH 3 gas to the substrate 10 heated to a predetermined temperature, the electron transit layer 42 made of GaN is formed on the substrate 10. Homoepitaxial growth. At this time, the thickness of the electron transit layer 42 is, for example, not less than 500 nm and not more than 2500 nm.

なお、電子走行層42を成長させる際、CpFeガスのドーピングを行わない。 Note that when the electron transit layer 42 is grown, the Cp 2 Fe gas is not doped.

次に、所定の温度に加熱された基板10に対して、TMAガスとTMGガスとNHガスとを供給することで、電子走行層42上に、AlGaNからなる電子供給層44をエピタキシャル成長させる。このとき、電子供給層44の厚さを、例えば、5nm以上50nm以下とする。 Next, an electron supply layer 44 made of AlGaN is epitaxially grown on the electron transit layer 42 by supplying TMA gas, TMG gas, and NH 3 gas to the substrate 10 heated to a predetermined temperature. At this time, the thickness of the electron supply layer 44 is, for example, not less than 5 nm and not more than 50 nm.

これにより、図8(a)に示すように、本実施形態の半導体積層物1が製造される。   Thereby, as shown to Fig.8 (a), the semiconductor laminated body 1 of this embodiment is manufactured.

(S220:半導体装置作製工程)
次に、上記した半導体積層物1を用いて半導体装置3を作製する半導体装置作製工程S220を行う。具体的には、電子供給層44上にニッケル(Ni)/金(Au)からなるゲート電極61を形成する。また、電子供給層44上に、ゲート電極61から所定距離離れた位置にチタン(Ti)/Alからなるソース電極62を形成し、ゲート電極61を挟んでソース電極62から所定距離離れた位置にTi/Alからなるドレイン電極63を形成する。各電極を形成したら、半導体積層物1を、N雰囲気中において所定の温度で所定時間アニール処理する。なお、アニール処理後に、電子供給層44および各電極を覆うように、窒化シリコン(SiN)からなる保護膜を形成してもよい。
(S220: Semiconductor device manufacturing process)
Next, a semiconductor device manufacturing step S220 for manufacturing the semiconductor device 3 using the semiconductor stacked body 1 described above is performed. Specifically, a gate electrode 61 made of nickel (Ni) / gold (Au) is formed on the electron supply layer 44. A source electrode 62 made of titanium (Ti) / Al is formed on the electron supply layer 44 at a position away from the gate electrode 61 by a predetermined distance, and at a position away from the source electrode 62 with the gate electrode 61 in between. A drain electrode 63 made of Ti / Al is formed. After forming each electrode, the semiconductor laminate 1 is annealed at a predetermined temperature for a predetermined time in an N 2 atmosphere. Note that a protective film made of silicon nitride (SiN) may be formed so as to cover the electron supply layer 44 and each electrode after the annealing treatment.

以上により、図8(b)に示すように、本実施形態のHEMTとして構成される半導体装置3が製造される。   As described above, as shown in FIG. 8B, the semiconductor device 3 configured as the HEMT of this embodiment is manufactured.

(3)半導体積層物および半導体装置
本実施形態では、上述のように、気相成長工程S160において基板10上に半導体層40を形成する前に、エッチング工程S140において基板10の表面10a上の付着不純物20を除去している。これにより、半導体積層物1および半導体装置3は、以下の特徴を有している。
(3) Semiconductor Stack and Semiconductor Device In this embodiment, as described above, before the semiconductor layer 40 is formed on the substrate 10 in the vapor phase growth step S160, the adhesion on the surface 10a of the substrate 10 in the etching step S140. Impurity 20 is removed. Thereby, the semiconductor laminate 1 and the semiconductor device 3 have the following characteristics.

基板10の表面10aから付着不純物20が除去されていることから、基板10と半導体層40との界面には、例えばSiのパイルアップが抑制されている。すなわち、基板10と半導体層40との界面には、基板10中のSi濃度または半導体層40中のSi濃度のうちいずれか高い方の10倍以上の濃度にSiが集積していない。言い換えれば、基板10と半導体層40との界面におけるSi濃度は、基板10中のSi濃度または半導体層40中のSi濃度のうちいずれか高い方の10倍未満である。   Since the adhered impurities 20 are removed from the surface 10a of the substrate 10, for example, Si pileup is suppressed at the interface between the substrate 10 and the semiconductor layer 40. That is, Si is not accumulated at the interface between the substrate 10 and the semiconductor layer 40 at a concentration 10 times or higher of the higher Si concentration in the substrate 10 or Si concentration in the semiconductor layer 40. In other words, the Si concentration at the interface between the substrate 10 and the semiconductor layer 40 is less than 10 times the higher of the Si concentration in the substrate 10 or the Si concentration in the semiconductor layer 40.

また、半導体積層物1および半導体装置3において、半導体層40の表面におけるモフォロジ異常部の発生が抑制されている。具体的には、半導体層40の表面内におけるモフォロジ異常部の面密度は、例えば、10cm−2以上1000cm−2以下である。 Further, in the semiconductor laminate 1 and the semiconductor device 3, the occurrence of a morphology abnormality portion on the surface of the semiconductor layer 40 is suppressed. Specifically, the surface density of the morphology abnormal portion in the surface of the semiconductor layer 40 is, for example, 10 cm -2 or more 1000 cm -2 or less.

また、半導体積層物1および半導体装置3において、半導体層40の表面におけるピットの形成が抑制されている。具体的には、半導体層40の表面内におけるピットの面密度は、例えば、例えば、10cm−2以下、好ましくは1cm−2以下である。 In the semiconductor laminate 1 and the semiconductor device 3, formation of pits on the surface of the semiconductor layer 40 is suppressed. Specifically, the surface density of pits in the surface of the semiconductor layer 40 is, for example, 10 cm −2 or less, preferably 1 cm −2 or less.

(4)本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(4) Effects Obtained by the Present Embodiment According to the present embodiment, one or more effects shown below can be obtained.

(a)エッチング工程S140では、基板用意工程S120で基板10の表面10aに付着した付着不純物20を、基板10のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。これにより、基板10と半導体層40との間の界面に、付着不純物20としてのSiがパイルアップすることを抑制することができる。基板10と半導体層40との間の界面におけるSiのパイルアップを抑制することで、当該界面付近に導電性のGaN:Si層が形成されることを抑制し、リークパスや寄生容量の生成を抑制することができる。その結果、半導体装置3の耐圧および高周波特性を向上させることができる。このように、本実施形態によれば、結晶品質が良好であり、且つ、各特性が良好な半導体装置3を製造することができる。 (A) In the etching step S140, the adhering impurities 20 attached to the surface 10a of the substrate 10 in the substrate preparation step S120 are removed together with GaN constituting the matrix of the substrate 10. Thereby, it can suppress that Si as the adhesion impurity 20 piles up at the interface between the board | substrate 10 and the semiconductor layer 40. FIG. By suppressing Si pileup at the interface between the substrate 10 and the semiconductor layer 40, it is possible to suppress the formation of a conductive GaN: Si layer near the interface and to suppress the generation of leak paths and parasitic capacitance. can do. As a result, the breakdown voltage and high frequency characteristics of the semiconductor device 3 can be improved. Thus, according to the present embodiment, it is possible to manufacture the semiconductor device 3 with good crystal quality and good characteristics.

(b)エッチング工程S140で基板10の表面10aから付着不純物20を除去することで、気相成長工程S160では、半導体層40の表面におけるピットやモフォロジ異常部の発生を抑制することができる。これにより、電子供給層44における局所的な電界集中を抑制することができる。その結果、半導体装置3の耐圧を向上させることができる。 (B) By removing the adhering impurities 20 from the surface 10a of the substrate 10 in the etching step S140, in the vapor phase growth step S160, generation of pits and morphology abnormal portions on the surface of the semiconductor layer 40 can be suppressed. Thereby, local electric field concentration in the electron supply layer 44 can be suppressed. As a result, the breakdown voltage of the semiconductor device 3 can be improved.

(c)エッチング工程S140と気相成長工程S160とを、MOVPE装置の処理室を大気開放することなく、同一の処理室内で連続的に行う。 (C) The etching step S140 and the vapor phase growth step S160 are continuously performed in the same processing chamber without opening the processing chamber of the MOVPE apparatus to the atmosphere.

