JP4461227B1 - Manufacturing method of semiconductor substrate - Google Patents

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Abstract

【課題】III族窒化物半導体の結晶体を成長させる際におけるクラックの発生を低減する。
【解決手段】半導体基板の製造方法は、下地基板の上に金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口と前記金属層を露出しない非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、前記金属層において前記複数の開口により露出された複数の領域を窒化することにより、金属窒化物の複数の第1バッファー層を形成する窒化工程と、前記複数の第1バッファー層の上に、III族窒化物半導体の複数の第2バッファー層を形成する第2バッファー層形成工程と、前記複数の第2バッファー層の上に、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる成長工程とを備え、前記複数の開口のそれぞれは、六角形に沿った形状を有しており、前記マスク形成工程では、前記複数の開口における各開口の最小幅が5μm以上25μm以下となり隣接する前記開口の間における前記非開口部の幅が1.5μm以上8μm以下になるように、前記マスクを形成する。
【選択図】図4
[PROBLEMS] To reduce the occurrence of cracks when growing a crystal of a group III nitride semiconductor.
A semiconductor substrate manufacturing method includes a metal layer forming step of forming a metal layer on a base substrate, a plurality of openings exposing the metal layers, and a non-opening portion not exposing the metal layers. A mask forming step of forming a mask; a nitriding step of forming a plurality of first buffer layers of metal nitride by nitriding a plurality of regions exposed by the plurality of openings in the metal layer; A second buffer layer forming step of forming a plurality of group III nitride semiconductor buffer layers on the first buffer layer; and a group III nitride semiconductor crystal on the plurality of second buffer layers Each of the plurality of openings has a shape along a hexagon, and in the mask formation step, a minimum width of each opening in the plurality of openings is 5 μm. Above 25μm or less and becomes the between adjacent said opening such that the width of the non-opening portion is 1.5μm or more 8μm or less, to form the mask.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate.

LED(Light Emitting Diode)などの電子素子は、窒化ガリウムの結晶体を含む半導体基板の上に形成されることがある。ここで、電子素子の特性を向上するためには、窒化ガリウムの結晶体の結晶性を向上することが必要である。窒化ガリウムの結晶体の結晶性を向上するためには、窒化ガリウムの結晶体を下地基板の上に直接形成せずに、下地基板の上に低温バッファー層を形成した後に、その低温バッファー層の上に窒化ガリウムの結晶体を形成することが一般的である(特許文献1参照)。低温バッファー層は、窒化ガリウムの結晶体を形成するための温度よりも低い温度で、窒化ガリウムを成長させて得られる層である。   An electronic element such as an LED (Light Emitting Diode) may be formed on a semiconductor substrate including a gallium nitride crystal. Here, in order to improve the characteristics of the electronic element, it is necessary to improve the crystallinity of the gallium nitride crystal. In order to improve the crystallinity of a gallium nitride crystal, a gallium nitride crystal is not formed directly on the base substrate, but a low temperature buffer layer is formed on the base substrate, It is common to form a gallium nitride crystal on top (see Patent Document 1). The low-temperature buffer layer is a layer obtained by growing gallium nitride at a temperature lower than the temperature for forming the gallium nitride crystal.

一般的に、下地基板は、サファイアの結晶を含む。この場合、下地基板(サファイア)と低温バッファー層(窒化ガリウム)との間で、格子不整合が大きく、熱膨張係数の差が大きい。これにより、下地基板の上に成長させた低温バッファー層に転位や内部応力が発生するので、その上に成長させた窒化ガリウムの結晶体の結晶性が向上しない可能性がある。   In general, the base substrate includes a sapphire crystal. In this case, the lattice mismatch is large between the base substrate (sapphire) and the low-temperature buffer layer (gallium nitride), and the difference in thermal expansion coefficient is large. As a result, dislocations and internal stress are generated in the low-temperature buffer layer grown on the base substrate, so that there is a possibility that the crystallinity of the gallium nitride crystal grown thereon is not improved.

近年では、下地基板(サファイア)と低温バッファー層(窒化ガリウム)との間の格子不整合に起因して発生する欠陥の密度を低減する方法として、ELO(非特許文献1参照)や、FIELO(非特許文献2参照)、ペンデオエピタキシー(非特許文献3参照)といった成長技術が開発されているが、低温バッファー層の上に成長させた窒化ガリウムの結晶体の結晶性を十分に向上させるまでには至っていない。   In recent years, as a method for reducing the density of defects generated due to lattice mismatch between a base substrate (sapphire) and a low-temperature buffer layer (gallium nitride), ELO (see Non-Patent Document 1) or FIELO ( Non-patent document 2) and pendeo epitaxy (see non-patent document 3) have been developed. However, until the crystallinity of the gallium nitride crystal grown on the low-temperature buffer layer is sufficiently improved. It has not reached.

下地基板(サファイア)と低温バッファー層(窒化ガリウム)との間の格子不整合や熱膨張係数の差を緩和する技術が望まれる。   A technique for mitigating lattice mismatch and thermal expansion coefficient difference between the base substrate (sapphire) and the low-temperature buffer layer (gallium nitride) is desired.

それに対して、下地基板の上にクロム層を形成して、そのクロム層を窒化してクロム窒化物のバッファー層とする技術が本発明者によって提案された(特許文献2参照)。特許文献2の技術では、下地基板/クロム窒化物のバッファー層/初期成長層/GaN単結晶層の構造を形成する。この構造において、クロム窒化物のバッファー層の格子間隔は、下地基板(サファイア)の格子間隔と初期成長層(窒化ガリウム)の格子間隔との間の値を有する。クロム窒化物のバッファー層の熱膨張係数は、下地基板(サファイア)の熱膨張係数と初期成長層(窒化ガリウム)の熱膨張係数との間の値を有する。   On the other hand, the inventor has proposed a technique in which a chromium layer is formed on a base substrate and the chromium layer is nitrided to form a chromium nitride buffer layer (see Patent Document 2). In the technique of Patent Document 2, the structure of the base substrate / chromium nitride buffer layer / initial growth layer / GaN single crystal layer is formed. In this structure, the lattice spacing of the chromium nitride buffer layer has a value between the lattice spacing of the base substrate (sapphire) and the lattice spacing of the initial growth layer (gallium nitride). The thermal expansion coefficient of the chromium nitride buffer layer has a value between the thermal expansion coefficient of the base substrate (sapphire) and the thermal expansion coefficient of the initial growth layer (gallium nitride).

特開昭63−188983号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-188983 国際公開第WO2006/126330号パンフレットInternational Publication No. WO2006 / 126330 Pamphlet

Appl.Phys.Lett.71(18)2638(1997)Appl. Phys. Lett. 71 (18) 2638 (1997) Jpn.J.Appl.Phys.38,L184(1999)Jpn. J. et al. Appl. Phys. 38, L184 (1999) MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.4S1,G3.38(1999)MRS Internet J.M. Nitride Semicond. Res. 4S1, G3.38 (1999)

特許文献2には、クロム窒化物のバッファー層の熱膨張係数が下地基板(サファイア)の熱膨張係数とGaN単結晶層(窒化ガリウム)の熱膨張係数との間の値を有するので、GaN単結晶層の成長を行った後の降温時に下地基板とGaN単結晶層との熱膨張係数差に起因したクラックの発生を低減できるとされている。   In Patent Document 2, the thermal expansion coefficient of the chromium nitride buffer layer has a value between the thermal expansion coefficient of the base substrate (sapphire) and the thermal expansion coefficient of the GaN single crystal layer (gallium nitride). It is said that the occurrence of cracks due to the difference in thermal expansion coefficient between the base substrate and the GaN single crystal layer can be reduced when the temperature is lowered after the crystal layer is grown.

ここで、GaN単結晶層を成長させる際におけるクラックの発生をさらに低減できれば、GaN単結晶層に含まれるクラックをさらに低減できると考えられる。GaN単結晶層に含まれるクラックが非常に少なくなれば、GaN単結晶層を含む半導体基板の上に電子素子を形成した場合におけるクラックを介したリーク電流を低減できる。   Here, if the generation of cracks during the growth of the GaN single crystal layer can be further reduced, it is considered that the cracks contained in the GaN single crystal layer can be further reduced. If the number of cracks contained in the GaN single crystal layer is very small, the leakage current through the cracks when an electronic element is formed on a semiconductor substrate including the GaN single crystal layer can be reduced.

特許文献2には、複数の開口を含むマスクを用いることについて開示がなく、さらに、複数の開口のそれぞれをどのような形状及び寸法で形成すればGaN単結晶層を成長させる際におけるクラックの発生を低減できるのかについての開示がない。GaN単結晶層を成長させる際におけるクラックの発生をさらに低減するための方法が望まれる。   Patent Document 2 does not disclose the use of a mask including a plurality of openings, and furthermore, in what shape and dimensions each of the plurality of openings is formed, cracks are generated when the GaN single crystal layer is grown. There is no disclosure about whether or not A method for further reducing the generation of cracks when growing a GaN single crystal layer is desired.

本発明の目的は、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる際におけるクラックの発生を低減することにある。   An object of the present invention is to reduce the occurrence of cracks when growing a crystal of a group III nitride semiconductor.

