JP4895189B2 - Oxide formation method - Google Patents
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Description
本発明は、酸化物の形成方法に関し、特に、難酸化性の半導体材料を酸化する方法に関する。 The present invention relates to a method for forming an oxide, and more particularly to a method for oxidizing a hardly oxidizable semiconductor material.
半導体素子の製造プロセスにおいて、半導体材料を酸化してその表面に酸化膜を形成する技術は、MOS型トランジスタのゲート酸化膜形成、素子分離等の要素技術として重要な意義を有している。 In a semiconductor element manufacturing process, a technique for oxidizing a semiconductor material to form an oxide film on the surface thereof has an important significance as an elemental technique for forming a gate oxide film of MOS transistors, element isolation, and the like.
ところが、化合物半導体を用いた素子製造プロセスにおいては、シリコン半導体プロセスのように、熱酸化により酸化膜を形成することが一般に困難である。特に窒化ガリウム系半導体は、化学的安定性が高く、容易に酸化できないことが知られている。 However, in an element manufacturing process using a compound semiconductor, it is generally difficult to form an oxide film by thermal oxidation like a silicon semiconductor process. In particular, gallium nitride semiconductors are known to have high chemical stability and cannot be easily oxidized.
こうした事情から、窒化ガリウム系半導体をはじめとする化合物半導体では、シリコンプロセスに比し、製造プロセスおよびデバイス構造に種々の制限を受けているのが現状である。たとえば、MIS構造のトランジスタを形成するプロセスにおいては、下地となるGaN膜を酸化してゲート絶縁膜を形成する技術は確立されておらず、CVD法等によりゲート酸化膜を形成する方法が採用されている。 Under these circumstances, compound semiconductors such as gallium nitride semiconductors are currently subject to various restrictions on the manufacturing process and device structure as compared to silicon processes. For example, in the process of forming a transistor with a MIS structure, a technique for forming a gate insulating film by oxidizing a base GaN film has not been established, and a method of forming a gate oxide film by a CVD method or the like is employed. ing.
こうした難酸化性の半導体を酸化する従来の方法として、特許文献1に記載のものがある。同文献には、800〜1000℃の高温で熱処理をすることにより、GaN表面に熱酸化膜を形成する方法が記載されている。 As a conventional method for oxidizing such a hardly oxidizable semiconductor, there is one described in Patent Document 1. This document describes a method of forming a thermal oxide film on the GaN surface by heat treatment at a high temperature of 800 to 1000 ° C.
しかしながら、このような高温の熱処理では、下地となるGaN膜の結晶品質が劣化したり、また、窒素脱離による組成変動が生じるといった問題がある。 However, such a high-temperature heat treatment has problems that the crystal quality of the underlying GaN film is deteriorated or that the composition fluctuates due to nitrogen desorption.
また、熱酸化膜の形成は長時間を要することから歩留まりが悪い上、熱処理時間による膜厚制御も困難であり、実用化には遠い水準のものであった。
以上のように、従来技術では、GaNをはじめとする難酸化性の半導体膜を、下地の半導体膜の結晶品質を損なわない程度の低温で、安定的に酸化することが困難であった。 As described above, in the prior art, it has been difficult to stably oxidize refractory semiconductor films such as GaN at a low temperature that does not impair the crystal quality of the underlying semiconductor film.
本発明によれば、温度200℃以上かつ圧力1.5MPa以上の水に半導体材料を接触させて前記半導体材料の酸化物を形成する工程を含む、酸化物の形成方法であって、
前記半導体材料が構成元素としてMを含み、
化学式M p O q (ただし、pおよびqは、ゼロより大きい。)で示される酸化物の常温における標準生成エンタルピーを△H 0 としたときに
△H 0 /q>−450(kJ/mol)
である、酸化物の形成方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a method for forming an oxide comprising a step of forming an oxide of the semiconductor material by bringing the semiconductor material into contact with water at a temperature of 200 ° C. or higher and a pressure of 1.5 MPa or higher ,
The semiconductor material contains M as a constituent element;
Formula M p O q (however, p and q are greater than zero.) When the standard enthalpy at normal temperature of the oxide represented by △ and H 0
△ H 0 / q> -450 ( kJ / mol)
A method for forming an oxide is provided.