ここで、参考までに、GaN自立基板の表面に付着不純物としてSiが付着されている場合に、GaN自立基板上に半導体層を成長する前に、GaN自立基板の表面をウェットエッチングして付着不純物を除去する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、ウェットエッチングによりGaN自立基板の表面から付着不純物を除去することができたとしても、ウェットエッチング後に基板収容体内にGaN自立基板を収容すると、すぐにGaN自立基板の表面に付着不純物が再付着してしまう可能性がある。   Here, for reference, when Si is attached to the surface of the GaN free-standing substrate, the surface of the GaN free-standing substrate is wet etched before the semiconductor layer is grown on the GaN free-standing substrate. It is conceivable to remove this. However, in this method, even if the adhering impurities can be removed from the surface of the GaN free-standing substrate by wet etching, if the GaN free-standing substrate is accommodated in the substrate container after the wet etching, it immediately adheres to the surface of the GaN free-standing substrate. Impurities may be reattached.

これに対し、本実施形態では、エッチング工程S140と気相成長工程S160とを同一の処理室内で連続的に行うことで、エッチング工程S140後の基板10の表面10aに付着不純物20が再付着することを抑制することができる。これにより、基板10と半導体層40との間の界面に、付着不純物20としてのSiがパイルアップすることを確実に抑制することができる。   On the other hand, in this embodiment, the adhesion impurity 20 is reattached to the surface 10a of the substrate 10 after the etching step S140 by continuously performing the etching step S140 and the vapor phase growth step S160 in the same processing chamber. This can be suppressed. Thereby, it is possible to reliably suppress the Si as the attached impurity 20 from being piled up at the interface between the substrate 10 and the semiconductor layer 40.

(5)本実施形態の変形例
上述の実施形態では、半導体装置3がHEMTとして構成される場合について説明したが、半導体装置3は、HEMTに限られず、例えば、ショットキーバリアダイオード(SBD)として構成されていてもよい。以下、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明する。
(5) Modification of this Embodiment In the above-described embodiment, the case where the semiconductor device 3 is configured as a HEMT has been described. However, the semiconductor device 3 is not limited to a HEMT, for example, as a Schottky barrier diode (SBD). It may be configured. Hereinafter, only elements different from the above-described embodiment will be described.

(5−1)半導体積層物の製造方法または窒化物結晶基板の製造方法
図7および図9を用い、本変形例に係る半導体積層物の製造方法または半導体装置の製造方法について説明する。図9(a)は、本実施形態の変形例に係る半導体積層物を示す概略断面図であり、(b)は、本実施形態の変形例に係る半導体装置を示す概略断面図である。
(5-1) Semiconductor Stack Manufacturing Method or Nitride Crystal Substrate Manufacturing Method A semiconductor stack manufacturing method or a semiconductor device manufacturing method according to this modification will be described with reference to FIGS. 7 and 9. FIG. 9A is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor stacked body according to a modification of the present embodiment, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to the modification of the present embodiment.

(S120:基板用意工程)
まず、基板10を用意する。このとき、基板10を、例えば、シリコン(Si)等のn型不純物を含むn型のGaN自立基板とする。また、基板10中のn型不純物の濃度を、例えば、5.0×1017at・cm−3以上1.0×1019at・cm−3以下とする。
(S120: Substrate preparation process)
First, the substrate 10 is prepared. At this time, the substrate 10 is an n-type GaN free-standing substrate containing an n-type impurity such as silicon (Si). Further, the concentration of the n-type impurity in the substrate 10 is, for example, 5.0 × 10 17 at · cm −3 or more and 1.0 × 10 19 at · cm −3 or less.

また、このとき、基板10を有機系の樹脂材料からなる基板収容体200内に収容する。   At this time, the substrate 10 is housed in the substrate housing body 200 made of an organic resin material.

(S140:エッチング工程)
次に、基板10を基板収容体200からMOVPE装置の処理室内に投入し、基板10の表面10aの全面を、所定の厚さ以上に亘って、処理室内の気相中でエッチングする。このとき、基板用意工程S120で基板10の表面10aに付着した付着不純物20を、基板10のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。
(S140: Etching process)
Next, the substrate 10 is put into the processing chamber of the MOVPE apparatus from the substrate container 200, and the entire surface 10a of the substrate 10 is etched in a gas phase in the processing chamber over a predetermined thickness. At this time, the adhering impurities 20 attached to the surface 10a of the substrate 10 in the substrate preparation step S120 are removed together with GaN constituting the matrix of the substrate 10.

(S160:気相成長工程)
次に、MOVPE装置を用い、基板10の表面10a上に半導体層40をエピタキシャル成長させる。本実施形態では、半導体層40として、例えば、下地n型半導体層46と、ドリフト層48と、を成長させる。
(S160: Vapor growth process)
Next, the semiconductor layer 40 is epitaxially grown on the surface 10a of the substrate 10 using a MOVPE apparatus. In the present embodiment, as the semiconductor layer 40, for example, a base n-type semiconductor layer 46 and a drift layer 48 are grown.

具体的には、まず、基板10上に、n型GaN層としての下地n型半導体層46をエピタキシャル成長させる。このとき、例えばn型不純物としてSiまたはGeをドーピングすることにより、下地n型半導体層46中のn型不純物の濃度を、基板10とほぼ等しく、例えば、5.0×1017at・cm−3以上1.0×1019at・cm−3以下とする。 Specifically, first, a base n-type semiconductor layer 46 as an n-type GaN layer is epitaxially grown on the substrate 10. At this time, for example, by doping Si or Ge as an n-type impurity, the concentration of the n-type impurity in the base n-type semiconductor layer 46 is substantially equal to that of the substrate 10, for example, 5.0 × 10 17 at · cm −. 3 to 1.0 × 10 19 at · cm −3 .

次に、下地n型半導体層46上に、n−型GaN層としてのドリフト層48をエピタキシャル成長させる。このとき、ドリフト層48中のn型不純物濃度を、基板10および下地n型半導体層46のそれぞれのn型不純物濃度よりも低く、例えば、1.0×1015at・cm−3以上5.0×1016at・cm−3以下とする。 Next, a drift layer 48 as an n − -type GaN layer is epitaxially grown on the base n-type semiconductor layer 46. At this time, the n-type impurity concentration in the drift layer 48 is lower than the n-type impurity concentration of the substrate 10 and the underlying n-type semiconductor layer 46, for example, 1.0 × 10 15 at · cm −3 or more. 0 × 10 16 at · cm −3 or less.

これにより、図9(a)に示すように、本変形例の半導体積層物1が製造される。   Thereby, as shown to Fig.9 (a), the semiconductor laminated body 1 of this modification is manufactured.

(S220:半導体装置作製工程)
次に、上記した半導体積層物1を用いて半導体装置3を作製する半導体装置作製工程S220を行う。具体的には、平面視で円形の開口を有する保護膜50を半導体層40上に形成する。このとき、保護膜50を例えば酸化シリコン(SiO)膜とする。保護膜50を形成したら、保護膜50の開口内の半導体層40に接するとともに、平面視で保護膜50の開口よりも広く覆うように、フィールドプレート電極としてのp型電極64を形成する。このとき、p型電極64を例えばパラジウム(Pd)/ニッケル(Ni)膜とする。また、基板10の裏面側に、n型電極65を形成する。このとき、n型電極65を例えばチタン(Ti)/(Al)膜とする。
(S220: Semiconductor device manufacturing process)
Next, a semiconductor device manufacturing step S220 for manufacturing the semiconductor device 3 using the semiconductor stacked body 1 described above is performed. Specifically, the protective film 50 having a circular opening in plan view is formed on the semiconductor layer 40. At this time, the protective film 50 is, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film. When the protective film 50 is formed, a p-type electrode 64 as a field plate electrode is formed so as to be in contact with the semiconductor layer 40 in the opening of the protective film 50 and to cover a wider area than the opening of the protective film 50 in plan view. At this time, the p-type electrode 64 is, for example, a palladium (Pd) / nickel (Ni) film. In addition, an n-type electrode 65 is formed on the back side of the substrate 10. At this time, the n-type electrode 65 is a titanium (Ti) / (Al) film, for example.

以上により、図9(b)に示すように、本変形例のショットキーバリアダイオード(SBD)として構成される半導体装置3が製造される。   As described above, as shown in FIG. 9B, the semiconductor device 3 configured as the Schottky barrier diode (SBD) of the present modification is manufactured.