本発明の第1側面に係る半導体基板の製造方法は、下地基板の上に金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口と前記金属層を露出しない非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、前記金属層において前記複数の開口により露出された複数の領域を窒化することにより、金属窒化物の複数の第1バッファー層を形成する窒化工程と、前記複数の第1バッファー層の上に、III族窒化物半導体の複数の第2バッファー層を形成する第2バッファー層形成工程と、前記複数の第2バッファー層の上に、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる成長工程とを備え、前記複数の開口のそれぞれは、六角形に沿った形状を有しており、前記マスク形成工程では、前記複数の開口における各開口の最小幅が5μm以上25μm以下となり隣接する前記開口の間における前記非開口部の幅が1.5μm以上8μm以下になるように、前記マスクを形成し、前記第2バッファー層形成工程では、850℃以上950℃以下の第1の温度で前記複数の第2バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第1の温度より高い第2の温度で前記結晶体を成長させる第1の成長工程と前記第2の温度より高い第3の温度で前記結晶体を成長させる第2の成長工程とを含む、又は、前記第1の温度より高い第2の温度で前記結晶体を成長させる第1の成長工程と前記第1の温度と前記第2の温度との間の第4の温度で前記結晶体を成長させる第3の成長工程とを含むことを特徴とする。
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to the first aspect of the present invention includes a metal layer forming step of forming a metal layer on a base substrate, a plurality of openings exposing the metal layers, and a non-opening not exposing the metal layers. A mask forming step of forming a mask including a portion, and a nitriding step of forming a plurality of first buffer layers of metal nitride by nitriding a plurality of regions exposed by the plurality of openings in the metal layer, A second buffer layer forming step of forming a plurality of second buffer layers of a group III nitride semiconductor on the plurality of first buffer layers; and a group III nitride on the plurality of second buffer layers. Each of the plurality of openings has a shape along a hexagon, and in the mask formation step, a maximum of each of the openings in the plurality of openings is formed. Wherein as the width of the non-opening portion is 1.5μm or more 8μm or less between the opening width adjacent becomes 5μm or 25μm or less, to form the mask, wherein in the second buffer layer forming step, 850 ° C. or higher The plurality of second buffer layers are formed at a first temperature of 950 ° C. or lower, and the growth step includes a first growth step of growing the crystal body at a second temperature higher than the first temperature, A second growth step of growing the crystal body at a third temperature higher than the second temperature, or growing the crystal body at a second temperature higher than the first temperature. And a third growth step of growing the crystal body at a fourth temperature between the first temperature and the second temperature .

本発明の第2側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第1側面に係る半導体基板の製造方法であって、前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記結晶体の〔10−10〕方向に沿うべき方向、〔01−10〕方向に沿うべき方向及び〔−1100〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びていることを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor substrate according to a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the first aspect of the present invention, wherein the base substrate is a hexagonal crystal or pseudo-hexagonal crystal. Each side of the hexagon has a structure, the direction to be along the [10-10] direction of the crystal in the base substrate, the direction to be along the [01-10] direction, and the [-1100] direction. It extends along one of the directions that should be along.

本発明の第3側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第1側面又は第2側面に係る半導体基板の製造方法であって、前記マスク形成工程は、前記金属層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、前記マスク層に前記複数の開口を形成することにより、前記マスクを形成する開口形成工程とを含むことを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor substrate according to a third aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the first aspect or the second aspect of the present invention, wherein the mask forming step includes a mask layer on the metal layer. A mask layer forming step for forming the mask, and an opening forming step for forming the mask by forming the plurality of openings in the mask layer.

本発明の第側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第1側面から第側面のいずれかに係る半導体基板の製造方法であって、前記マスクを除去するマスク除去工程と、前記第1バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記結晶体を前記下地基板から分離する分離工程とをさらに備えたことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor substrate according to a fourth aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of the first to third aspects of the present invention, comprising: a mask removing step for removing the mask; And a separation step of separating the crystal body from the base substrate by selectively etching the first buffer layer.

本発明の第側面に係る半導体基板の製造方法は、下地基板の上に第1バッファー層を形成する第1バッファー層形成工程と、前記第1バッファー層をそれぞれ露出する複数の開口と前記第1バッファー層を露出しない非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、前記第1バッファー層の表面において前記複数の開口により露出された複数の領域に、III族窒化物半導体の複数の第2バッファー層を形成する第2バッファー層形成工程と、前記複数の第2バッファー層の上に、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる成長工程とを備え、前記複数の開口のそれぞれは、六角形に沿った形状を有しており、前記マスク形成工程では、前記複数の開口における各開口の最小幅が5μm以上25μm以下となり隣接する前記開口の間における前記非開口部の幅が1.5μm以上8μm以下になるように、前記マスクを形成し、前記第2バッファー層形成工程では、850℃以上950℃以下の第1の温度で前記複数の第2バッファー層を形成し、前記成長工程は、前記第1の温度より高い第2の温度で前記結晶体を成長させる第1の成長工程と前記第2の温度より高い第3の温度で前記結晶体を成長させる第2の成長工程とを含む、又は、前記第1の温度より高い第2の温度で前記結晶体を成長させる第1の成長工程と前記第1の温度と前記第2の温度との間の第4の温度で前記結晶体を成長させる第3の成長工程とを含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor substrate according to a fifth aspect of the present invention includes a first buffer layer forming step of forming a first buffer layer on a base substrate, a plurality of openings exposing the first buffer layer, and the first buffer layer. A mask forming step of forming a mask including a non-opening that does not expose one buffer layer; and a plurality of regions of the group III nitride semiconductor in a plurality of regions exposed by the plurality of openings on the surface of the first buffer layer. A second buffer layer forming step of forming a second buffer layer; and a growth step of growing a group III nitride semiconductor crystal on the plurality of second buffer layers, each of the plurality of openings being And having a shape along a hexagon, and in the mask forming step, the minimum width of each of the plurality of openings is 5 μm or more and 25 μm or less, and the adjacent openings are The mask is formed so that the width of the non-opening portion is 1.5 μm or more and 8 μm or less in the second buffer layer forming step, and in the second buffer layer forming step, the plurality of the second openings are performed at a first temperature of 850 ° C. or more and 950 ° C. or less. Two buffer layers are formed, and the growth step includes a first growth step of growing the crystal body at a second temperature higher than the first temperature, and a third temperature higher than the second temperature. A first growth step for growing the crystal body at a second temperature higher than the first temperature, the first temperature, and the second temperature. And a third growth step of growing the crystal body at a fourth temperature between .

本発明の第側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第側面に係る半導体基板の製造方法であって、前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記結晶体の〔10−10〕方向に沿うべき方向、〔01−10〕方向に沿うべき方向及び〔−1100〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びていることを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor substrate according to a sixth aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the fifth aspect of the present invention, wherein the base substrate is a hexagonal crystal or pseudo-hexagonal crystal. Each side of the hexagon has a structure, a direction along the [10-10] direction of the crystal in the base substrate, a direction along the [01-10] direction, and a [-1100] direction. It extends along one of the directions to be along.

本発明の第側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第側面又は第側面に係る半導体基板の製造方法であって、前記第1バッファー層は、金属窒化物を含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor substrate according to a seventh aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate according to the fifth aspect or the sixth aspect of the present invention, wherein the first buffer layer includes a metal nitride. Features.

本発明の第側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第側面から第側面のいずれかに係る半導体基板の製造方法であって、前記マスク形成工程は、前記第1バッファー層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、前記マスク層に前記複数の開口を形成することにより、前記マスクを形成する開口形成工程とを含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor substrate according to an eighth aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate according to any of the fifth to seventh aspects of the present invention, wherein the mask forming step includes the first buffer layer. A mask layer forming step for forming a mask layer on the mask layer; and an opening forming step for forming the mask by forming the plurality of openings in the mask layer.

本発明の第側面に係る半導体基板の製造方法は、本発明の第側面から第側面のいずれかに係る半導体基板の製造方法であって、前記マスクを除去するマスク除去工程と、前記第1バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記結晶体を前記下地基板から分離する分離工程とをさらに備えたことを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor substrate according to a ninth aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of the fifth aspect to the eighth aspect of the present invention, the mask removing step for removing the mask, And a separation step of separating the crystal body from the base substrate by selectively etching the first buffer layer.

本発明によれば、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。   According to the present invention, it is possible to reduce the occurrence of cracks when growing a crystal of a group III nitride semiconductor.

本発明の第1実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of the group III nitride semiconductor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of the group III nitride semiconductor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図2(b)に示す工程により得られた構造体の平面図。The top view of the structure obtained by the process shown in FIG.2 (b). 本発明の第1実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of the group III nitride semiconductor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を示す工程断面図。Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of the group III nitride semiconductor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 各開口の開口幅W[μm]、開口の配列ピッチP[μm]、及び隣接する開口の間における非開口部の幅G[μm]の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the opening width W [micrometer] of each opening, the arrangement pitch P [micrometer] of opening, and the width G [micrometer] of the non-opening part between adjacent openings. W−G平面における好ましい領域を示す図。The figure which shows the preferable area | region in a WG plane. P−G平面における好ましい領域を示す図。The figure which shows the preferable area | region in a PG plane. 非開口部の幅Gとマージ率との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the width | variety G of a non-opening part, and a merge rate. 図1〜図5の工程を行って得られた試料のXRD分析結果を示す図。The figure which shows the XRD analysis result of the sample obtained by performing the process of FIGS. (W,G)=(18,2)の条件で得られた結晶体の写真。A photograph of a crystal obtained under the condition of (W, G) = (18, 2). (W,G)=(28,2)の条件で得られた結晶体の写真。A photograph of a crystal obtained under the condition of (W, G) = (28, 2). (W,G)=(48,2)の条件で得られた結晶体の写真。A photograph of a crystal obtained under the condition of (W, G) = (48, 2). 本発明の第2実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を示す工程断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of the group III nitride semiconductor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を示す工程断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of the group III nitride semiconductor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を示す工程断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor substrate of the group III nitride semiconductor which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

本明細書において、「膜」は、連続した膜でもよいし、不連続な膜でもよいものとする。「膜」は、厚さを持って形成されている状態を表す。   In this specification, the “film” may be a continuous film or a discontinuous film. The “film” represents a state where the film is formed with a thickness.

