JP2023039743A - 窒化物半導体基板の製造方法 - Google Patents

窒化物半導体基板の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2023039743A
JP2023039743A JP2021147011A JP2021147011A JP2023039743A JP 2023039743 A JP2023039743 A JP 2023039743A JP 2021147011 A JP2021147011 A JP 2021147011A JP 2021147011 A JP2021147011 A JP 2021147011A JP 2023039743 A JP2023039743 A JP 2023039743A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
substrate
nitride semiconductor
semiconductor substrate
aln
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.)
Pending
Application number
JP2021147011A
Other languages
English (en)
Inventor
和徳 萩本
Kazunori Hagimoto
一平 久保埜
Ippei KUBONO
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.)
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai 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 Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority to JP2021147011A priority Critical patent/JP2023039743A/ja
Priority to KR1020247007419A priority patent/KR20240055746A/ko
Priority to PCT/JP2022/031163 priority patent/WO2023037838A1/ja
Priority to CN202280059910.XA priority patent/CN117916412A/zh
Priority to TW111131433A priority patent/TW202322198A/zh
Publication of JP2023039743A publication Critical patent/JP2023039743A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C30B25/183—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate being provided with a buffer layer, e.g. a lattice matching layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H01L21/2003—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate
    • H01L21/2015—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy characterised by the substrate the substrate being of crystalline semiconductor material, e.g. lattice adaptation, heteroepitaxy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

【課題】高抵抗単結晶シリコン基板上にＡｌＮ層をエピタキシャル成長させ、その上にＧａＮやＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させた場合にＡｌが高抵抗単結晶シリコン基板に拡散するのを防止することができる窒化物半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】成膜用基板上に窒化物半導体が形成された窒化物半導体基板の製造方法であって、（１）単結晶シリコンからなる成膜用基板を窒素雰囲気で熱処理することで、前記成膜用基板上にシリコン窒化膜を形成する工程、（２）前記シリコン窒化膜上にＡｌＮ膜を成長させる工程、及び（３）前記ＡｌＮ膜上にＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、又はその両方を成長させる工程を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。【選択図】図２