(5−2)半導体積層物および半導体装置
本実施形態の半導体積層物1および半導体装置3も、上述の実施形態と同様に、以下の特徴を有している。半導体積層物1および半導体装置3において、半導体層40の表面内におけるモフォロジ異常部の面密度は、例えば、10cm−2以上1000cm−2以下である。半導体層40の表面内におけるピットの面密度は、例えば、例えば、10cm−2以下、好ましくは1cm−2以下である。なお、基板10と半導体層40との界面には、基板10中のSi濃度または半導体層40中のSi濃度のうちいずれか高い方の10倍以上の濃度にSiが集積していない。
(5-2) Semiconductor Stack and Semiconductor Device The semiconductor stack 1 and the semiconductor device 3 of the present embodiment also have the following characteristics, as in the above-described embodiment. In the semiconductor laminate 1 and the semiconductor device 3, the surface density of the morphology abnormal portion in the surface of the semiconductor layer 40 is, for example, 10 cm -2 or more 1000 cm -2 or less. The surface density of pits in the surface of the semiconductor layer 40 is, for example, 10 cm −2 or less, preferably 1 cm −2 or less. Note that Si is not accumulated at the interface between the substrate 10 and the semiconductor layer 40 at a concentration that is 10 times or more of the higher of the Si concentration in the substrate 10 or the Si concentration in the semiconductor layer 40.

(5−3)本実施形態により得られる効果
(a)半導体層40においてピットやモフォロジ異常部の成長を抑制することにより、SBDとして構成される半導体装置3において所望の整流性を得ることができる。
(5-3) Effects Obtained by the Present Embodiment (a) By suppressing the growth of pits and morphology abnormal portions in the semiconductor layer 40, desired rectification can be obtained in the semiconductor device 3 configured as SBD. .

ここで、半導体層の表面にピットやモフォロジ異常部が存在すると、その周囲のキャリア濃度が低かったとしても、半導体層のうちピットやモフォロジ異常部が成長した部分では、上述のようにO濃度が高くなり、キャリア濃度が高くなる。半導体層のショットキー障壁幅は、キャリア濃度の平方根に逆比例するため、半導体層のうちキャリア濃度が高くなった部分において、逆バイアス印加時にトンネル電流が流れ易くなる。すなわち、これは、SBDと抵抗とを有する並列回路が形成されることに相当する。このため、SBDとして構成される半導体装置において所望の整流性が得られなくなる可能性がある。   Here, if there are pits and morphology abnormal portions on the surface of the semiconductor layer, even if the carrier concentration around the pits and morphology abnormal portions is low, the O concentration in the portion of the semiconductor layer where the pits and morphology abnormal portions have grown is as described above. The carrier concentration increases. Since the Schottky barrier width of the semiconductor layer is inversely proportional to the square root of the carrier concentration, a tunnel current easily flows when a reverse bias is applied in a portion of the semiconductor layer where the carrier concentration is high. That is, this corresponds to the formation of a parallel circuit having an SBD and a resistor. For this reason, there is a possibility that desired rectification cannot be obtained in a semiconductor device configured as an SBD.

これに対し、半導体層40においてピットやモフォロジ異常部の成長を抑制することにより、局所的にO濃度が高く、キャリア濃度が高い部分の形成を抑制することができる。これにより、逆バイアス印加時に局所的にトンネル電流が流れることを抑制することができる。その結果、SBDとして構成される半導体装置3において所望の整流性を得ることができる。   On the other hand, by suppressing the growth of pits and morphology abnormal portions in the semiconductor layer 40, formation of a portion having a locally high O concentration and a high carrier concentration can be suppressed. Thereby, it is possible to suppress a tunnel current from flowing locally when a reverse bias is applied. As a result, desired rectification can be obtained in the semiconductor device 3 configured as the SBD.

(b)半導体層40の表面におけるピットやモフォロジ異常部の発生を抑制することにより、ドリフト層48における局所的な電界集中を抑制することができる。その結果、半導体装置3の耐圧を向上させることができる。 (B) By suppressing the generation of pits and morphology abnormalities on the surface of the semiconductor layer 40, local electric field concentration in the drift layer 48 can be suppressed. As a result, the breakdown voltage of the semiconductor device 3 can be improved.

<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
<Other embodiments>
The embodiment of the present invention has been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

上述の実施形態では、基板10および窒化物半導体自立基板2のそれぞれがGaN自立基板である場合について説明したが、基板10および窒化物半導体自立基板2のそれぞれは、GaN自立基板に限らず、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化インジウム(InN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)等のIII族窒化物半導体、すなわち、AlInGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式で表されるIII族窒化物半導体からなる自立基板であってもよい。 In the above-described embodiment, the case where each of the substrate 10 and the nitride semiconductor free-standing substrate 2 is a GaN free-standing substrate has been described. However, each of the substrate 10 and the nitride semiconductor free-standing substrate 2 is not limited to a GaN free-standing substrate, for example, Group III nitride semiconductors such as aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium nitride (InN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum indium gallium nitride (AlInGaN), that is, Al x In y Ga 1 -x-y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1) may be a self-supporting substrate made of a III group nitride semiconductor represented by the composition formula.

また、基板10は、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板であればよく、例えば、サファイア等からなる支持基板と、AlInGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)の組成式で表されるIII族窒化物半導体からなる半導体層とを有するIII族窒化物半導体テンプレートであってもよい。 Further, the substrate 10 may be a substrate whose surface layer is made of a group III nitride semiconductor. For example, a support substrate made of sapphire or the like, and Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, A group III nitride semiconductor template having a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor represented by a composition formula of 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) may be used.

上述の実施形態では、基板収容体200がウエハトレイとして構成されている場合について説明したが、基板収容体200は、複数の基板10を収容するウエハボックスとして構成されていてもよい。   Although the case where the substrate container 200 is configured as a wafer tray has been described in the above-described embodiment, the substrate container 200 may be configured as a wafer box that stores a plurality of substrates 10.

上述の第1実施形態では、気相成長工程S160でのドーピングに関して説明しなかったが、半導体層40に所定の導電性または絶縁性を付与するために、気相成長工程S160において半導体層40に不純物をドーピングしてもよい。   In the first embodiment described above, the doping in the vapor phase growth step S160 has not been described. However, in order to provide the semiconductor layer 40 with predetermined conductivity or insulation, the semiconductor layer 40 is subjected to the vapor phase growth step S160. Impurities may be doped.

上述の実施形態では、エッチング工程S140と気相成長工程S160とを同一の気相成長装置400の処理室401内で連続的に行う場合について説明したが、エッチング工程S140と気相成長工程S160とをそれぞれ別の装置で行ってもよい。ただし、エッチング工程S140と気相成長工程S160とを同一の気相成長装置400の処理室401内で連続的に行うほうが、基板10の露出部への酸化層の形成を抑制できる点で好ましい。   In the above-described embodiment, the case where the etching process S140 and the vapor deposition process S160 are continuously performed in the processing chamber 401 of the same vapor deposition apparatus 400 has been described. However, the etching process S140, the vapor deposition process S160, May be performed by different devices. However, it is preferable that the etching step S140 and the vapor phase growth step S160 are continuously performed in the processing chamber 401 of the same vapor phase growth apparatus 400 in terms of suppressing formation of an oxide layer on the exposed portion of the substrate 10.

上述の第2実施形態の変形例では、MOVPE法により半導体層40を成長させる場合について説明したが、HVPE法により半導体層40を成長させてもよい。HVPE法は、成長速度が高いため、半導体装置を製造する際のスループットを向上させることができる。   In the modification of the second embodiment described above, the case where the semiconductor layer 40 is grown by the MOVPE method has been described. However, the semiconductor layer 40 may be grown by the HVPE method. Since the HVPE method has a high growth rate, it is possible to improve throughput when manufacturing a semiconductor device.