上記のように温度および圧力が特定の範囲にある水との反応により酸化物を形成できる。本発明においては、こうした水を半導体材料に接触させて酸化させるため、熱酸化法に比べ低温で安定的に酸化物を形成することができる。このため、熱酸化法を用いた場合のように下地の半導体材料を劣化させることなく、良好な品質の酸化物を得ることができる。 As described above, an oxide can be formed by reaction with water whose temperature and pressure are in a specific range. In the present invention, such water is brought into contact with the semiconductor material and oxidized, so that the oxide can be stably formed at a lower temperature than in the thermal oxidation method. For this reason, it is possible to obtain a good quality oxide without deteriorating the underlying semiconductor material as in the case of using the thermal oxidation method.
本発明における「水」として、亜臨界状態または超臨界状態の水が好ましく用いられる。酸化物の形成をより穏和な条件で進行させて、酸化物の形成量の制御性をさらに向上させる観点からは、亜臨界水、具体的には温度260℃以上374℃未満かつ圧力15MPa以上50MPaの水を用いることが好ましい。一方、酸化物の形成反応をさらに速やかに進行させる観点からは、超臨界水、具体的には温度374℃以上650℃以下かつ圧力22MPa以上50MPaの水を用いることが好ましい。 As the “water” in the present invention, water in a subcritical state or a supercritical state is preferably used. From the viewpoint of further improving the controllability of the oxide formation amount by allowing the oxide formation to proceed under milder conditions, subcritical water, specifically, a temperature of 260 ° C. or higher and lower than 374 ° C. and a pressure of 15 MPa or higher and 50 MPa. It is preferable to use water. On the other hand, it is preferable to use supercritical water, specifically, water having a temperature of 374 ° C. or higher and 650 ° C. or lower and a pressure of 22 MPa or higher and 50 MPa from the viewpoint of allowing the oxide formation reaction to proceed more rapidly.
なお、本発明における「水」は、種々の溶質、たとえば酸化剤や還元性物質を含むものであってもよい。 The “water” in the present invention may contain various solutes such as an oxidizing agent and a reducing substance.
また、本発明において、酸化物が、他の構成元素として窒素等を含んでいてもよい。すなわち、本発明における酸化物には、酸窒化物等も包含される。 In the present invention, the oxide may contain nitrogen or the like as another constituent element. That is, the oxide in the present invention includes oxynitrides and the like.
本発明に係る方法は、温度および圧力が特定の範囲にある水に半導体材料を接触させる工程を含むため、熱酸化法に比べ低温で安定的に酸化物を形成することができる。このため、半導体材料の劣化を抑制しつつ、良好な品質の酸化物を得ることができる。 Since the method according to the present invention includes a step of bringing a semiconductor material into contact with water whose temperature and pressure are in a specific range, an oxide can be stably formed at a lower temperature than a thermal oxidation method. For this reason, it is possible to obtain a good quality oxide while suppressing deterioration of the semiconductor material.
以下、本発明の実施形態について、サファイア等の下地基板上にGaN膜を形成し、超臨界水を用いてその表面を酸化する場合を例に挙げ、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a case where a GaN film is formed on a base substrate such as sapphire and the surface is oxidized using supercritical water.
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態における半導体材料の酸化処理装置の概略構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor material oxidation treatment apparatus according to the present embodiment.