Description

本発明は、窒化物半導体基板の製造方法に関する。特に高周波デバイス用の窒化物半導体基板の製造方法に関する。
ＧａＮやＡｌＮをはじめとする窒化物半導体は、２次元電子ガスを用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や高耐圧電子デバイスの作製に用いることができる。
これらの窒化物半導体を基板上に成長させた窒化物ウェーハを製作することは難しく、基板としては、サファイア基板やＳｉＣ基板が用いられている。しかし、大口径化や基板のコストを抑えるために、シリコン基板上への気相成長によるエピタキシャル成長が用いられている。シリコン基板上への気相成長によるエピタキシャル成長膜の作製は、サファイア基板やＳｉＣ基板に比べて大口径の基板が使用できるのでデバイスの生産性が高く、放熱性の点で有利である。
単結晶シリコン基板上にＡｌＮバッファ層を積み、緩衝層を積み、ＧａＮ－ＨＥＭＴ構造エピタキシャル層を積み、パワーデバイス用、ＲＦデバイス用エピタキシャルウェーハとしている。特にＲＦデバイス用エピタキシャルウェーハの単結晶シリコン基板には、高抵抗基板を用いている。高抵抗単結晶シリコン基板上にＡｌＮバッファ層を積み、その上に緩衝層である超格子構造バッファ層（ＳＬｓ）、その上にＨＥＭＴ構造をエピタキシャル成長させている。
ところで高抵抗単結晶シリコン基板に直接ＡｌＮバッファ層を積み、緩衝層、ＨＥＭＴ構造を積んだ場合、ＡｌＮの成長レートが遅く、トータルのエピタキシャル成長時間が長くなり、ＡｌＮバッファ層のＡｌが高抵抗単結晶シリコン基板に拡散し、低抵抗層ができチャネルを形成することがわかっている。このＡｌの拡散を低減する方法として、直近では３Ｃ－ＳｉＣ ｏｎ Ｓｉのエピ成長技術が知られている。つまり、ＡｌＮ／３Ｃ－ＳｉＣ／Ｓｉとして、中間層３Ｃ－ＳｉＣ層を挿入する。３Ｃ－ＳｉＣ層により、より簡便に効率よくＡｌの拡散抑止層を導入する。
また、特許文献１では、シリコン基板と窒化アルミニウム層の間にＳｉＮを備える半導体構造が開示されている。ＳｉＮは、反応前に形成することができる。ＳｉＮは非晶質・単一層結晶構造・多結晶を有する。非晶質の場合、その上に成長するものは、ポリ化して、エピタキシャル成長をしない。また、ＣＶＤプロセスで形成との記載もあるが、ＣＶＤ薄膜（２ｎｍ）を積んでも、多結晶化してしまう。また、単一結晶構造ＳｉＮにするにしても、窒素ソースガスとしてアンモニアガスを使用することが記載されているがアンモニアを使用した場合、エピタキシャルウェーハに曇りが発生してしまう。
特表２００８－５２２４４７
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、単結晶シリコン基板上にＡｌＮ層をエピタキシャル成長させ、その上にＧａＮやＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させた場合にＡｌが単結晶シリコン基板に拡散するのを防止することができる窒化物半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、
成膜用基板上に窒化物半導体が形成された窒化物半導体基板の製造方法であって、
（１）単結晶シリコンからなる成膜用基板を窒素雰囲気で熱処理することで、前記成膜用基板上にシリコン窒化膜を形成する工程、
（２）前記シリコン窒化膜上にＡｌＮ膜を成長させる工程、及び
（３）前記ＡｌＮ膜上にＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、又はその両方を成長させる工程
を含む窒化物半導体基板の製造方法を提供する。
このような製造方法であれば、ＡｌＮ層から単結晶シリコン基板へＡｌが拡散するのを防止することができるとともに曇りの発生のない窒化物半導体基板を製造することができる。
また、前記工程（１）において、前記熱処理はＲＴＡ炉で１１００～１３００℃で１～１２０秒の熱処理を行うことが好ましい。
このような熱処理であれば、比較的容易にシリコン窒化膜を形成することができる。
また、前記シリコン窒化膜が単結晶であることが好ましい。
本発明では、このようなシリコン窒化膜を形成することができる。
また本発明では、成長用基板表面のＡｌ拡散濃度が４ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒化物半導体基板を製造することが好ましい。
このように成長用基板表面へのＡｌ拡散が抑制された窒化物半導体基板は、高周波デバイス作製において特に有用である。
以上のように、本発明であれば、単結晶シリコン基板、特には高抵抗単結晶シリコン基板上にＡｌＮ層をエピタキシャル成長させ、その上にＧａＮやＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させた場合に、Ａｌが単結晶シリコン基板に拡散するのを防止することができるとともに曇りの発生のない窒化物半導体基板の製造方法を提供することができる。