上述の第2実施形態の変形例では、エッチング工程S140後の気相成長工程S160において、まず、基板10上にn型GaN層としての下地n型半導体層46を成長させてから、次に、n−型GaN層としてのドリフト層48を成長させる場合について説明したが、エッチング工程S140によって基板10の表面10a上の付着不純物20(例えばパイルアップしたSi)が除去されることから、エッチング工程S140後の気相成長工程S160において、基板10上にn型GaN層としての下地n型半導体層46を介さずにn−型GaN層としてのドリフト層48を直接成長させてもよい。これにより、結晶品質が良好なドリフト層48を基板10上に直接成長させることができる。   In the modification of the second embodiment described above, in the vapor phase growth step S160 after the etching step S140, first, the base n-type semiconductor layer 46 as an n-type GaN layer is grown on the substrate 10, and then, Although the case where the drift layer 48 as the n − -type GaN layer is grown has been described, the adhering impurity 20 (for example, piled-up Si) on the surface 10a of the substrate 10 is removed by the etching step S140, and thus the etching step S140. In the subsequent vapor phase growth step S160, the drift layer 48 as the n − -type GaN layer may be directly grown on the substrate 10 without the base n-type semiconductor layer 46 as the n-type GaN layer. Thereby, the drift layer 48 with good crystal quality can be directly grown on the substrate 10.

上述の第2実施形態およびその変形例では、半導体装置3としてHEMTまたはSBDを製造する場合について説明したが、半導体装置3として、例えば、ジャンクションバリアショットキーダイオード(JBS)、pn接合ダイオード、発光ダイオード、レーザダイオード、ゲートインジェクショントランジスタ(GIT)、バイポーラトランジスタ等を製造してもよい。   In the above-described second embodiment and the modification thereof, the case where HEMT or SBD is manufactured as the semiconductor device 3 has been described. As the semiconductor device 3, for example, a junction barrier Schottky diode (JBS), a pn junction diode, and a light emitting diode are used. A laser diode, a gate injection transistor (GIT), a bipolar transistor, or the like may be manufactured.

[第2実施形態の他の変形例]
ここで、第2実施形態の他の変形例について説明する。本変形例では、例えば、半導体装置としてpn接合ダイオードを製造する場合について説明する。なお、図7のフローチャートを用いて説明する。
[Other Modifications of Second Embodiment]
Here, another modification of the second embodiment will be described. In this modification, for example, a case where a pn junction diode is manufactured as a semiconductor device will be described. This will be described with reference to the flowchart of FIG.

(S120:基板用意工程)
まず、n型のGaN自立基板からなる下地基板を用意する。
(S120: Substrate preparation process)
First, a base substrate made of an n-type GaN free-standing substrate is prepared.

ここで、例えば、半導体装置として高耐圧のpn接合ダイオードを得るためには、数十μmの厚さを有するn−型GaN層としてのドリフト層を下地基板上に成長させる必要がある。MOVPE法での成長速度は数μm/h程度であるため、上記ドリフト層をMOVPE法で成長させるためには非常に時間がかかり、スループットが低くなってしまう。そこで、本変形例では、成長速度が高いHVPE法によりn−型GaN層としてのドリフト層を下地基板上に成長させる。   Here, for example, in order to obtain a high breakdown voltage pn junction diode as a semiconductor device, it is necessary to grow a drift layer as an n− type GaN layer having a thickness of several tens of μm on a base substrate. Since the growth rate by the MOVPE method is about several μm / h, it takes a very long time to grow the drift layer by the MOVPE method, resulting in a low throughput. Therefore, in this modification, a drift layer as an n − -type GaN layer is grown on the base substrate by the HVPE method having a high growth rate.

以上により、表層がn−型GaN層としてのドリフト層からなる基板が作製される。基板が作製されたら、基板を有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に収容する。   As described above, a substrate whose surface layer is a drift layer as an n-type GaN layer is manufactured. When the substrate is manufactured, the substrate is accommodated in a substrate container made of an organic resin material.

(S140:エッチング工程)
次に、基板を基板収容体からMOVPE装置の処理室内に投入し、基板の表層を構成するドリフト層の全面を、所定の厚さ以上に亘って、処理室内の気相中でエッチングする。このとき、基板用意工程S120で基板の表面(すなわちドリフト層の表面)に付着した付着不純物を、基板の表層(すなわちドリフト層)のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。
(S140: Etching process)
Next, the substrate is introduced from the substrate container into the processing chamber of the MOVPE apparatus, and the entire surface of the drift layer constituting the surface layer of the substrate is etched in a gas phase in the processing chamber over a predetermined thickness. At this time, the adhering impurities adhering to the surface of the substrate (namely, the surface of the drift layer) in the substrate preparation step S120 are removed together with GaN constituting the matrix of the surface layer (namely, the drift layer) of the substrate.

(S160:気相成長工程)
次に、MOVPE装置を用い、ドリフト層上にp−型GaN層としての第1p型半導体層をエピタキシャル成長させる。第1p型半導体層中のp型不純物としては、例えば、マグネシウム(Mg)が挙げられる。また、第1p型半導体層中のp型不純物濃度は、例えば、1.0×1017at・cm−3以上2.0×1019at・cm−3以下とする。
(S160: Vapor growth process)
Next, using a MOVPE apparatus, a first p-type semiconductor layer as a p-type GaN layer is epitaxially grown on the drift layer. An example of the p-type impurity in the first p-type semiconductor layer is magnesium (Mg). The p-type impurity concentration in the first p-type semiconductor layer is, for example, not less than 1.0 × 10 17 at · cm −3 and not more than 2.0 × 10 19 at · cm −3 .

次に、第1p型半導体層上にp型GaN層としての第2p型半導体層をエピタキシャル成長させる。第2p型半導体層中のp型不純物濃度は、第1p型半導体層中のp型不純物濃度よりも高く、例えば、5.0×1019at・cm−3以上2.0×1020at・cm−3以下とする。 Next, a second p-type semiconductor layer as a p-type GaN layer is epitaxially grown on the first p-type semiconductor layer. The p-type impurity concentration in the second p-type semiconductor layer is higher than the p-type impurity concentration in the first p-type semiconductor layer, for example, 5.0 × 10 19 at · cm −3 or more and 2.0 × 10 20 at ··. cm −3 or less.

これにより、本変形例の半導体積層物が製造される。   Thereby, the semiconductor laminated body of this modification is manufactured.

(S220:半導体装置作製工程)
次に、上記した半導体積層物を用いて半導体装置を作製する半導体装置作製工程S220を行う。具体的には、第2p型半導体層上にp型電極(例えばPd/Ni)を形成し、下地基板の裏面側にn型電極(例えばTi/Al)を形成する。
(S220: Semiconductor device manufacturing process)
Next, a semiconductor device manufacturing step S220 for manufacturing a semiconductor device using the above-described semiconductor stack is performed. Specifically, a p-type electrode (for example, Pd / Ni) is formed on the second p-type semiconductor layer, and an n-type electrode (for example, Ti / Al) is formed on the back side of the base substrate.

以上により、本変形例の半導体装置が製造される。   As described above, the semiconductor device of this modification is manufactured.

本変形例によれば、成長速度が高いHVPE法によりn−型GaN層としてのドリフト層を下地基板上に成長させることで、半導体装置としてpn接合ダイオードを製造する際のスループットを向上させることができる。   According to this modification, the throughput when manufacturing a pn junction diode as a semiconductor device can be improved by growing a drift layer as an n-type GaN layer on the base substrate by the HVPE method having a high growth rate. it can.

また、本変形例によれば、エッチング工程S140では、基板用意工程S120でドリフト層の表面に付着した付着不純物を、ドリフト層のマトリクスを構成するGaNとともに除去する。これにより、ドリフト層と第1p型半導体層との間の界面に、付着不純物としてのSiがパイルアップすることを抑制することができる。ドリフト層と第1p型半導体層との間の界面におけるSiのパイルアップを抑制することで、第1p型半導体層中のp型不純物が、パイルアップしたSiによって補償されることを抑制することができる。   Further, according to the present modification, in the etching step S140, the adhering impurities attached to the surface of the drift layer in the substrate preparation step S120 are removed together with GaN constituting the drift layer matrix. Thereby, it can suppress that Si as an adhesion impurity piles up at the interface between a drift layer and a 1st p-type semiconductor layer. By suppressing the pile-up of Si at the interface between the drift layer and the first p-type semiconductor layer, the p-type impurities in the first p-type semiconductor layer can be prevented from being compensated by the piled-up Si. it can.