本発明は、LED(Light Emitting Diode)などの半導体基板に適用可能な結晶体を選択的に成長させるための方法に関する。   The present invention relates to a method for selectively growing a crystal body applicable to a semiconductor substrate such as an LED (Light Emitting Diode).

本発明の第1実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を、図1〜図5を用いて説明する。図1、図2、図4及び図5は、半導体基板の製造方法を示す工程断面図である。図3は、図2(b)に示す工程により得られた構造体の平面図である。なお、図1、図2、図4及び図5は、図3のA−A’に沿った断面に対応している。以下では、III族窒化物半導体の一例として、窒化ガリウムを中心に説明するが、他のIII族窒化物半導体に関しても同様である。   A method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 4 and 5 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate. FIG. 3 is a plan view of the structure obtained by the process shown in FIG. 1, 2, 4, and 5 correspond to a cross section along A-A ′ in FIG. 3. Hereinafter, gallium nitride will be mainly described as an example of a group III nitride semiconductor, but the same applies to other group III nitride semiconductors.

図1(a)に示す工程では、下地基板10を準備する。下地基板10は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有している。下地基板10の上面10aは、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造における(0001)面になっている。下地基板10の材料は、例えば、Al(サファイア)、GaN(窒化ガリウム)、又はAlN(窒化アルミニウム)である。 In the step shown in FIG. 1A, a base substrate 10 is prepared. The base substrate 10 has a crystal structure of either hexagonal system or pseudo-hexagonal system. The upper surface 10a of the base substrate 10 has a (0001) plane in either a hexagonal system or a pseudo-hexagonal crystal structure. The material of the base substrate 10 is, for example, Al 2 O 3 (sapphire), GaN (gallium nitride), or AlN (aluminum nitride).

図1(b)に示す工程では、スパッタ法などにより、下地基板10の上にクロム層(金属層)20を成膜する。成膜されるクロム層20の厚さは、例えば、20nmである。   In the step shown in FIG. 1B, a chromium layer (metal layer) 20 is formed on the base substrate 10 by sputtering or the like. The thickness of the chromium layer 20 to be formed is 20 nm, for example.

ここで、クロム層20を成膜するのは、その後に窒化して形成するクロム窒化物の原子間距離が窒化ガリウムに近く、窒化ガリウムとの格子不整合が小さいためである。   Here, the chromium layer 20 is formed because the atomic distance of chromium nitride formed by nitriding after that is close to that of gallium nitride, and the lattice mismatch with gallium nitride is small.

図2(a)に示す工程では、クロム層20の上にマスク層40iを成膜する。成膜されるマスク層40iの厚さは、例えば、100nmである。マスク層40iの材料は、例えば、酸化シリコン及び窒化シリコンのいずれかである。   In the step shown in FIG. 2A, a mask layer 40 i is formed on the chromium layer 20. The thickness of the mask layer 40i to be formed is 100 nm, for example. The material of the mask layer 40i is, for example, either silicon oxide or silicon nitride.

ここで、図1(a)〜図2(a)の工程は、同じチャンバ内で連続的に行うことが好ましい。この場合、各層の界面に自然酸化膜が形成されることを低減できる。   Here, the steps of FIGS. 1A to 2A are preferably performed continuously in the same chamber. In this case, the formation of a natural oxide film at the interface of each layer can be reduced.

図2(b)に示す工程では、リソグラフィ法などにより、マスク層40iに複数の開口40a1〜40anを形成することにより、マスク40を形成する。   In the step shown in FIG. 2B, the mask 40 is formed by forming a plurality of openings 40a1 to 40an in the mask layer 40i by lithography or the like.

形成されたマスク40は、図3に示すように、開口配列40a及び非開口部40kを含む。開口配列40aでは、複数の開口40a1,・・・,40anが2次元状に配列されている。各開口40a1,・・・,40anは、クロム層20を露出する。各開口40a1,・・・,40anは、六角形に沿った形状を有している。この六角形の各辺は、下地基板10における後述の結晶体60の〔10−10〕方向に沿うべき方向、〔01−10〕方向に沿うべき方向及び〔−1100〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている。非開口部40kは、クロム層20を露出しない。非開口部40kは、複数の開口40a1,・・・,40anの間をハニカム状に延びている。   The formed mask 40 includes an opening array 40a and a non-opening 40k as shown in FIG. In the opening array 40a, a plurality of openings 40a1,..., 40an are two-dimensionally arranged. Each opening 40a1,..., 40an exposes the chromium layer 20. Each of the openings 40a1, ..., 40an has a shape along a hexagon. Each side of the hexagon is in a direction along the [10-10] direction, a direction along the [01-10] direction, and a direction along the [-1100] direction of a crystal body 60 to be described later on the base substrate 10. It extends along either. The non-opening 40k does not expose the chromium layer 20. The non-opening 40k extends in a honeycomb shape between the plurality of openings 40a1, ..., 40an.

なお、上記の六角形に沿った形状は、六角形の形状に加えて、六角形の基本的な形状を保ちながらその角に丸みを持たせた形状も含む。また、上記の六角形の各辺は、例えば、下地基板10の材料がAl2O3(サファイア)である場合、下地基板10の〔11−20〕方向、〔1−210〕方向及び〔−2110〕方向のいずれかに沿って延びている。六角形の各辺は、例えば、下地基板10の材料がGaN(窒化ガリウム)又はAlN(窒化アルミニウム)である場合、下地基板10の〔10−10〕方向、〔01−10〕方向及び〔−1100〕方向のいずれかに沿って延びている。この様に、下地基板10とその上に成長されるべき結晶体60との間には方位関係が存在するので、それに従って六角形のマスク方位を定めれば良い。   In addition to the hexagonal shape, the shape along the above hexagonal shape includes a shape having rounded corners while maintaining the basic shape of the hexagon. In addition, each side of the above hexagon is, for example, when the material of the base substrate 10 is Al2O3 (sapphire), the [11-20] direction, the [1-210] direction, and the [-2110] direction of the base substrate 10. Extending along one of the For example, when the material of the base substrate 10 is GaN (gallium nitride) or AlN (aluminum nitride), each side of the hexagon has a [10-10] direction, a [01-10] direction, and a [- 1100] direction. In this way, since there is an orientation relationship between the base substrate 10 and the crystal body 60 to be grown thereon, a hexagonal mask orientation may be determined accordingly.

ここで、複数の開口40a1〜40anにおける各開口の最小幅をW[μm]とし、隣接する開口の間における非開口部40kの幅をG[μm]としたときに(図6参照)、W−G平面(図7参照)における
5≦W≦25・・・数式1
1.5≦G≦8・・・数式2
を満たすように、マスク40を形成する。数式1及び数式2を満たす領域は、図7に斜線で示す領域PRである。
Here, when the minimum width of each opening in the plurality of openings 40a1 to 40an is W [μm] and the width of the non-opening portion 40k between adjacent openings is G [μm] (see FIG. 6), W -G plane (see FIG. 7) 5 ≦ W ≦ 25 Formula 1
1.5 ≦ G ≦ 8 Equation 2
A mask 40 is formed so as to satisfy the above. A region satisfying Equations 1 and 2 is a region PR indicated by hatching in FIG.

図7に示す領域PRの左側の領域(0≦W<5)では、開口により露出された領域の幅が小さくなるので、後述の図2(c)に示す工程で窒化ガスをクロム層20に十分接触させることが困難になり、第1バッファー層を形成することが困難になる。図7に示す領域PRの右側の領域(W>25)では、開口により露出された領域の幅が大きくなるので、複数の第1バッファー層及びその上に形成する複数の第2のバッファー層を介して内部応力が後述の結晶体内で伝播することを低減できなくなり、第2のバッファー層の上に成長させる結晶体にクラックが発生する可能性がある。図7に示す領域PRの下側の領域(0≦G<1.5)では、マスク層40iをパターニングする露光装置の解像限界が約1μmであることに応じて、プロセスばらつきの影響を受けて隣接する開口がつながる可能性がある。図7に示す領域PRの上側の領域(G>8)では、隣接する開口の間における非開口部の幅G[μm](図6参照)が大きくなるので、隣接する開口から成長した窒化ガリウムが隣接する開口の間でマージしにくくなり、結晶体が得られない可能性がある。   In the region on the left side of the region PR shown in FIG. 7 (0 ≦ W <5), the width of the region exposed by the opening is reduced, so that the nitriding gas is applied to the chromium layer 20 in the step shown in FIG. It becomes difficult to make sufficient contact, and it becomes difficult to form the first buffer layer. In the region on the right side of the region PR shown in FIG. 7 (W> 25), the width of the region exposed by the opening is increased. Therefore, a plurality of first buffer layers and a plurality of second buffer layers formed thereon are provided. Accordingly, it is impossible to reduce the propagation of internal stress in the crystal body described later, and there is a possibility that a crack is generated in the crystal grown on the second buffer layer. In the region below the region PR shown in FIG. 7 (0 ≦ G <1.5), the exposure limit of the exposure apparatus for patterning the mask layer 40i is about 1 μm, and is affected by process variations. Adjacent openings may be connected. In the region (G> 8) above the region PR shown in FIG. 7, the width G [μm] (see FIG. 6) of the non-opening between the adjacent openings becomes large, so that the gallium nitride grown from the adjacent openings May be difficult to merge between adjacent openings, and a crystal may not be obtained.