本発明の窒化物半導体基板の製造方法のフローの一例を示す概略図である。 実施例、及び比較例１、２において製造した窒化物半導体基板の写真である。 実施例及び比較例３で製造した窒化物半導体基板のバックサイドＳＩＭＳの測定結果である。 実施例１で製造した窒化物半導体基板の断面写真である。
上述したように高抵抗単結晶シリコン基板上にＡｌＮバッファ層、緩衝層、ＧａＮ－ＨＥＭＴ構造からなる窒化物半導体のエピタキシャル成長を行なった時にＡｌが高抵抗単結晶シリコン基板に拡散するのを防止する窒化物半導体基板の製造方法の開発が望まれていた。
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、単結晶シリコンからなる成膜用基板に窒素雰囲気で熱処理することでシリコン窒化膜を形成する工程、シリコン窒化膜上にＡｌＮ膜を成長させる工程、ＡｌＮ膜上にＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、又はその両方を成長させる工程を含む窒化物半導体基板の製造方法であれば、Ａｌが高抵抗単結晶シリコン基板に拡散するのを防止でき、かつ、曇りの発生のない窒化物半導体基板を製造できることが判り、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、成膜用基板上に窒化物半導体が形成された窒化物半導体基板の製造方法であって、（１）単結晶シリコンからなる成膜用基板を窒素雰囲気で熱処理することで、前記成膜用基板上にシリコン窒化膜を形成する工程、（２）前記シリコン窒化膜上にＡｌＮ膜を成長させる工程、及び（３）前記ＡｌＮ膜上にＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、又はその両方を成長させる工程を含む窒化物半導体基板の製造方法である。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［窒化物半導体基板の製造方法］
本発明の窒化物半導体基板の製造方法は、下記工程（１）～（３）を含む。以下、図１の本発明の窒化物半導体の製造方法のフローを参照しながら、各工程について詳細に説明する。
＜工程（１）＞
工程（１）は、単結晶シリコンからなる成膜用基板を窒素雰囲気で熱処理することで、成膜用基板上にシリコン窒化膜を形成する工程である。
最初に図１（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる成膜用基板（シリコン基板）１を、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）炉に入れ、窒素雰囲気下で例えば１１００～１３００℃で１～１２０秒、好ましくは１１５０～１２５０℃で２～２０秒、特には１２００℃１０秒の熱処理を行い、表面に例えば厚さ０．２～２０ｎｍ、好ましくは１～４ｎｍ、特には２ｎｍ程度のシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）２を形成する。シリコン窒化膜２は、成膜用基板の表面側にだけ形成してもよいが、表面と裏面とを有する成膜用基板１の全体に形成することもできる。
本発明では、特に、窒素雰囲気下でシリコン窒化膜を形成することを特徴とする。ここで窒素雰囲気とは１００％窒素ガス雰囲気、又は、窒素ガスと不活性ガスの混合雰囲気のことを言う。シリコン窒化膜を形成すれば、後述のＡｌＮバッファ層からＡｌが高抵抗単結晶シリコン成長用基板の表面に拡散し、低抵抗層ができるのを防止することができるが、さらに窒素雰囲気下での熱処理で形成すれば、次工程以降で、シリコン窒化膜上に曇りのない窒化物半導体のエピタキシャル層を成長させることができる。窒素雰囲気下ではなくＣＶＤプロセスやアンモニアガス雰囲気下での熱処理によってシリコン窒化膜を形成した場合には、次工程以降で窒化物半導体を成長させる際に、シリコン窒化膜上に多結晶層が形成されたり、成長させたエピタキシャル層に曇りが発生したりする場合がある。
単結晶シリコンからなる成膜用基板としても特に限定はされず、ＣＺ単結晶シリコンであってもＦＺ単結晶シリコンであってもよいし、ドーパントの有無や種類、及び濃度についても特に制限はない。また成膜用基板は高抵抗単結晶シリコン基板であることが好ましい。抵抗率としては特に限定はされないが、下限は例えば１Ωｃｍ以上、好ましくは１０Ωｃｍ以上、より好ましくは１００Ωｃｍ以上であり、上限は例えば３０００Ωｃｍ以下、好ましくは１０００Ωｃｍ以下、より好ましくは５００Ωｃｍ以下である。
＜工程（２）＞
工程（２）は、シリコン窒化膜上にＡｌＮ膜を成長させる工程である。
図１（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜２上にＭＯＶＰＥ法によりＡｌＮ膜（ＡｌＮバッファ層）３を例えば厚さ２０～５００ｎｍ、好ましくは５０～３００ｎｍ、より好ましくは１００～２００ｎｍ、特には１６０ｎｍで成長させる。