酸化処理装置100は、反応器113、供給管133および排出管135を備える。反応器113の内部には基板117が配置され、この基板117の表面に酸化膜が形成される。
The
反応器113としては、超臨界水を収容できる構造のものを用いる。また、反応器113は、反応器113内を所定の温度に加熱する加熱器(不図示)を備える。
As the
また、反応器113の内壁115は、超臨界水に対して安定な材料により構成される。
このような材料として、たとえば、Ti、Ta等の高融点金属;
Au、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt等の貴金属;または
一種以上の上記金属を含む合金;あるいは
石英が挙げられる。
The
Examples of such a material include refractory metals such as Ti and Ta;
Examples thereof include noble metals such as Au, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt; or alloys containing one or more of the above metals; or quartz.
供給管133は、反応器113に連通し反応器113中に水を供給する。供給管133は、第一の供給管129および第二の供給管131に連通している。第一の供給管129および第二の供給管131は、それぞれ、第一の槽101および第二の槽103に連通している。第一の槽101には、純水102が収容される。また、第二の槽103には、純水102に添加される成分として、過酸化水素水104が収容される。
The
第一の供給管129および第二の供給管131には、それぞれ、開閉可能なバルブ105およびバルブ107が設けられている。バルブ105およびバルブ107の開閉状態を調節することにより、第一の槽101および第二の槽103の内容物の供給管133への供給の有無および供給量を調節することができる。第一の供給管129および第二の供給管131からポンプ109で加圧供給された物質は、供給管133内で混合されて、超臨界状態で反応器113中に供給される。
The
また、酸化処理装置100は、供給管133を加熱するヒーター111を備える。ヒーター111は、ポンプ109と反応器113との間の所定の位置に配置される。
The
また、排出管135は、反応器113に連通し反応器113中の超臨界水を排出する。排出管135は、冷却器119内を通過する。排出管135には、反応器113の圧力を調整する圧力調節弁121が設けられている。
The
排出管135は、気液分離器123に連通する。気液分離器123で分離された排気および廃液は、それぞれ、気液分離器123に連通する排気管137および廃液管139を経て装置外に排出される。なお、排気管137および廃液管139には、それぞれ、圧力調節弁125および圧力調節弁127が設けられる。
The
基板117は、サファイア下地基板の表面に単結晶GaN膜が形成された構造を有する。 The substrate 117 has a structure in which a single crystal GaN film is formed on the surface of a sapphire base substrate.
以下、酸化処理装置100を用いた酸化物の形成方法を説明する。
この方法は、高温高圧状態の水に基板117表面のGaN膜を接触させて、基板117の表面に酸化膜を形成する工程を含む。
Hereinafter, a method for forming an oxide using the
This method includes a step of bringing a GaN film on the surface of the substrate 117 into contact with water in a high temperature and high pressure state to form an oxide film on the surface of the substrate 117.
具体的には、まず、反応器113中に基板117を配置する。そして、反応器113内を所定の温度に昇温させる。
Specifically, first, the substrate 117 is placed in the
また、バルブ105を開状態とし、第一の槽101中の純水102を第一の供給管129を経由して供給管133に供給する。そして、圧力調節弁121、ヒーター111およびヒーター140を制御して、供給管133中を所定の温度および圧力に調整し、反応器113内に供給する。このとき、水の圧力を調整するために、バルブ105を開状態として純水102を供給しつつ、圧力調節弁121により反応器圧力を制御して、純水102を排出する。
Further, the
反応器113に供給する水は、超臨界水とする。このとき、反応器113に供給する水の温度を374℃以上とし、かつ圧力を22MPa以上とする。
The water supplied to the
なお、水の温度の上限に特に制限はないが、熱酸化法よりも低温で酸化物を形成する観点では、たとえば650℃以下、たとえば450℃以下とする。
また、水の圧力の下限についても、特に制限はないが、酸化物形成反応の制御性をさらに向上させる観点では、たとえば50MPa以下、好ましくは30MPa以下とする。
In addition, although there is no restriction | limiting in particular in the upper limit of the temperature of water, From a viewpoint of forming an oxide at lower temperature than a thermal oxidation method, it is set to 650 degrees C or less, for example, 450 degrees C or less, for example.