図2(c)に示す工程では、クロム層20において複数の開口40a1〜40anにより露出された複数の領域20a1〜20anを、1000℃以上1300℃以下の温度で窒化することにより、クロム窒化物(金属窒化物)の複数の第1バッファー層30a1〜30anを形成する。すなわち、下地基板10を1000℃以上1300℃の温度に加熱するとともに、クロム層20の表面をアンモニアガス雰囲気にする。これにより、クロム層20における複数の領域20a1〜20anが窒化して複数の第1バッファー層30a1〜30anになる。   In the step shown in FIG. 2 (c), a plurality of regions 20a1 to 20an exposed by the plurality of openings 40a1 to 40an in the chromium layer 20 are nitrided at a temperature of 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, thereby forming chromium nitride ( A plurality of first buffer layers 30a1 to 30an of (metal nitride) are formed. That is, the base substrate 10 is heated to a temperature of 1000 ° C. or more and 1300 ° C., and the surface of the chromium layer 20 is made an ammonia gas atmosphere. Accordingly, the plurality of regions 20a1 to 20an in the chromium layer 20 are nitrided to become the plurality of first buffer layers 30a1 to 30an.

ここで、複数の第1バッファー層30a1〜30anは、第1バッファー層と結晶方位の異なるクロム層20により互いに隔てられている。これにより、各開口の幅Wが数式1を満たしていれば、複数の第1バッファー層を介して内部応力が後述の結晶体内を伝播することを低減できる。   Here, the plurality of first buffer layers 30a1 to 30an are separated from each other by a chromium layer 20 having a crystal orientation different from that of the first buffer layer. As a result, if the width W of each opening satisfies Equation 1, it is possible to reduce the propagation of internal stress through the plurality of first buffer layers, which will be described later.

また、クロムの結晶構造が立方晶系であるのに対して、クロム窒化物の結晶構造が六方晶系である。クロム層20を窒化した際に、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するためには、一定以上のエネルギーが必要であると考えられる。   In addition, the crystal structure of chromium nitride is a hexagonal system while the crystal structure of chromium nitride is a cubic system. When the chromium layer 20 is nitrided, it is considered that a certain amount of energy is required in order for the chromium crystal lattice to rearrange into the chromium nitride crystal lattice.

仮に、クロム層20の窒化温度が1000℃未満であると、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するために十分なエネルギーがクロム層20に与えられないので、窒化されて形成される第1バッファー層30の結晶性が悪くなる。   If the nitridation temperature of the chromium layer 20 is less than 1000 ° C., sufficient energy is not given to the chromium layer 20 to rearrange the chromium crystal lattice into the chromium nitride crystal lattice, so that the chromium layer 20 is nitrided. The crystallinity of the formed first buffer layer 30 is deteriorated.

それに対して、本実施形態では、クロム層20の窒化温度が1000℃以上であるので、クロムの結晶格子がクロム窒化物の結晶格子へと再配列するために十分なエネルギーがクロム層20に与えられる。これにより、クロム層20が窒化されて形成されるクロム窒化物の第1バッファー層30の結晶性が向上する。   On the other hand, in this embodiment, since the nitriding temperature of the chromium layer 20 is 1000 ° C. or higher, sufficient energy is given to the chromium layer 20 to rearrange the chromium crystal lattice into the chromium nitride crystal lattice. It is done. Thereby, the crystallinity of the first buffer layer 30 of chromium nitride formed by nitriding the chromium layer 20 is improved.

だだし、過度な高温で窒化することは、熱負荷増大による装置の部材劣化の問題が生じるとともに、形成された第1バッファー層と下地基板との相互熱拡散などの問題が生じる。このため、窒化温度は1300℃以下が好ましい。   However, nitriding at an excessively high temperature causes problems such as deterioration of members of the apparatus due to an increase in thermal load, and problems such as mutual thermal diffusion between the formed first buffer layer and the underlying substrate. For this reason, the nitriding temperature is preferably 1300 ° C. or lower.

また、第1バッファー層30の材料であるクロム窒化物は、下地基板(サファイア)と窒化ガリウムとの間の原子間距離を有するので、下地基板との格子不整合が小さい。この点からも、第1バッファー層30の結晶性が向上する。   In addition, chromium nitride, which is a material of the first buffer layer 30, has an interatomic distance between the base substrate (sapphire) and gallium nitride, and therefore has a small lattice mismatch with the base substrate. Also from this point, the crystallinity of the first buffer layer 30 is improved.

図4(a)に示す工程では、複数の開口40a1〜40anにより露出された複数の第1バッファー層30a1〜30anから、窒化ガリウムの複数の第2バッファー層50a1〜50anを成長させる。   In the step shown in FIG. 4A, a plurality of second buffer layers 50a1 to 50an of gallium nitride are grown from the plurality of first buffer layers 30a1 to 30an exposed by the plurality of openings 40a1 to 40an.

ここで、複数の第2バッファー層50a1〜50anは、第2バッファー層と結晶方位の異なるマスク40における非開口部40kにより互いに隔てられている。例えば、第2バッファー層50aにおける複数の第2バッファー領域50a1〜50anは、第2バッファー領域と結晶方位の異なるマスク40における非開口部40kにより互いに隔てられている。これにより、複数の第2バッファー層を介して内部応力が後述の結晶体内を伝播することを低減できる。   Here, the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an are separated from each other by the non-opening portion 40k in the mask 40 having a crystal orientation different from that of the second buffer layer. For example, the plurality of second buffer regions 50a1 to 50an in the second buffer layer 50a are separated from each other by the non-opening portion 40k in the mask 40 having a crystal orientation different from that of the second buffer region. Thereby, it can reduce that an internal stress propagates in the below-mentioned crystal body via a some 2nd buffer layer.

また、複数の第2バッファー層50a1〜50anは、それぞれ、例えば、GaNの単結晶体、多結晶体又はアモルファス体で構成されうる。複数の第2バッファー層50a1〜50anの厚さは、それぞれ、数十Å〜数十μmであることが好ましい。複数の第2バッファー層50a1〜50anの成長温度は、それぞれ、850℃以上950℃以下の第1の温度であることが好ましい。   The plurality of second buffer layers 50a1 to 50an can be composed of, for example, a single crystal body, a polycrystalline body, or an amorphous body of GaN. The thicknesses of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an are preferably several tens to several tens of micrometers, respectively. The growth temperatures of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an are preferably first temperatures of 850 ° C. or more and 950 ° C. or less, respectively.

第2バッファー層50a1〜50anの成長温度が850℃より低いと、エピタキシャル状の成長が困難になり、下地基板に対する適切な面方位と異なった面方位が生じやすい。第2バッファー層50a1〜50anは、六方晶系の結晶構造を有しており、その{1−100}面群が下地基板の{11−20}面群に沿って延びていることが適切である。仮に、第2バッファー層50a1〜50anにおけるその{1−100}面群が異なる方位に延びている部分が存在すると、その部分と適切な面方位を有する部分との間で格子ひずみに起因した内部応力が発生するので、各第2バッファー層50a1〜50an内にクラックの発生する可能性がある。第2バッファー層50a1〜50anの成長温度が950℃より高いと、第2バッファー層50a1〜50anの成長が起こりにくくなる。   If the growth temperature of the second buffer layers 50a1 to 50an is lower than 850 ° C., epitaxial growth becomes difficult, and a plane orientation different from an appropriate plane orientation with respect to the base substrate tends to occur. The second buffer layers 50a1 to 50an have a hexagonal crystal structure, and it is appropriate that the {1-100} plane group extends along the {11-20} plane group of the base substrate. is there. If there is a portion where the {1-100} plane group in the second buffer layers 50a1 to 50an extends in different orientations, the interior caused by lattice distortion between the portion and a portion having an appropriate plane orientation. Since stress is generated, there is a possibility that cracks may occur in each of the second buffer layers 50a1 to 50an. If the growth temperature of the second buffer layers 50a1 to 50an is higher than 950 ° C., the growth of the second buffer layers 50a1 to 50an is difficult to occur.

図4(b)に示す工程では、HVPE法やMOCVD法などにより、複数の第2バッファー層50a1〜50anの上に、窒化ガリウムの結晶体60を成長させる。すなわち、各開口の複数の開口における隣接する開口の間における非開口部の幅Gが数式2を満たしていれば、各第2バッファー層における複数の第2バッファー領域の表面から成長した窒化ガリウムが隣接する開口の間の上で互いにマージすることにより、結晶体60が成長する。   In the step shown in FIG. 4B, a gallium nitride crystal body 60 is grown on the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an by HVPE or MOCVD. That is, if the width G of the non-opening portion between adjacent openings in the plurality of openings of each opening satisfies Equation 2, gallium nitride grown from the surfaces of the plurality of second buffer regions in each second buffer layer Crystals 60 grow by merging with each other between adjacent openings.