＜工程（３）＞
工程（３）は、ＡｌＮ膜上にＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、又はその両方を成長させる工程である。
図１（ｃ）に示すように、例えば、ＡｌＮ層やＧａＮ層からなる多層膜からなる緩衝層４、さらにＧａＮ－ＨＥＭＴ層５からなる窒化物半導体をトータルで０．１～２０μｍ、好ましくは０．５～１０μｍ、より好ましくは１～５μｍ、特には２．７μｍ程度エピタキシャル成長させる。
以上のようにして、シリコン窒化膜によってＡｌＮバッファ層からＡｌが高抵抗単結晶シリコン成長用基板の表面に拡散し低抵抗層ができるのを防止することができ、かつ、ＡｌＮバッファ層上に成長したエピタキシャル層も曇りのない窒化物半導体基板を製造することができる。
また本発明では、成長用基板表面のＡｌ拡散濃度が４ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは３ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは２ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒化物半導体基板を製造することができる。Ａｌ拡散濃度の下限値としては特に限定されないが、例えば、０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、もしくは１ｅ１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることができる。
成長用基板表面のＡｌ拡散濃度の測定方法としては、例えば、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を用いることができる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
直径１５０ｍｍ、面方位（１１１）、抵抗率１００Ωｃｍの単結晶シリコン基板表面に厚さ２ｎｍのＳｉＮ膜（ＲＴＡ炉に入れ、Ｎ２雰囲気１２００℃１０秒で表面をＳｉＮ化）を付け、その上にＡｌＮバッファ層、緩衝層、ＧａＮ－ＨＥＭＴ構造をエピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長後、ウェーハ断面を観察した様子を図４に示す。図４から判るように、シリコン基板とＡｌＮ膜の間にフラットな単一結晶ＳｉＮ層が形成されていることが確認できる。電子線回折の結果、ＡｌＮ層は単結晶であった。
また、図２（ａ）に示すように、エピタキシャル層が鏡面成長しているのが判る。また、図３に単結晶シリコン基板の裏面側からＳｉＮ膜までのＡｌ濃度についてバックサイドＳＩＭＳで調査した結果を示す。図３中、窒素（Ｎ）濃度が急上昇しているところが単結晶シリコン基板とその上のＡｌＮ膜との界面（シリコン窒化膜は厚さが２ｎｍしかない）を表しており、界面直下（グラフ横軸のＳＩＭＳ深さ２．３～２．７μｍの辺り）では後述するＳｉＮ膜のない比較例３に比べてＡｌ濃度が低いことが判る。
（比較例１）
直径１５０ｍｍ、面方位（１１１）、抵抗率１００Ωｃｍの単結晶シリコン基板表面に厚さ２ｎｍのＳｉＮ膜（ＲＴＡ炉に入れ、ＮＨ３＋Ａｒ雰囲気中１１７５℃１０秒で表面をＳｉＮ化）を付けたＳｉ基板上にＡｌＮバッファ層、緩衝層、ＧａＮ－ＨＥＭＴ構造をエピタキシャル成長させた。図２（ｂ）に示すようにエピタキシャル層が曇り成長しているのが判る。
（比較例２）
直径１５０ｍｍ、面方位（１１１）、抵抗率１００Ωｃｍの単結晶シリコン基板表面に厚さ２ｎｍのＳｉＮ膜（ＰＥ－ＣＶＤ炉に入れ、ＳｉＨ４＋ＮＨ３＋Ｎ２雰囲気中３００℃３秒で表面をＳｉＮ化）を付けたＳｉ基板上にＡｌＮバッファ層、緩衝層、ＧａＮ－ＨＥＭＴ構造をエピタキシャル成長させた。図２（ｃ）に示すようにエピタキシャル層が曇り成長しているのが判る。
（比較例３）
Ｓｉ基板表面にＳｉＮ膜を設けることなく、Ｓｉ基板表面上に直接ＡｌＮバッファ層、緩衝層、ＧａＮ－ＨＥＭＴ構造をエピタキシャル成長させた。図３に示すように、比較例３の窒化物半導体基板は実施例と比べてシリコン基板表面のＡｌ濃度が高いのが判る。
以上のように、本発明の窒化物半導体基板の製造方法であれば、単結晶シリコン基板とＡｌＮ膜の間の窒化シリコン膜を窒素雰囲気下の熱処理で形成することによって、Ａｌが高抵抗単結晶シリコン基板に拡散するのを防止することができるとともに曇りの発生のない窒化物半導体基板を製造できることがわかる。一方、窒化シリコン膜を窒素雰囲気以外の条件を用いて形成した比較例１と比較例２ではエピタキシャル層に曇りが発生し、窒化シリコン膜を形成しない比較例３ではＡｌが高抵抗単結晶シリコン基板に拡散するのを防止できない。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…単結晶シリコンからなる成膜用基板、 ２…シリコン窒化膜、 ３…ＡｌＮ膜、
４…緩衝層、 ５…ＧａＮ－ＨＥＭＴ層。