なお、本変形例では、エッチング工程S140後の気相成長工程S160においてドリフト層上にp−型GaN層としての第1p型半導体層を直接エピタキシャル成長させる場合について説明したが、エッチング工程S140後の気相成長工程S160においてドリフト層上に薄いn−型GaN層を成長させてから、次に、n−型GaN層上に第1p型半導体層を成長させてもよい。   In this modification, the case where the first p-type semiconductor layer as the p-type GaN layer is directly epitaxially grown on the drift layer in the vapor phase growth step S160 after the etching step S140 has been described. In the phase growth step S160, a thin n-type GaN layer may be grown on the drift layer, and then a first p-type semiconductor layer may be grown on the n-type GaN layer.

以下、本発明の効果を裏付ける各種実験結果について説明する。   Hereinafter, various experimental results supporting the effects of the present invention will be described.

(1)付着不純物の確認
(1−1)基板の用意
まず、基板として、直径2inch、厚さ400μmのGaN自立基板を用意した。次に、基板を基板収容体としてのウエハトレイに収容し、所定期間、保管した。
(1) Confirmation of adhered impurities (1-1) Preparation of substrate First, a GaN free-standing substrate having a diameter of 2 inches and a thickness of 400 μm was prepared as a substrate. Next, the substrate was stored in a wafer tray as a substrate container and stored for a predetermined period.

(1−2)評価
240日間ウエハトレイに収容した基板の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察するとともに、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X−ray Spectroscopy)により基板の表面の組成分析を行った。
(1-2) Evaluation The surface of the substrate accommodated in the wafer tray for 240 days was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the surface of the substrate was observed with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). A compositional analysis was performed.

また、全反射蛍光X線分析(TXRF)により、0〜240日間ウエハトレイに収容した基板のそれぞれの表面の組成分析を行った。   Moreover, the composition analysis of each surface of the board | substrate accommodated in the wafer tray for 0 to 240 days was performed by total reflection X-ray fluorescence analysis (TXRF).

(1−3)結果
図10(a)は、付着不純物の一例を示すSEM像であり、(b)は、(a)の付着不純物のEDX分析を行った結果である。
図10(a)に示すように、ウエハトレイ内に収容した基板の表面には、付着不純物が付着していた。この付着不純物についてEDXによる組成分析を行ったところ、図10(b)に示すように、付着不純物は、Si、CおよびOを含むことを確認した。この結果から、付着不純物は、ウエハトレイを製造する際に用いられた離型剤を起因としたシロキサンを含んでいると推定される。
(1-3) Results FIG. 10A is an SEM image showing an example of the adhering impurities, and FIG. 10B is a result of the EDX analysis of the adhering impurities in FIG.
As shown in FIG. 10A, adhering impurities adhered to the surface of the substrate accommodated in the wafer tray. As a result of composition analysis by EDX for the adhering impurities, it was confirmed that the adhering impurities contained Si, C and O as shown in FIG. From this result, it is presumed that the adhering impurities contain siloxane derived from the release agent used in manufacturing the wafer tray.

図11は、基板を基板収容体内に保管した保管日数に対する、全反射蛍光X線分析によって測定した基板表面のSi濃度を示す図である。
図11に示すように、基板表面のSi濃度は、ウエハトレイ内の保管日数に対して単調増加することを確認した。つまり、付着不純物としてのSiは、保管日数が長いほど、多く付着する可能性があることを確認した。
FIG. 11 is a diagram showing the Si concentration on the substrate surface measured by total reflection X-ray fluorescence analysis with respect to the number of storage days in which the substrate is stored in the substrate container.
As shown in FIG. 11, it was confirmed that the Si concentration on the substrate surface monotonously increased with respect to the storage days in the wafer tray. That is, it was confirmed that Si as an adhesion impurity may adhere more as the storage days are longer.

(2)エッチング工程の効果の確認
(2−1)基板の用意
まず、基板として、直径2inch、厚さ400μmのGaN自立基板を複数用意した。次に、複数の基板をそれぞれ基板収容体としてのウエハトレイに収容し、240日間、保管した。
(2) Confirmation of effect of etching process (2-1) Preparation of substrate First, a plurality of GaN free-standing substrates having a diameter of 2 inches and a thickness of 400 μm were prepared as substrates. Next, each of the plurality of substrates was stored in a wafer tray as a substrate container and stored for 240 days.

(2−2)半導体積層物の製造
以下の条件下で、比較例の半導体積層物と実施例の半導体積層物とを製造した。
(2-2) Manufacture of a semiconductor laminate The semiconductor laminate of the comparative example and the semiconductor laminate of the example were manufactured under the following conditions.

(比較例)
エッチング工程:不実施
気相成長工程:
方法:HVPE法
半導体層の材質:GaN
成長温度:1050℃
処理室内圧力:一定
NHガスの分圧/GaClガスの分圧:3
ガスの流量/Hガスの流量:5
半導体層の厚さ:200μm
(Comparative example)
Etching process: Not implemented Vapor phase growth process:
Method: HVPE method Semiconductor layer material: GaN
Growth temperature: 1050 ° C
Processing chamber pressure: constant NH 3 gas partial pressure / GaCl gas partial pressure: 3
N 2 gas flow rate / H 2 gas flow rate: 5
Semiconductor layer thickness: 200 μm

(実施例)
エッチング工程:実施
装置:気相成長工程と同じHVPE装置
エッチング温度:650℃
処理室内圧力:一定
ガス:Nガス、HClガス、Hガス
HClガス分圧/Nガス分圧:3%
ガス分圧/Nガス分圧:5%
エッチング時間:3h
気相成長工程:
比較例と同じ
(Example)
Etching process: Implementation Equipment: HVPE equipment same as vapor phase growth process Etching temperature: 650 ° C
Processing chamber pressure: constant Gas: N 2 gas, HCl gas, H 2 gas HCl gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 3%
H 2 gas partial pressure / N 2 gas partial pressure: 5%
Etching time: 3h
Vapor growth process:
Same as comparative example

(2−3)評価
比較例および実施例の半導体積層物について、半導体層の表面におけるピットやモフォロジ異常部の有無、半導体層における非成長領域の有無を観察した。
(2-3) Evaluation Regarding the semiconductor laminates of the comparative example and the example, the presence or absence of pits and morphology abnormal portions on the surface of the semiconductor layer and the presence or absence of non-growth regions in the semiconductor layer were observed.

(2−4)結果
図12および図13を用い、結果について説明する。図12(a)は、実施例の半導体積層物の外観を示す写真であり、(b)は、比較例の半導体積層物の外観を示す写真である。図13(a)〜(c)は、比較例の半導体積層物の表面におけるピットやモフォロジ異常部を示す図である。
(2-4) Result A result is demonstrated using FIG. 12 and FIG. FIG. 12A is a photograph showing the appearance of the semiconductor laminate of the example, and FIG. 12B is a photograph showing the appearance of the semiconductor laminate of the comparative example. FIGS. 13A to 13C are diagrams showing pits and morphology abnormal portions on the surface of the semiconductor laminate of the comparative example.

比較例の半導体積層物では、図12(b)に示すように、半導体層において非成長領域(矢印)が生じていた。比較例の半導体積層物では、図13(a)〜(c)に示すように、半導体層の表面に、ピットやモフォロジ異常部が発生していた。比較例では、ウエハトレイを起因として基板の表面に付着不純物が付着していたため、気相成長工程において、半導体層の表面にピットやモフォロジ異常部が形成されたり、または非成長領域が形成されたりしてしまったと考えられる。   In the semiconductor laminate of the comparative example, as shown in FIG. 12B, a non-growth region (arrow) was generated in the semiconductor layer. In the semiconductor laminate of the comparative example, as shown in FIGS. 13A to 13C, pits and morphology abnormal portions were generated on the surface of the semiconductor layer. In the comparative example, because impurities adhered to the surface of the substrate due to the wafer tray, pits and morphology abnormalities are formed on the surface of the semiconductor layer, or non-growth regions are formed in the vapor phase growth process. It is thought that it has been.

これに対し、実施例の半導体積層物では、図12(a)に示すように、半導体層において非成長領域は生じていなかった。また、半導体層の表面は、平滑であった。   On the other hand, in the semiconductor stacked body of the example, as shown in FIG. 12A, no non-growth region was generated in the semiconductor layer. Moreover, the surface of the semiconductor layer was smooth.