ここで、結晶体60は、例えば、GaNの単結晶体で構成されうる。結晶体60の厚さは、それぞれ、数十Å〜数十μmであることが好ましい。結晶体60の成長温度は、複数の第2バッファー層50a1〜50anの成長温度よりも高い温度、例えば約1080℃になる。   Here, the crystal body 60 may be composed of a single crystal body of GaN, for example. The thickness of the crystal body 60 is preferably several tens of μm to several tens of μm. The growth temperature of the crystal body 60 is higher than the growth temperature of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an, for example, about 1080 ° C.

また、複数の第2バッファー層50a1〜50anは、第1バッファー層30の表面においてマスク40の複数の開口40a1〜40anにより露出された複数の領域30a1〜30anに形成されている。マスク40の結晶方位が複数の第2バッファー層50a1〜50anの結晶方位と異なるので、複数の第2バッファー層50a1〜50anのいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第2バッファー層50a1〜50anに伝播しにくい。これにより、複数の第2バッファー層50a1〜50anは、全体として、その結晶性が向上する。この結果、複数の第2バッファー層50a1〜50anの上に成長させる結晶体60の結晶性も向上する。すなわち、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる際の結晶性を向上できる。   The plurality of second buffer layers 50 a 1 to 50 an are formed in the plurality of regions 30 a 1 to 30 an exposed by the plurality of openings 40 a 1 to 40 an of the mask 40 on the surface of the first buffer layer 30. Since the crystal orientation of the mask 40 is different from the crystal orientations of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an, dislocations existing at any specific location in the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an are transferred to other second buffer layers 50a1. Difficult to propagate to ~ 50an. Thereby, the crystallinity of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an is improved as a whole. As a result, the crystallinity of the crystal body 60 grown on the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an is also improved. That is, the crystallinity at the time of growing a group III nitride semiconductor crystal can be improved.

さらに、第1バッファー層30の材料であるクロム窒化物は、下地基板(サファイア)と窒化ガリウムとの間の原子間距離を有するので、窒化ガリウムとの格子不整合が小さい。例えば、サファイアの30°回転した(0001)面方向の原子間距離は、2.747Åである。窒化ガリウムの(0001)面方向の原子間距離は、3.188Åである。クロム窒化物の(111)面方向の原子間距離は、2.927Åであり、サファイアの原子間距離と窒化ガリウムの原子間距離との間の値である。これにより、第1バッファー層30の上に成長する複数の第2バッファー層50a1〜50an及び結晶体60は、結晶性が向上する。   Furthermore, chromium nitride, which is the material of the first buffer layer 30, has an interatomic distance between the base substrate (sapphire) and gallium nitride, so that the lattice mismatch with gallium nitride is small. For example, the interatomic distance in the (0001) plane direction of sapphire rotated by 30 ° is 2.747 mm. The interatomic distance in the (0001) plane direction of gallium nitride is 3.188 mm. The interatomic distance in the (111) plane direction of chromium nitride is 2.927 mm, which is a value between the interatomic distance of sapphire and the interatomic distance of gallium nitride. Thereby, the crystallinity of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an and the crystal body 60 grown on the first buffer layer 30 is improved.

また、第1バッファー層30の材料であるクロム窒化物は、下地基板(サファイア)と窒化ガリウムとの間の熱膨張係数を有する。例えば、サファイアの(0001)面方向の熱膨張係数は、7.50である。窒化ガリウムの(0001)面方向の熱膨張係数は、5.45である。クロム窒化物の(111)面方向の熱膨張係数は、6.00であり、サファイアの熱膨張係数と窒化ガリウムの熱膨張係数との間の値である。これにより、下地基板10と、複数の第2バッファー層50a1〜50an及び結晶体60との間の熱膨張係数の差に基づいて発生する内部応力を第1バッファー層30で緩和することができる。このため、複数の第2バッファー層50a1〜50an及び結晶体60のそれぞれの内部応力が低減されるので、複数の第2バッファー層50a1〜50an及び結晶体60のそれぞれにおける下地基板との熱膨張係数の差に起因したクラックの発生を低減できる。そして、この点からも、複数の第2バッファー層50a1〜50an及び結晶体60の結晶性が向上する。   In addition, chromium nitride, which is the material of the first buffer layer 30, has a thermal expansion coefficient between the base substrate (sapphire) and gallium nitride. For example, the thermal expansion coefficient in the (0001) plane direction of sapphire is 7.50. The thermal expansion coefficient in the (0001) plane direction of gallium nitride is 5.45. The thermal expansion coefficient in the (111) plane direction of chromium nitride is 6.00, which is a value between the thermal expansion coefficient of sapphire and the thermal expansion coefficient of gallium nitride. Thereby, the internal stress generated based on the difference in thermal expansion coefficient between the base substrate 10, the plurality of second buffer layers 50 a 1 to 50 an and the crystal body 60 can be relaxed by the first buffer layer 30. For this reason, since the internal stress of each of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an and the crystal body 60 is reduced, the thermal expansion coefficient with the base substrate in each of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an and the crystal body 60 is reduced. It is possible to reduce the occurrence of cracks due to the difference. Also from this point, the crystallinity of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an and the crystal body 60 is improved.

なお、図4(b)に示す工程は、第1の温度より高い第2の温度で結晶体60を成長させる第1の成長工程と、第2の温度より高い第3の温度で結晶体60を成長させる第2の成長工程とを含んでもよい。第2の温度は、例えば、1040℃であり、第3の温度は、例えば、1080℃である。本発明者が行った実験によれば、1040℃で加熱した後に1080℃で加熱する(2段階の加熱を行う)ことにより結晶体を成長した場合、1080℃で加熱する(1段階の加熱を行う)ことにより結晶体を成長した場合に比べて、得られた結晶体の結晶性が約5%向上した。   In the step shown in FIG. 4B, the first growth step of growing the crystal body 60 at a second temperature higher than the first temperature, and the crystal body 60 at a third temperature higher than the second temperature. And a second growth step for growing the substrate. The second temperature is, for example, 1040 ° C., and the third temperature is, for example, 1080 ° C. According to an experiment conducted by the present inventor, when a crystal was grown by heating at 1080 ° C. and then heating at 1080 ° C. (two-step heating), heating at 1080 ° C. (one-step heating is performed) The crystallinity of the obtained crystal was improved by about 5% as compared with the case where the crystal was grown.

あるいは、図4(b)に示す工程は、第1の温度より高い第2の温度で結晶体60を成長させる第1の成長工程と、第1の温度と第2の温度との間の第4の温度で結晶体60を成長させる第3の成長工程とを含んでもよい。第2の温度は、例えば、1080℃であり、第4の温度は、例えば、1040℃である。本発明者が行った実験によれば、1080℃で加熱した後に1040℃で加熱する(2段階の加熱を行う)ことにより結晶体を成長した場合、1080℃で加熱する(1段階の加熱を行う)ことにより結晶体を成長した場合に比べて、得られた各結晶体の結晶性が約10%向上した。   Alternatively, the process illustrated in FIG. 4B includes a first growth process in which the crystal body 60 is grown at a second temperature higher than the first temperature, and a first temperature between the first temperature and the second temperature. And a third growth step of growing the crystal body 60 at a temperature of 4. The second temperature is, for example, 1080 ° C., and the fourth temperature is, for example, 1040 ° C. According to experiments conducted by the present inventors, when a crystal is grown by heating at 1080 ° C. and then at 1040 ° C. (two-stage heating), it is heated at 1080 ° C. (one-step heating is performed). As a result, the crystallinity of each obtained crystal was improved by about 10% compared to the case where the crystal was grown.

図5(a)に示す工程では、マスク40を除去する。例えば、マスク40を、選択的にエッチングして除去する。例えば、マスク40の材料が酸化シリコンである場合、HF溶液あるいはBOE(バッファードHF)溶液を用いることにより、マスク40を選択的にエッチングすることができる。このとき、マスク40における複数の開口40a1〜40anを隔てる非開口部40kを除去する。   In the step shown in FIG. 5A, the mask 40 is removed. For example, the mask 40 is selectively removed by etching. For example, when the material of the mask 40 is silicon oxide, the mask 40 can be selectively etched by using an HF solution or a BOE (buffered HF) solution. At this time, the non-opening 40k that separates the plurality of openings 40a1 to 40an in the mask 40 is removed.

図5(b)に示す工程では、クロム層20及び複数の第1バッファー層30a1〜30anを選択的にエッチングして、結晶体60を下地基板10から分離する。これにより、半導体基板70を得ることができる。   5B, the chromium layer 20 and the plurality of first buffer layers 30a1 to 30an are selectively etched to separate the crystal body 60 from the base substrate 10. Thereby, the semiconductor substrate 70 can be obtained.

ここで、半導体基板70は、複数の第2バッファー層50a1〜50anと結晶体60とを含む。複数の第2バッファー層50a1〜50anの形状は、それぞれ、開口の形状(図3参照)に対応した六角形状になっている。   Here, the semiconductor substrate 70 includes a plurality of second buffer layers 50 a 1 to 50 an and a crystal body 60. Each of the plurality of second buffer layers 50a1 to 50an has a hexagonal shape corresponding to the shape of the opening (see FIG. 3).

このように、クロム層を窒化する前に複数の開口を含むマスクを形成して、クロム層の表面において複数の開口により露出された複数の領域を選択的に窒化することにより、複数の第1バッファー層を形成している。複数の第1バッファー層は、第1バッファー層と結晶方位の異なるクロム層により互いに隔てられたものとなる。これにより、複数の第1バッファー層を介して内部応力が各結晶体内60で伝播することを低減できる。   In this way, a mask including a plurality of openings is formed before nitriding the chromium layer, and a plurality of first regions are selectively nitrided on a plurality of regions exposed by the plurality of openings on the surface of the chromium layer. A buffer layer is formed. The plurality of first buffer layers are separated from each other by a chromium layer having a different crystal orientation from the first buffer layer. Thereby, it can reduce that an internal stress propagates in each crystal body 60 via a plurality of 1st buffer layers.