Claims (4)

  1. 成膜用基板上に窒化物半導体が形成された窒化物半導体基板の製造方法であって、
    （１）単結晶シリコンからなる成膜用基板を窒素雰囲気で熱処理することで、前記成膜用基板上にシリコン窒化膜を形成する工程、
    （２）前記シリコン窒化膜上にＡｌＮ膜を成長させる工程、及び
    （３）前記ＡｌＮ膜上にＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜、又はその両方を成長させる工程
    を含むことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
  2. 前記工程（１）において、前記熱処理はＲＴＡ炉で１１００～１３００℃で１～１２０秒の熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
  3. 前記シリコン窒化膜が単結晶であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
  4. 成長用基板表面のＡｌ拡散濃度が４ｅ１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒化物半導体基板を製造することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
JP2021147011A 2021-09-09 2021-09-09 窒化物半導体基板の製造方法 Pending JP2023039743A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021147011A JP2023039743A (ja) 2021-09-09 2021-09-09 窒化物半導体基板の製造方法
KR1020247007419A KR20240055746A (ko) 2021-09-09 2022-08-18 질화물 반도체기판의 제조방법
PCT/JP2022/031163 WO2023037838A1 (ja) 2021-09-09 2022-08-18 窒化物半導体基板の製造方法
CN202280059910.XA CN117916412A (zh) 2021-09-09 2022-08-18 氮化物半导体基板的制造方法
TW111131433A TW202322198A (zh) 2021-09-09 2022-08-22 氮化物半導體基板的製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021147011A JP2023039743A (ja) 2021-09-09 2021-09-09 窒化物半導体基板の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023039743A true JP2023039743A (ja) 2023-03-22

Family

ID=85507530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021147011A Pending JP2023039743A (ja) 2021-09-09 2021-09-09 窒化物半導体基板の製造方法

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2023039743A (ja)
KR (1) KR20240055746A (ja)
CN (1) CN117916412A (ja)
TW (1) TW202322198A (ja)
WO (1) WO2023037838A1 (ja)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6272118A (ja) * 1985-09-25 1987-04-02 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPH0864913A (ja) * 1994-08-26 1996-03-08 Rohm Co Ltd 半導体発光素子およびその製法
AU2739301A (en) * 1999-12-21 2001-07-03 Mattson Thermal Products, Inc. Growth of ultrathin nitride on SI(100) by rapid thermal N2 treatment
US7247889B2 (en) 2004-12-03 2007-07-24 Nitronex Corporation III-nitride material structures including silicon substrates
JP5645770B2 (ja) * 2011-08-03 2014-12-24 コバレントマテリアル株式会社 窒化物半導体基板の製造方法
EP4050132A4 (en) * 2019-10-24 2023-11-22 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND SEMICONDUCTOR SUBSTRATE

Also Published As

Publication number Publication date
TW202322198A (zh) 2023-06-01
CN117916412A (zh) 2024-04-19
WO2023037838A1 (ja) 2023-03-16
KR20240055746A (ko) 2024-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108352306B (zh) 半导体元件用外延基板、半导体元件和半导体元件用外延基板的制造方法
CN109065438B (zh) AlN薄膜的制备方法
US9437688B2 (en) High-quality GaN high-voltage HFETs on silicon
WO2000068474A1 (fr) Plaquette en sic, dispositif a semiconducteur en sic et procede de fabrication de plaquette en sic
JP7290135B2 (ja) 半導体基板の製造方法及びｓｏｉウェーハの製造方法
CN116053120B (zh) 氮化物外延结构及其制备方法和应用
CN116314278A (zh) 高电子迁移率晶体管外延结构及制备方法、hemt器件
JP4468744B2 (ja) 窒化物半導体薄膜の作製方法
CN114899099A (zh) 一种金刚石衬底上生长氮化镓高电子迁移率晶体管的外延方法
US20140038329A1 (en) Epitaxial growth on thin lamina
JP5378128B2 (ja) 電子デバイス用エピタキシャル基板およびｉｉｉ族窒化物電子デバイス用エピタキシャル基板
KR20230056686A (ko) 다이아몬드 방열판을 갖는 헤테로에피택셜 구조
US11183385B2 (en) Method for passivating silicon carbide epitaxial layer
WO2023037838A1 (ja) 窒化物半導体基板の製造方法
JP2004289005A (ja) エピタキシャル基板、半導体素子および高電子移動度トランジスタ
TW202206656A (zh) 氮化物半導體晶圓及氮化物半導體晶圓的製造方法
JP2022131086A (ja) 窒化物半導体基板およびその製造方法
WO2023132191A1 (ja) 窒化物半導体基板及びその製造方法
CN116798856B (zh) SiC基GaN外延结构的制备方法及结构、HBT的制备方法及HBT
JP2002299277A (ja) 薄膜構造体の製造方法
CN112735943A (zh) 硅衬底上生长氮极性ⅲ族氮化物半导体薄膜的制备方法
JP2024042982A (ja) 窒化物半導体層付き単結晶シリコン基板及び窒化物半導体層付き単結晶シリコン基板の製造方法
JP2020070196A (ja) 窒化物半導体層の成長方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230822