実施例では、エッチング工程において基板の表面に付着した付着不純物を基板のマトリクスを構成するGaNとともに除去することで、気相成長工程において半導体層の非成長領域の形成を抑制することができることを確認した。また、エッチング工程においてマイルドな条件で基板の表面をエッチングすることで、気相成長工程において半導体層を平滑にエピタキシャル成長させることができることを確認した。これらの結果、結晶品質が良好な半導体積層物を製造することができることを確認した。   In the embodiment, it is confirmed that the formation of non-growth regions of the semiconductor layer can be suppressed in the vapor phase growth process by removing the adhering impurities adhering to the surface of the substrate in the etching process together with GaN constituting the matrix of the substrate. did. Moreover, it was confirmed that the semiconductor layer can be epitaxially grown smoothly in the vapor phase growth process by etching the surface of the substrate under mild conditions in the etching process. As a result, it was confirmed that a semiconductor laminate having good crystal quality can be produced.

<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

(付記1)
有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に収容され、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板を用意する工程と、
前記基板を前記基板収容体から所定の処理室内に投入し、前記基板の少なくとも前記表層のうちの全面を、所定の厚さ以上に亘って、前記処理室内の気相中でエッチングする工程と、
前記基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記基板を用意する工程で前記基板収容体を起因として前記基板の前記表面に付着した付着不純物を、前記基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法。
(Appendix 1)
A step of preparing a substrate housed in a substrate container made of an organic resin material and having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
Loading the substrate from the substrate container into a predetermined processing chamber, and etching the entire surface of at least the surface layer of the substrate over a predetermined thickness in a gas phase in the processing chamber;
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate by vapor phase growth;
Have
In the etching step,
A method of manufacturing a semiconductor laminate, wherein adhesion impurities adhering to the surface of the substrate due to the substrate container in the step of preparing the substrate are removed together with the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate. .

(付記2)
前記エッチングする工程では、
前記表層の前記表面のうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件下で前記表層の前記表面をエッチングする
付記1に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 2)
In the etching step,
The manufacturing method of the semiconductor laminated body of Additional remark 1 which etches the said surface of the said surface layer on the conditions from which the area | region except a crystal defect part becomes smooth among the said surfaces of the said surface layer.

(付記3)
前記エッチングする工程では、
塩化水素ガスおよび水素ガスを含む雰囲気下で前記エッチングを行う
付記1又は2に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 3)
In the etching step,
The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to appendix 1 or 2, wherein the etching is performed in an atmosphere containing hydrogen chloride gas and hydrogen gas.

(付記4)
前記エッチングする工程では、
前記塩化水素ガス、前記水素ガスおよび不活性ガスを含む雰囲気下で前記エッチングを行い、
前記不活性ガスの分圧を前記塩化水素ガスおよび前記水素ガスのそれぞれの分圧よりも高くする
付記3に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 4)
In the etching step,
Performing the etching under an atmosphere containing the hydrogen chloride gas, the hydrogen gas and an inert gas,
The method for manufacturing a semiconductor stacked structure according to appendix 3, wherein the partial pressure of the inert gas is higher than the partial pressures of the hydrogen chloride gas and the hydrogen gas.

(付記5)
前記エッチングする工程では、
前記不活性ガスの分圧に対する前記塩化水素ガスおよび前記水素ガスのそれぞれの分圧の比率を、1%以上10%以下とする
付記4に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 5)
In the etching step,
The method for manufacturing a semiconductor stacked structure according to appendix 4, wherein a ratio of a partial pressure of each of the hydrogen chloride gas and the hydrogen gas to a partial pressure of the inert gas is 1% or more and 10% or less.

(付記6)
前記エッチングする工程では、
アンモニアガスを非含有とした雰囲気下で前記エッチングを行う
付記1〜5のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 6)
In the etching step,
The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to any one of appendices 1 to 5, wherein the etching is performed in an atmosphere containing no ammonia gas.

(付記7)
前記エッチングする工程での前記基板の温度を、前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程での前記基板の温度よりも低くする
付記1〜6のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 7)
The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to any one of appendices 1 to 6, wherein the temperature of the substrate in the etching step is lower than the temperature of the substrate in the step of epitaxially growing the semiconductor layer.

(付記8)
前記エッチングする工程から前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程まで、前記基板の温度を単調に上昇させる
付記7に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 8)
The method for manufacturing a semiconductor stacked structure according to appendix 7, wherein the temperature of the substrate is monotonously increased from the etching step to the step of epitaxially growing the semiconductor layer.

(付記9)
前記エッチングする工程と前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを、同一の処理室内で連続的に行う
付記1〜8のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 9)
The method for manufacturing a semiconductor laminate according to any one of appendices 1 to 8, wherein the etching step and the step of epitaxially growing the semiconductor layer are performed continuously in the same processing chamber.

(付記10)
前記エッチング工程では、
前記基板の温度を所定の温度に維持した状態で、少なくとも1時間以上、前記エッチングを行う
付記1〜9のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 10)
In the etching step,
10. The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to any one of appendices 1 to 9, wherein the etching is performed for at least one hour or more while maintaining the temperature of the substrate at a predetermined temperature.

(付記11)
前記エッチング工程では、
前記基板の前記表層の全面を、少なくとも深さ方向に10nm以上エッチングする
付記1〜10のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 11)
In the etching step,
11. The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to any one of appendices 1 to 10, wherein the entire surface of the surface layer of the substrate is etched at least 10 nm in the depth direction.

(付記12)
前記エッチング工程では、
前記基板の前記表層の表面に、該表層中の転位に対応したエッチピットが出現し、
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記表層の表面に出現した前記エッチピットを前記半導体層によって埋め込む
付記1〜11のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 12)
In the etching step,
Etch pits corresponding to dislocations in the surface layer appear on the surface of the surface layer of the substrate,
In the step of epitaxially growing the semiconductor layer,
12. The method for manufacturing a semiconductor laminate according to any one of appendices 1 to 11, wherein the etch pits appearing on the surface of the surface layer are embedded with the semiconductor layer.

(付記13)
前記基板を用意する工程では、
前記基板収容体内に前記基板を、少なくとも12時間以上収容する
付記1〜12のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 13)
In the step of preparing the substrate,
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of appendices 1 to 12, wherein the substrate is accommodated in the substrate housing body for at least 12 hours.

(付記14)
前記基板を用意する工程では、
ポリプロピレンからなる前記基板収容体内に前記基板を収容する
付記1〜13のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 14)
In the step of preparing the substrate,
14. The method for manufacturing a semiconductor laminate according to any one of appendices 1 to 13, wherein the substrate is housed in the substrate housing body made of polypropylene.

(付記15)
前記付着不純物は、少なくともシロキサンを含む
付記1〜14のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 15)
The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to any one of appendices 1 to 14, wherein the adhesion impurity includes at least siloxane.

(付記16)
前記基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体は、窒化ガリウムである
付記1〜15のいずれか1つに記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 16)
The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to any one of appendices 1 to 15, wherein the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate is gallium nitride.

(付記17)
前記基板の前記表層の表面は、+C面、または+C面に対して2°以内のオフ角を有する面である
付記16に記載の半導体積層物の製造方法。
(Appendix 17)
The method for manufacturing a semiconductor stacked structure according to appendix 16, wherein the surface of the surface layer of the substrate is a + C plane or a plane having an off angle of 2 ° or less with respect to the + C plane.

(付記18)
有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に収容され、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板を用意する工程と、
前記基板を前記基板収容体から所定の処理室内に投入し、前記基板の少なくとも前記表層のうちの全面を、所定の厚さ以上に亘って、前記処理室内の気相中でエッチングする工程と、
前記基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記基板を用意する工程で前記基板収容体を起因として前記基板の前記表面に付着した付着不純物を、前記基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体装置の製造方法。
(Appendix 18)
A step of preparing a substrate housed in a substrate container made of an organic resin material and having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
Loading the substrate from the substrate container into a predetermined processing chamber, and etching the entire surface of at least the surface layer of the substrate over a predetermined thickness in a gas phase in the processing chamber;
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate by vapor phase growth;
Have
In the etching step,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: removing impurities adhered to the surface of the substrate due to the substrate container in the step of preparing the substrate together with the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate.