また、複数の第1バッファー層の上に、複数の第2バッファー領域を形成している。複数の第2バッファー層50a1〜50anは、第2バッファー層と結晶方位の異なるマスクにより互いに隔てられたものとなる。これにより、複数の第2バッファー層を介して内部応力が結晶体60内で伝播することを低減できる。   A plurality of second buffer regions are formed on the plurality of first buffer layers. The plurality of second buffer layers 50a1 to 50an are separated from each other by a mask having a different crystal orientation from the second buffer layer. Thereby, it is possible to reduce internal stress from propagating in the crystal body 60 through the plurality of second buffer layers.

したがって、結晶体60内で内部応力が伝播することを低減できるので、結晶体60内におけるクラックの発生を低減できる。すなわち、本実施形態によれば、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。   Therefore, propagation of internal stress in the crystal body 60 can be reduced, and the occurrence of cracks in the crystal body 60 can be reduced. That is, according to the present embodiment, it is possible to reduce the occurrence of cracks when growing a group III nitride semiconductor crystal.

次に、本実施形態による効果を明確にするため、実験を行った結果を、図6〜図13を用いて説明する。図6は、複数の開口における各開口の開口幅W[μm]、開口の配列ピッチP[μm]、及び隣接する開口の間における非開口部の幅G[μm]の関係を示す図である。   Next, in order to clarify the effect of this embodiment, the results of experiments will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship among the opening width W [μm] of each opening in the plurality of openings, the arrangement pitch P [μm] of the openings, and the width G [μm] of the non-opening between adjacent openings. .

図6に示すように、開口幅Wは、各開口の最小幅であり、開口OP1における中心C1を介して対向する2辺S1,S2の間の幅として定義される。配列ピッチPは、隣接する開口OP1,OP2の中心C1,C2間の距離として定義される。非開口部の幅Gは、隣接する開口OP1,OP2を隔てる非開口部40k(図3参照)の幅として定義される。これらの変数の間には、
非開口部の幅G=配列ピッチP−開口幅W・・・数式3
の関係がある。
As shown in FIG. 6, the opening width W is the minimum width of each opening, and is defined as the width between two sides S1 and S2 facing each other through the center C1 in the opening OP1. The arrangement pitch P is defined as the distance between the centers C1 and C2 of the adjacent openings OP1 and OP2. The width G of the non-opening is defined as the width of the non-opening 40k (see FIG. 3) that separates the adjacent openings OP1 and OP2. Between these variables,
Non-opening width G = arrangement pitch P−opening width W Equation 3
There is a relationship.

図7は、W−G平面における好ましい領域PRを示す図である。図7には、本実施形態における好ましい領域PRが斜線で示してある。また、図7に示す一点鎖線は、領域PRの境界を示す。   FIG. 7 is a diagram showing a preferred region PR in the WG plane. In FIG. 7, a preferred region PR in the present embodiment is indicated by hatching. Moreover, the dashed-dotted line shown in FIG. 7 shows the boundary of the area | region PR.

本発明者は、図1(a)〜図2(a)に示す工程を行った後、図2(b)に示す工程で、第1実施形態における条件として、(W,G)=(6.5,3.5),(8,2),(13,2),(18,2),(5,5),(10,5)の条件(図7で●で示す条件)でマスクを形成した。その後、図2(c)〜図5(b)に示す工程を行って得られた結晶体の表面を顕微鏡観察した。その結果、結晶体の表面においてクラックが観察されなかった(図11参照)。   The inventor performs the steps shown in FIGS. 1A to 2A, and then in the step shown in FIG. 2B, the condition in the first embodiment is (W, G) = (6 .5,3.5), (8,2), (13,2), (18,2), (5,5), (10,5) conditions (conditions indicated by ● in FIG. 7). Formed. Thereafter, the surface of the crystal obtained by performing the steps shown in FIGS. 2C to 5B was observed with a microscope. As a result, no cracks were observed on the surface of the crystal (see FIG. 11).

また、本発明者、図1(a)〜図2(a)に示す工程を行った後、図2(b)に示す工程で、比較例における条件として、(W,G)=(2,2),(10,10),(28,2),(48,2)(図7で▲で示す条件)でマスクを形成した。(W,G)=(2,2)の条件(領域PRの左側の▲で示す条件)では、窒化ガリウムが成長しなかった。(W,G)=(10,10)の条件(領域PRの上側の▲で示す条件)では、隣接する第2バッファー層の上にそれぞれ成長した窒化ガリウムがその間の非開口部の上でマージしないことを確認した(図9参照)。(W,G)=(28,2),(48,2)の条件(領域PRの右側の▲で示す条件)では、得られた結晶体の顕微鏡観察を行った結果クラックが観察された(図12及び図13参照)。これらの結果から、本発明者は、図7に斜線で示す領域PRが好ましい領域であることを導き出した。   Moreover, after performing the process shown in FIGS. 1A to 2A by the present inventor, in the process shown in FIG. 2B, the condition in the comparative example is (W, G) = (2, 2), (10, 10), (28, 2), (48, 2) (conditions indicated by ▲ in FIG. 7) were formed. Under the condition of (W, G) = (2, 2) (condition indicated by ▲ on the left side of the region PR), gallium nitride did not grow. Under the condition of (W, G) = (10, 10) (condition indicated by ▲ above the region PR), the gallium nitride grown on each adjacent second buffer layer merges on the non-opening portion therebetween. It was confirmed that they did not (see FIG. 9). Under the conditions (W, G) = (28, 2), (48, 2) (conditions indicated by ▲ on the right side of the region PR), cracks were observed as a result of microscopic observation of the obtained crystal ( (See FIG. 12 and FIG. 13). From these results, the present inventor has derived that a region PR indicated by hatching in FIG. 7 is a preferable region.

図8は、P−G平面における好ましい領域PRを示す図である。図8に示すP−G平面は、数式3の関係を用いて、図7に示すW−G平面を変換したものである。図8においても、好ましい領域PRを斜線で示してある。   FIG. 8 is a diagram showing a preferred region PR in the PG plane. The PG plane shown in FIG. 8 is obtained by converting the WG plane shown in FIG. Also in FIG. 8, the preferable region PR is indicated by hatching.

図9は、非開口部の幅Gとマージ率との関係を示す図である。マージ率は、非開口部における結晶体により覆われた領域の面積の割合として求めた。図9には、第1実施形態における条件(W,G)=(6.5,3.5),(8,2),(13,2),(18,2)のマージ率が●で示され、好ましくない条件(W,G)=(10,10)のマージ率が▲で示されている。図9に示されるように、非開口部の幅Gが長すぎるとマージ率が100%から低下する傾向にあることが分かった。例えば、非開口部の幅Gが10μmのとき、非開口部の開口両端から非開口部の中央部に向かって結晶体が約4μmずつ延びたので、マージ率が約80%になることが分かった。   FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the width G of the non-opening and the merge rate. The merge rate was determined as a ratio of the area of the region covered with the crystal in the non-opening. In FIG. 9, the merge rate of the conditions (W, G) = (6.5, 3.5), (8, 2), (13, 2), (18, 2) in the first embodiment is ●. The merging rate under unfavorable conditions (W, G) = (10, 10) is indicated by ▲. As shown in FIG. 9, it was found that when the width G of the non-opening portion is too long, the merge rate tends to decrease from 100%. For example, when the width G of the non-opening is 10 μm, the merging rate is about 80% because the crystal is extended by about 4 μm from both ends of the non-opening toward the center of the non-opening. It was.

図10は、図1〜図5の工程を行って得られた試料のXRD分析結果を示す図である。図1〜図5の工程を行って得られた試料すなわち結晶体の1つに対してX線回折(XRD)分析を行った。すなわち、結晶体のXRDプロファイルにおける(01−12)面のピーク半値幅を求めたところ、700〜850[arcsec]であった。図10には、この結果を、「本実施形態」として棒グラフで示してある。   FIG. 10 is a diagram showing a result of XRD analysis of a sample obtained by performing the steps of FIGS. X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on one of the samples obtained by performing the steps of FIGS. That is, the peak half width of the (01-12) plane in the XRD profile of the crystal was 700 to 850 [arcsec]. In FIG. 10, this result is shown as a bar graph as “this embodiment”.

また、図10には、比較のために、特許文献2に示される実施形態の方法により結晶体を得た場合について、(01−12)面のピーク半値幅の予想される値を「特許文献2」として棒グラフで示してある。   For comparison, FIG. 10 shows the expected value of the peak half-value width of the (01-12) plane in the case where a crystal is obtained by the method of the embodiment shown in Patent Document 2. It is shown as a bar graph as “2”.

特許文献2に示される実施形態の方法によれば、下地基板の上にCr等の金属層を形成し、金属層を窒化することにより、CrN緩衝層を形成する。そして、CrN緩衝層の上にGaNバッファー層を形成した後、GaNバッファー層の上にGaN単結晶層を成長させることになる。この場合、CrN緩衝層内やGaNバッファー層内における転位の伝播が発生する。   According to the method of the embodiment disclosed in Patent Document 2, a CrN buffer layer is formed by forming a metal layer such as Cr on a base substrate and nitriding the metal layer. Then, after forming a GaN buffer layer on the CrN buffer layer, a GaN single crystal layer is grown on the GaN buffer layer. In this case, dislocation propagation occurs in the CrN buffer layer or the GaN buffer layer.