(付記19)
有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に収容され、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板を用意する工程と、
前記基板を前記基板収容体から所定の処理室内に投入し、前記基板の少なくとも前記表層のうちの全面を、所定の厚さ以上に亘って、前記処理室内の気相中でエッチングする工程と、
前記基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物半導体自立基板を作製する工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記基板を用意する工程で前記基板収容体を起因として前記基板の前記表面に付着した付着不純物を、前記基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
窒化物半導体自立基板の製造方法。
(Appendix 19)
A step of preparing a substrate housed in a substrate container made of an organic resin material and having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
Loading the substrate from the substrate container into a predetermined processing chamber, and etching the entire surface of at least the surface layer of the substrate over a predetermined thickness in a gas phase in the processing chamber;
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate by vapor phase growth;
Slicing the semiconductor layer to produce a nitride semiconductor free-standing substrate;
Have
In the etching step,
A nitride semiconductor free-standing substrate that removes adhering impurities attached to the surface of the substrate due to the substrate container in the step of preparing the substrate together with the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate. Production method.

(付記20)
少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板と、
前記基板上に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
前記基板と前記半導体層との界面には、前記基板中のシリコン濃度または前記半導体層中のシリコン濃度のうちいずれか高い方の10倍以上の濃度にシリコンが集積していない
半導体積層物。
(Appendix 20)
A substrate having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
A semiconductor layer provided on the substrate and made of a group III nitride semiconductor;
Have
A semiconductor laminate in which silicon is not integrated at the interface between the substrate and the semiconductor layer at a concentration of 10 times or more of the silicon concentration in the substrate or the silicon concentration in the semiconductor layer, whichever is higher.

(付記21)
少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板と、
前記基板上に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
前記基板と前記半導体層との界面には、前記基板中のシリコン濃度または前記半導体層中のシリコン濃度のうちいずれか高い方の10倍以上の濃度にシリコンが集積していない
半導体装置。
(Appendix 21)
A substrate having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
A semiconductor layer provided on the substrate and made of a group III nitride semiconductor;
Have
A semiconductor device in which silicon is not integrated at the interface between the substrate and the semiconductor layer at a concentration of 10 times or more of the silicon concentration in the substrate or the silicon concentration in the semiconductor layer, whichever is higher.

1 半導体積層物
2 窒化物半導体自立基板
10 基板(基板)
20 付着不純物
40 半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laminated body 2 Nitride semiconductor free-standing substrate 10 Substrate (substrate)
20 Adhering impurities 40 Semiconductor layer

Claims (17)

有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に収容され、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板を用意する工程と、
前記基板を前記基板収容体から所定の処理室内に投入し、前記基板の少なくとも前記表層のうちの全面を、所定の厚さ以上に亘って、前記処理室内の気相中でエッチングする工程と、
前記基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記基板を用意する工程で前記基板収容体を起因として前記基板の前記表面に付着した付着不純物を、前記基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
半導体積層物の製造方法。
A step of preparing a substrate housed in a substrate container made of an organic resin material and having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
Loading the substrate from the substrate container into a predetermined processing chamber, and etching the entire surface of at least the surface layer of the substrate over a predetermined thickness in a gas phase in the processing chamber;
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate by vapor phase growth;
Have
In the etching step,
A method of manufacturing a semiconductor laminate, wherein adhesion impurities adhering to the surface of the substrate due to the substrate container in the step of preparing the substrate are removed together with the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate. .
前記エッチングする工程では、
前記表層の前記表面のうち結晶欠陥部を除く領域が平滑となる条件下で前記表層の前記表面をエッチングする
請求項1に記載の半導体積層物の製造方法。
In the etching step,
The manufacturing method of the semiconductor laminated body of Claim 1 which etches the said surface of the said surface layer on the conditions from which the area | region except a crystal defect part becomes smooth among the said surfaces of the said surface layer.
前記エッチングする工程では、
塩化水素ガスおよび水素ガスを含む雰囲気下で前記エッチングを行う
請求項1又は2に記載の半導体積層物の製造方法。
In the etching step,
The manufacturing method of the semiconductor laminated body of Claim 1 or 2 which performs the said etching in the atmosphere containing hydrogen chloride gas and hydrogen gas.
前記エッチングする工程での前記基板の温度を、前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程での前記基板の温度よりも低くする
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
The manufacturing method of the semiconductor laminated body of any one of Claims 1-3 which makes the temperature of the said board | substrate in the said process to etch lower than the temperature of the said board | substrate in the process of epitaxially growing the said semiconductor layer.
前記エッチングする工程から前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程まで、前記基板の温度を単調に上昇させる
請求項4に記載の半導体積層物の製造方法。
The manufacturing method of the semiconductor laminated body of Claim 4 which raises the temperature of the said substrate monotonically from the process of etching to the process of epitaxially growing the semiconductor layer.
前記エッチングする工程と前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを、同一の前記処理室内で連続的に行う
請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
6. The method for manufacturing a semiconductor laminate according to claim 1, wherein the step of etching and the step of epitaxially growing the semiconductor layer are performed continuously in the same processing chamber.
前記エッチング工程では、
前記基板の温度を所定の温度に維持した状態で、少なくとも1時間以上、前記エッチングを行う
請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
In the etching step,
The manufacturing method of the semiconductor laminated body of any one of Claims 1-6 which perform the said etching for at least 1 hour or more in the state which maintained the temperature of the said board | substrate at predetermined temperature.
前記エッチング工程では、
前記基板の前記表層の全面を、少なくとも深さ方向に10nm以上エッチングする
請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
In the etching step,
The manufacturing method of the semiconductor laminated body of any one of Claims 1-7 which etches 10 nm or more of the whole surface of the said surface layer of the said board | substrate at least in the depth direction.
前記エッチング工程では、
前記基板の前記表層の表面に、該表層中の転位に対応したエッチピットが出現し、
前記半導体層をエピタキシャル成長させる工程では、
前記表層の表面に出現した前記エッチピットを前記半導体層によって埋め込む
請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
In the etching step,
Etch pits corresponding to dislocations in the surface layer appear on the surface of the surface layer of the substrate,
In the step of epitaxially growing the semiconductor layer,
The method for manufacturing a semiconductor laminate according to claim 1, wherein the etch pits appearing on the surface of the surface layer are filled with the semiconductor layer.
前記基板を用意する工程では、
前記基板収容体内に前記基板を、少なくとも12時間以上収容する
請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
In the step of preparing the substrate,
The method for manufacturing a semiconductor laminate according to claim 1, wherein the substrate is accommodated in the substrate housing body for at least 12 hours.
前記基板を用意する工程では、
ポリプロピレンからなる前記基板収容体内に前記基板を収容する
請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
In the step of preparing the substrate,
The manufacturing method of the semiconductor laminated body of any one of Claims 1-10 which accommodates the said board | substrate in the said board | substrate accommodation body which consists of a polypropylene.
前記付着不純物は、少なくともシロキサンを含む
請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to claim 1, wherein the adhesion impurity includes at least siloxane.
前記基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体は、窒化ガリウムである
請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体積層物の製造方法。
The method for producing a semiconductor laminate according to any one of claims 1 to 12, wherein the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate is gallium nitride.
前記基板の前記表層の表面は、+C面、または+C面に対して2°以内のオフ角を有する面である
請求項13に記載の半導体積層物の製造方法。
The method for producing a semiconductor stacked body according to claim 13, wherein the surface of the surface layer of the substrate is a + C plane or a plane having an off angle of 2 ° or less with respect to the + C plane.
有機系の樹脂材料からなる基板収容体内に収容され、少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板を用意する工程と、
前記基板を前記基板収容体から所定の処理室内に投入し、前記基板の少なくとも前記表層のうちの全面を、所定の厚さ以上に亘って、前記処理室内の気相中でエッチングする工程と、
前記基板上に、III族窒化物半導体からなる半導体層を気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程と、
前記半導体層をスライスし、窒化物半導体自立基板を作製する工程と、
を有し、
前記エッチングする工程では、
前記基板を用意する工程で前記基板収容体を起因として前記基板の前記表面に付着した付着不純物を、前記基板の少なくとも前記表層を構成する前記III族窒化物半導体とともに除去する
窒化物半導体自立基板の製造方法。
A step of preparing a substrate housed in a substrate container made of an organic resin material and having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
Loading the substrate from the substrate container into a predetermined processing chamber, and etching the entire surface of at least the surface layer of the substrate over a predetermined thickness in a gas phase in the processing chamber;
A step of epitaxially growing a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate by vapor phase growth;
Slicing the semiconductor layer to produce a nitride semiconductor free-standing substrate;
Have
In the etching step,
A nitride semiconductor free-standing substrate that removes adhering impurities attached to the surface of the substrate due to the substrate container in the step of preparing the substrate together with the group III nitride semiconductor constituting at least the surface layer of the substrate. Production method.
少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板と、
前記基板上に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
前記基板と前記半導体層との界面には、前記基板中のシリコン濃度または前記半導体層中のシリコン濃度のうちいずれか高い方の10倍以上の濃度にシリコンが集積していない
半導体積層物。
A substrate having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
A semiconductor layer provided on the substrate and made of a group III nitride semiconductor;
Have
A semiconductor laminate in which silicon is not integrated at the interface between the substrate and the semiconductor layer at a concentration of 10 times or more of the silicon concentration in the substrate or the silicon concentration in the semiconductor layer, whichever is higher.
少なくとも表層がIII族窒化物半導体からなる基板と、
前記基板上に設けられ、III族窒化物半導体からなる半導体層と、
を有し、
前記基板と前記半導体層との界面には、前記基板中のシリコン濃度または前記半導体層中のシリコン濃度のうちいずれか高い方の10倍以上の濃度にシリコンが集積していない
半導体装置。
A substrate having at least a surface layer made of a group III nitride semiconductor;
A semiconductor layer provided on the substrate and made of a group III nitride semiconductor;
Have
A semiconductor device in which silicon is not integrated at the interface between the substrate and the semiconductor layer at a concentration of 10 times or more of the silicon concentration in the substrate or the silicon concentration in the semiconductor layer, whichever is higher.
JP2017149347A 2017-08-01 2017-08-01 Manufacturing method of semiconductor laminate, manufacturing method of nitride semiconductor self-supporting substrate, semiconductor laminate and semiconductor device Active JP6983570B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017149347A JP6983570B2 (en) 2017-08-01 2017-08-01 Manufacturing method of semiconductor laminate, manufacturing method of nitride semiconductor self-supporting substrate, semiconductor laminate and semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017149347A JP6983570B2 (en) 2017-08-01 2017-08-01 Manufacturing method of semiconductor laminate, manufacturing method of nitride semiconductor self-supporting substrate, semiconductor laminate and semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019026526A true JP2019026526A (en) 2019-02-21
JP6983570B2 JP6983570B2 (en) 2021-12-17