一方、本実施形態によれば、複数の第1バッファー層は、第1バッファー層と結晶方位の異なるクロム層により互いに隔てられたものとなる。これにより、複数の第1バッファー層のいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第1バッファー層に伝播しにくい。この結果、複数の第1バッファー層を介して転位が結晶体内60で伝播することを低減できるので、特許文献2の実施形態に比べて、結晶体の結晶性が向上すると考えられる。   On the other hand, according to the present embodiment, the plurality of first buffer layers are separated from each other by the chromium layer having a crystal orientation different from that of the first buffer layer. As a result, dislocations existing at specific locations in the plurality of first buffer layers are unlikely to propagate to other first buffer layers. As a result, since dislocations can be prevented from propagating in the crystal body 60 through the plurality of first buffer layers, it is considered that the crystallinity of the crystal body is improved as compared with the embodiment of Patent Document 2.

また、複数の第2バッファー層は、第2バッファー層と結晶方位の異なるマスクにより互いに隔てられたものとなる。これにより、複数の第2バッファー層のいずれかの特定箇所に存在する転位は、他の第2バッファー層に伝播しにくい。この結果、複数の第2バッファー層を介して転位が結晶体60内で伝播することを低減できるので、特許文献2の実施形態に比べて、結晶体の結晶性が向上すると考えられる。   The plurality of second buffer layers are separated from each other by a mask having a different crystal orientation from the second buffer layer. As a result, dislocations existing at specific locations in the plurality of second buffer layers are unlikely to propagate to other second buffer layers. As a result, since dislocations can be reduced from propagating in the crystal body 60 through the plurality of second buffer layers, it is considered that the crystallinity of the crystal body is improved as compared with the embodiment of Patent Document 2.

よって、図10では、「本実施形態」のXRD半値幅が「特許文献2」のXRD半値幅よりも小さく結晶性が良好であるとしている。   Therefore, in FIG. 10, the XRD half-value width of “this embodiment” is smaller than the XRD half-value width of “Patent Document 2” and the crystallinity is good.

図11は、(W,G)=(18,2)の条件で得られた結晶体の写真を示す。図11(a)は、結晶体の外観を示し、図11(b)、(c)は、顕微鏡観察結果を示す。(W,G)=(18,2)の条件により得られた結晶体の表面には、クラックが観察されなかった。   FIG. 11 shows a photograph of the crystal obtained under the condition of (W, G) = (18, 2). FIG. 11A shows the appearance of the crystal, and FIGS. 11B and 11C show the microscopic observation results. No cracks were observed on the surface of the crystal obtained under the condition of (W, G) = (18, 2).

図12は、(W,G)=(28,2)の条件で得られた結晶体の写真を示す。図12(a)は、結晶体の外観を示し、図12(b)、(c)は、顕微鏡観察結果を示す。(W,G)=(28,2)の条件により得られた結晶体の表面には、クラックが観察された。また、結晶体が2つに割れた。   FIG. 12 shows a photograph of the crystal obtained under the condition of (W, G) = (28, 2). FIG. 12A shows the appearance of the crystal, and FIGS. 12B and 12C show the microscopic observation results. Cracks were observed on the surface of the crystal obtained under the condition of (W, G) = (28, 2). In addition, the crystal was broken into two.

図13は、(W,G)=(48,2)の条件で得られた結晶体の写真を示す。図13(a)は、結晶体の外観を示し、図13(b)、(c)は、顕微鏡観察結果を示す。(W,G)=(48,2)の条件により得られた結晶体の表面には、クラックが観察された。また、結晶体が2つに割れた。   FIG. 13 shows a photograph of the crystal obtained under the condition of (W, G) = (48, 2). FIG. 13A shows the appearance of the crystal, and FIGS. 13B and 13C show the microscopic observation results. Cracks were observed on the surface of the crystal obtained under the condition of (W, G) = (48, 2). In addition, the crystal was broken into two.

次に、本発明の第2実施形態に係るIII族窒化物半導体の半導体基板の製造方法を、図14〜図16を用いて説明する。図14〜図16は、半導体基板の製造方法を示す工程断面図である。なお、以下では、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a method for manufacturing a group III nitride semiconductor substrate according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 16 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor substrate. In the following, description will be made centering on differences from the first embodiment.

図14(a)に示す工程は、図1(b)に示す工程の後に行われる。図14(a)に示す工程では、クロム層20を1000℃以上1300℃以下(1273K以上1573K以下)の温度で窒化することにより、クロム窒化物(金属窒化物)の第1バッファー層130を形成する。   The process shown in FIG. 14A is performed after the process shown in FIG. In the step shown in FIG. 14A, the first buffer layer 130 of chromium nitride (metal nitride) is formed by nitriding the chromium layer 20 at a temperature of 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower (1273K or higher and 1573K or lower). To do.

図14(b)に示す工程では、第1バッファー層130の上にマスク層140iを成膜する。   In the step shown in FIG. 14B, the mask layer 140 i is formed on the first buffer layer 130.

図15(a)に示す工程では、図2(b)に示す工程と同様に、リソグラフィ法などにより、マスク層140iに複数の開口140a1〜140anを形成して、マスク140を形成する。第1バッファー層130の表面は、複数の開口140a1〜140anにより露出された複数の領域130a1〜130anを有している。   In the step shown in FIG. 15A, as in the step shown in FIG. 2B, the mask 140 is formed by forming a plurality of openings 140a1 to 140an in the mask layer 140i by lithography or the like. The surface of the first buffer layer 130 has a plurality of regions 130a1 to 130an exposed by the plurality of openings 140a1 to 140an.

形成されたマスク140は、開口配列140a及び非開口部140kを含む。開口配列140aでは、複数の開口140a1,・・・,140anが2次元状に配列されている。各開口140a1,・・・,140anは、第1バッファー層130を露出する。各開口140a1,・・・,140anは、六角形に沿った形状を有している。この六角形の各辺は、下地基板10における後述の結晶体60の〔10−10〕方向に沿うべき方向、〔01−10〕方向に沿うべき方向及び〔−1100〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びている。六角形の各辺は、例えば、下地基板10の〔11−20〕方向、〔1−210〕方向及び〔−2110〕方向のいずれかに沿って延びている。非開口部140kは、第1バッファー層130を露出しない。非開口部140kは、複数の開口140a1,・・・,140anの間をハニカム状に延びている。   The formed mask 140 includes an opening array 140a and a non-opening 140k. In the opening array 140a, a plurality of openings 140a1,..., 140an are two-dimensionally arranged. Each of the openings 140a1, ..., 140an exposes the first buffer layer 130. Each opening 140a1, ..., 140an has a shape along a hexagon. Each side of the hexagon is in a direction along the [10-10] direction, a direction along the [01-10] direction, and a direction along the [-1100] direction of a crystal body 60 to be described later on the base substrate 10. It extends along either. Each side of the hexagon extends, for example, along any one of the [11-20] direction, the [1-210] direction, and the [-2110] direction of the base substrate 10. The non-opening 140k does not expose the first buffer layer 130. The non-opening 140k extends in a honeycomb shape between the plurality of openings 140a1, ..., 140an.

図15(b)に示す工程では、HVPE法やMOCVD法などにより、第1バッファー層130の表面における複数の開口140a1〜140anにより露出された複数の領域130a1〜130anから、窒化ガリウムの複数の第2バッファー層150a1〜150anを成長させる。   In the step shown in FIG. 15B, a plurality of gallium nitride first layers are formed from a plurality of regions 130a1 to 130an exposed by the plurality of openings 140a1 to 140an on the surface of the first buffer layer 130 by the HVPE method or the MOCVD method. Two buffer layers 150a1-150an are grown.

図16(a)に示す工程では、HVPE法やMOCVD法などにより、複数の第2バッファー層150a1〜150anの上に、窒化ガリウムの結晶体160を成長させる。   In the step shown in FIG. 16A, a gallium nitride crystal 160 is grown on the plurality of second buffer layers 150a1 to 150an by the HVPE method, the MOCVD method, or the like.

図16(b)に示す工程では、マスク140を除去する。例えば、マスク140を、選択的にエッチングして除去する。例えば、マスク140の材料が酸化シリコンである場合、HF溶液あるいはBOE(バッファードHF)溶液を用いることにより、マスク140を選択的にエッチングすることができる。   In the step shown in FIG. 16B, the mask 140 is removed. For example, the mask 140 is removed by selective etching. For example, when the material of the mask 140 is silicon oxide, the mask 140 can be selectively etched by using an HF solution or a BOE (buffered HF) solution.

図16(c)に示す工程では、第1バッファー層130を選択的にエッチングして、結晶体160を下地基板10から分離する。これにより、半導体基板170を得ることができる。   In the step shown in FIG. 16C, the first buffer layer 130 is selectively etched to separate the crystal body 160 from the base substrate 10. Thereby, the semiconductor substrate 170 can be obtained.

このように、クロム層を窒化して第1バッファー層を形成した後に複数の開口を含むマスクを形成して、第1バッファー層の表面において複数の開口により露出された複数の領域から、複数の第2バッファー層を成長させている。これにより、複数の第2バッファー層150a1〜150anは、第2バッファー層と結晶方位の異なるマスクにより互いに隔てられたものとなる。これにより、複数の第2バッファー層を介して内部応力が結晶体160内で伝播することを低減できる。   In this manner, after forming the first buffer layer by nitriding the chromium layer, a mask including a plurality of openings is formed, and a plurality of regions exposed from the plurality of openings are exposed on the surface of the first buffer layer. A second buffer layer is grown. Accordingly, the plurality of second buffer layers 150a1 to 150an are separated from each other by the mask having a different crystal orientation from the second buffer layer. Thereby, it is possible to reduce propagation of internal stress in the crystal body 160 through the plurality of second buffer layers.

したがって、結晶体160内におけるクラックの発生を低減できる。すなわち、本実施形態によっても、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる際におけるクラックの発生を低減できる。   Therefore, the generation of cracks in the crystal body 160 can be reduced. That is, according to the present embodiment, the generation of cracks when growing a group III nitride semiconductor crystal can be reduced.

10 下地基板
20 クロム層(金属層)
30a1〜30an,130 第1バッファー層
40 マスク
50a1〜50an、150a1〜150an 第2バッファー層
60、160 結晶体
70、170 半導体基板
10 Substrate 20 Chrome layer (metal layer)
30a1 to 30an, 130 First buffer layer 40 Mask 50a1 to 50an, 150a1 to 150an Second buffer layer 60, 160 Crystal 70, 170 Semiconductor substrate

Claims (9)

下地基板の上に金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層をそれぞれ露出する複数の開口と前記金属層を露出しない非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、
前記金属層において前記複数の開口により露出された複数の領域を窒化することにより、金属窒化物の複数の第1バッファー層を形成する窒化工程と、
前記複数の第1バッファー層の上に、III族窒化物半導体の複数の第2バッファー層を形成する第2バッファー層形成工程と、
前記複数の第2バッファー層の上に、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる成長工程と、
を備え、
前記複数の開口のそれぞれは、六角形に沿った形状を有しており、
前記マスク形成工程では、前記複数の開口における各開口の最小幅が5μm以上25μm以下となり隣接する前記開口の間における前記非開口部の幅が1.5μm以上8μm以下になるように、前記マスクを形成し、
前記第2バッファー層形成工程では、850℃以上950℃以下の第1の温度で前記複数の第2バッファー層を形成し、
前記成長工程は、前記第1の温度より高い第2の温度で前記結晶体を成長させる第1の成長工程と前記第2の温度より高い第3の温度で前記結晶体を成長させる第2の成長工程とを含む、又は、前記第1の温度より高い第2の温度で前記結晶体を成長させる第1の成長工程と前記第1の温度と前記第2の温度との間の第4の温度で前記結晶体を成長させる第3の成長工程とを含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
A metal layer forming step of forming a metal layer on the base substrate;
A mask forming step of forming a mask including a plurality of openings exposing each of the metal layers and a non-opening that does not expose the metal layers;
Nitriding a plurality of first buffer layers of metal nitride by nitriding a plurality of regions exposed by the plurality of openings in the metal layer; and
A second buffer layer forming step of forming a plurality of second buffer layers of a group III nitride semiconductor on the plurality of first buffer layers;
A growth step of growing a group III nitride semiconductor crystal on the plurality of second buffer layers;
With
Each of the plurality of openings has a shape along a hexagon,
In the mask formation step, the mask is formed so that the minimum width of each opening in the plurality of openings is 5 μm or more and 25 μm or less, and the width of the non-opening portion between adjacent openings is 1.5 μm or more and 8 μm or less. Forming ,
In the second buffer layer forming step, the plurality of second buffer layers are formed at a first temperature of 850 ° C. or more and 950 ° C. or less,
The growth step includes a first growth step for growing the crystal body at a second temperature higher than the first temperature, and a second growth step for growing the crystal body at a third temperature higher than the second temperature. Or a fourth step between the first temperature and the second temperature, the first growth step including growing the crystal at a second temperature higher than the first temperature. And a third growth step of growing the crystal body at a temperature .
前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、
前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記結晶体の〔10−10〕方向に沿うべき方向、〔01−10〕方向に沿うべき方向及び〔−1100〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びていることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の製造方法。
The base substrate has a crystal structure of either hexagonal system or pseudo-hexagonal system,
Each side of the hexagon is one of a direction to be along the [10-10] direction, a direction to be along the [01-10] direction, and a direction to be along the [-1100] direction of the crystal in the base substrate. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate extends along the line.
前記マスク形成工程は、
前記金属層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、
前記マスク層に前記複数の開口を形成することにより、前記マスクを形成する開口形成工程と、
を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体基板の製造方法。
The mask forming step includes
A mask layer forming step of forming a mask layer on the metal layer;
Forming the mask by forming the plurality of openings in the mask layer; and
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein:
前記マスクを除去するマスク除去工程と、
前記第1バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記結晶体を前記下地基板から分離する分離工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の半導体基板の製造方法。
A mask removal step of removing the mask;
A separation step of separating the crystal from the base substrate by selectively etching the first buffer layer;
Further semiconductor substrate manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a.
下地基板の上に第1バッファー層を形成する第1バッファー層形成工程と、
前記第1バッファー層をそれぞれ露出する複数の開口と前記第1バッファー層を露出しない非開口部とを含むマスクを形成するマスク形成工程と、
前記第1バッファー層の表面において前記複数の開口により露出された複数の領域に、III族窒化物半導体の複数の第2バッファー層を形成する第2バッファー層形成工程と、
前記複数の第2バッファー層の上に、III族窒化物半導体の結晶体を成長させる成長工程と、
を備え、
前記複数の開口のそれぞれは、六角形に沿った形状を有しており、
前記マスク形成工程では、前記複数の開口における各開口の最小幅が5μm以上25μm以下となり隣接する前記開口の間における前記非開口部の幅が1.5μm以上8μm以下になるように、前記マスクを形成し、
前記第2バッファー層形成工程では、850℃以上950℃以下の第1の温度で前記複数の第2バッファー層を形成し、
前記成長工程は、前記第1の温度より高い第2の温度で前記結晶体を成長させる第1の成長工程と前記第2の温度より高い第3の温度で前記結晶体を成長させる第2の成長工程とを含む、又は、前記第1の温度より高い第2の温度で前記結晶体を成長させる第1の成長工程と前記第1の温度と前記第2の温度との間の第4の温度で前記結晶体を成長させる第3の成長工程とを含むことを特徴とする半導体基板の製造方法。
A first buffer layer forming step of forming a first buffer layer on the base substrate;
Forming a mask including a plurality of openings exposing each of the first buffer layers and a non-opening not exposing the first buffer layers;
A second buffer layer forming step of forming a plurality of second buffer layers of a group III nitride semiconductor in a plurality of regions exposed by the plurality of openings on the surface of the first buffer layer;
A growth step of growing a group III nitride semiconductor crystal on the plurality of second buffer layers;
With
Each of the plurality of openings has a shape along a hexagon,
In the mask forming step, the mask is formed such that the minimum width of each opening in the plurality of openings is 5 μm or more and 25 μm or less, and the width of the non-opening portion between adjacent openings is 1.5 μm or more and 8 μm or less. Forming ,
In the second buffer layer forming step, the plurality of second buffer layers are formed at a first temperature of 850 ° C. or more and 950 ° C. or less,
The growth step includes a first growth step for growing the crystal body at a second temperature higher than the first temperature, and a second growth step for growing the crystal body at a third temperature higher than the second temperature. Or a fourth step between the first temperature and the second temperature, the first growth step including growing the crystal at a second temperature higher than the first temperature. And a third growth step of growing the crystal body at a temperature .
前記下地基板は、六方晶系及び擬似六方晶系のいずれかの結晶構造を有しており、
前記六角形の各辺は、前記下地基板における前記結晶体の〔10−10〕方向に沿うべき方向、〔01−10〕方向に沿うべき方向及び〔−1100〕方向に沿うべき方向のいずれかに沿って延びていることを特徴とする請求項に記載の半導体基板の製造方法。
The base substrate has a crystal structure of either hexagonal system or pseudo-hexagonal system,
Each side of the hexagon is one of a direction to be along the [10-10] direction, a direction to be along the [01-10] direction, and a direction to be along the [-1100] direction of the crystal in the base substrate. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 5 , wherein the semiconductor substrate extends along the line.
前記第1バッファー層は、金属窒化物を含むことを特徴とする請求項又はに記載の半導体基板の製造方法。 Wherein the first buffer layer, a semiconductor substrate manufacturing method according to claim 5 or 6, characterized in that it comprises a metal nitride. 前記マスク形成工程は、
前記第1バッファー層の上にマスク層を成膜するマスク層成膜工程と、
前記マスク層に前記複数の開口を形成することにより、前記マスクを形成する開口形成工程と、
を含むことを特徴とする請求項からのいずれか1項に記載の半導体基板の製造方法。
The mask forming step includes
A mask layer forming step of forming a mask layer on the first buffer layer;
Forming the mask by forming the plurality of openings in the mask layer; and
Method for manufacturing a semiconductor substrate according to any one of claims 5 7, characterized in that it comprises a.
前記マスクを除去するマスク除去工程と、
前記第1バッファー層を選択的にエッチングすることにより、前記結晶体を前記下地基板から分離する分離工程と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項からのいずれか1項に記載の半導体基板の製造方法。
A mask removal step of removing the mask;
A separation step of separating the crystal from the base substrate by selectively etching the first buffer layer;
Further semiconductor substrate manufacturing method according to any one of claims 5 to 8, comprising the.
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