Family

ID=65475533

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017149347A Active JP6983570B2 (en) 2017-08-01 2017-08-01 Manufacturing method of semiconductor laminate, manufacturing method of nitride semiconductor self-supporting substrate, semiconductor laminate and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6983570B2 (en)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11354514A (en) * 1998-06-09 1999-12-24 Sony Corp Cluster tool device and film formation method
JP2002359198A (en) * 2001-05-30 2002-12-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing compound semiconductor
JP2003031552A (en) * 2001-07-19 2003-01-31 Sharp Corp Method for treating nitride semiconductor and nitride semiconductor as well as nitride semiconductor element
JP2003282455A (en) * 2002-03-26 2003-10-03 Nec Corp Method of cleaning and method of manufacturing semiconductor device
JP2005032823A (en) * 2003-07-08 2005-02-03 Hitachi Cable Ltd Method for manufacturing epitaxial wafer for field-effect transistor
JP2005343713A (en) * 2004-05-31 2005-12-15 Hitachi Cable Ltd Group iii-v nitride-based semiconductor self-standing substrate, its producing method, and group iii-v nitride-based semiconductor
JP2008156189A (en) * 2006-12-26 2008-07-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd Method for producing nitride semiconductor self-standing substrate and nitride semiconductor self-standing substrate
JP2010280562A (en) * 2007-06-25 2010-12-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing group iii nitride crystal, group iii nitride crystal substrate and group iii nitride semiconductor device
WO2012157476A1 (en) * 2011-05-18 2012-11-22 住友電気工業株式会社 Compound semiconductor substrate
WO2014156914A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 日本碍子株式会社 Method for processing group-iii nitride substrate and method for manufacturing epitaxial substrate
JP2016160151A (en) * 2015-03-03 2016-09-05 国立大学法人大阪大学 Manufacturing method of group iii nitride semiconductor crystal substrate

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11354514A (en) * 1998-06-09 1999-12-24 Sony Corp Cluster tool device and film formation method
JP2002359198A (en) * 2001-05-30 2002-12-13 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing compound semiconductor
JP2003031552A (en) * 2001-07-19 2003-01-31 Sharp Corp Method for treating nitride semiconductor and nitride semiconductor as well as nitride semiconductor element
JP2003282455A (en) * 2002-03-26 2003-10-03 Nec Corp Method of cleaning and method of manufacturing semiconductor device
JP2005032823A (en) * 2003-07-08 2005-02-03 Hitachi Cable Ltd Method for manufacturing epitaxial wafer for field-effect transistor
JP2005343713A (en) * 2004-05-31 2005-12-15 Hitachi Cable Ltd Group iii-v nitride-based semiconductor self-standing substrate, its producing method, and group iii-v nitride-based semiconductor
JP2008156189A (en) * 2006-12-26 2008-07-10 Shin Etsu Handotai Co Ltd Method for producing nitride semiconductor self-standing substrate and nitride semiconductor self-standing substrate
JP2010280562A (en) * 2007-06-25 2010-12-16 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing group iii nitride crystal, group iii nitride crystal substrate and group iii nitride semiconductor device
WO2012157476A1 (en) * 2011-05-18 2012-11-22 住友電気工業株式会社 Compound semiconductor substrate
WO2014156914A1 (en) * 2013-03-29 2014-10-02 日本碍子株式会社 Method for processing group-iii nitride substrate and method for manufacturing epitaxial substrate
JP2016160151A (en) * 2015-03-03 2016-09-05 国立大学法人大阪大学 Manufacturing method of group iii nitride semiconductor crystal substrate

Also Published As

Publication number Publication date
JP6983570B2 (en) 2021-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5361107B2 (en) Method for improving the epitaxy quality (surface roughness and defect density) of aluminum nitride, indium, gallium ((Al, In, Ga) N) free-standing substrates for optoelectronic devices and electronics devices
JP5099008B2 (en) Compound semiconductor device using SiC substrate and manufacturing method thereof
US8591652B2 (en) Semi-conductor substrate and method of masking layer for producing a free-standing semi-conductor substrate by means of hydride-gas phase epitaxy
US7951685B2 (en) Method for manufacturing semiconductor epitaxial crystal substrate
US8415180B2 (en) Method for fabricating wafer product and method for fabricating gallium nitride based semiconductor optical device
JP5274245B2 (en) Compound semiconductor structure and manufacturing method thereof
WO2017077806A1 (en) Epitaxial substrate for semiconductor elements, semiconductor element, and production method for epitaxial substrates for semiconductor elements
JP5668339B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
EP2251464B1 (en) Epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method of manufacturing epitaxial substrate for semiconductor device
US20160079370A1 (en) Semiconductor device, semiconductor wafer, and semiconductor device manufacturing method
JP2011023677A (en) Compound semiconductor epitaxial wafer, and method of manufacturing the same
JPH09134878A (en) Manufacture of gallium nitride compound semiconductor
JP2016207748A (en) Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
EP2821532B1 (en) Method for treating a group-iii nitride substrate and method for manufacturing an epitaxial substrate
US10332975B2 (en) Epitaxial substrate for semiconductor device and method for manufacturing same
CN108352327B (en) Epitaxial substrate for semiconductor element, and method for manufacturing epitaxial substrate for semiconductor element
JP2005210084A (en) Epitaxial substrate, semiconductor laminate structure, dislocation reduction method, and substrate for epitaxial formation
JP6760556B2 (en) Manufacturing method of semiconductor substrate
JP6519920B2 (en) Method of manufacturing semiconductor substrate, and method of manufacturing semiconductor device
JP4359770B2 (en) III-V nitride semiconductor substrate and production lot thereof
JP2018101701A (en) Semiconductor substrate and method of manufacturing the same
JP6248359B2 (en) Semiconductor layer surface treatment method
JP6028970B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and etching method
JP6983570B2 (en) Manufacturing method of semiconductor laminate, manufacturing method of nitride semiconductor self-supporting substrate, semiconductor laminate and semiconductor device
JP2005183524A (en) Epitaxial substrate and its manufacturing method, and method of reducing dislocation

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210317

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210511

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210616

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20211116

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211124

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6983570

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350