Also, the lower limit of the water pressure is not particularly limited, but it is, for example, 50 MPa or less, preferably 30 MPa or less, from the viewpoint of further improving the controllability of the oxide formation reaction.
酸化処理装置100においては、バルブ105およびバルブ107の開閉状態を調節することにより、過酸化水素水104の添加の有無および純水102に対する過酸化水素水104の割合が調整される。過酸化水素水104を供給する場合、たとえば、はじめにバルブ105を開状態、バルブ107を閉状態として純水102を所定の温度および圧力に調整して反応器113が所定の条件に達した後、バルブ105を閉状態、バルブ107を開状態として、過酸化水素水104を供給する。
In the
酸化反応を所定の時間行った後、ヒーター111および反応器113の加熱器およびポンプ109を停止して酸化処理装置100の温度を低下させた後、系内を減圧する。減圧後、反応器113を開けて基板117を取り出す。以上の手順により、基板117の表面に、ガリウム酸化膜が形成される。
After performing the oxidation reaction for a predetermined time, the heater 111 and the heater of the
以下、本実施形態による酸化膜形成方法の効果について説明する。
本実施形態の方法によれば、超臨界水を用いて酸化を行うため、基板117中のGaN膜の表面に、熱酸化法よりも低温で速やかに酸化膜を形成することができる。また、熱酸化法に比べて、酸化膜の面内均一性を向上させるとともに、酸化膜の表面の平坦性を向上させることができる。このため、本実施形態によれば、良好な膜質のガリウム酸化膜を形成することができる。
The effects of the oxide film forming method according to the present embodiment will be described below.
According to the method of this embodiment, since oxidation is performed using supercritical water, an oxide film can be formed on the surface of the GaN film in the substrate 117 at a lower temperature than the thermal oxidation method. Further, compared with the thermal oxidation method, the in-plane uniformity of the oxide film can be improved, and the flatness of the surface of the oxide film can be improved. Therefore, according to the present embodiment, a gallium oxide film having a good film quality can be formed.
また、超臨界水を用いるため、基板117の表面を完全に酸化して、ストイキオメトリック組成のGa2O3膜を形成することができる。 In addition, since supercritical water is used, the surface of the substrate 117 can be completely oxidized to form a Ga 2 O 3 film having a stoichiometric composition.
なお、本実施形態では、第二の槽103に過酸化水素水104を収容する場合を例に挙げたが、後述するように、過酸化水素水104に代えて、還元性物質を用いてもよい。
In this embodiment, the case where the
(第二の実施形態)
第一の実施形態においては、超臨界水を用いた酸化膜の形成方法を例示したが、超臨界水に代えて、温度200℃以上で圧力1.5MPa以上の高温高圧水を用いてもよい。本実施形態では、超臨界水に代えて、亜臨界水を用いる。
(Second embodiment)
In the first embodiment, the method for forming an oxide film using supercritical water is exemplified, but high-temperature high-pressure water having a temperature of 200 ° C. or higher and a pressure of 1.5 MPa or higher may be used instead of supercritical water. . In this embodiment, subcritical water is used instead of supercritical water.
亜臨界水として、具体的には温度200℃以上374℃未満かつ圧力1.5MPa以上の水が挙げられ、中でも、温度が260℃以上374℃未満で圧力が15MPa以上30MPaのものが好ましい。こうした亜臨界水を用いることにより、酸化膜の形成反応を穏やかな条件で進行させて、酸化膜の膜厚の制御性を向上させることができる。 Specific examples of the subcritical water include water having a temperature of 200 ° C. or more and less than 374 ° C. and a pressure of 1.5 MPa or more. Among them, those having a temperature of 260 ° C. or more and less than 374 ° C. and a pressure of 15 MPa or more and 30 MPa are preferable. By using such subcritical water, the oxide film formation reaction proceeds under mild conditions, and the controllability of the oxide film thickness can be improved.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
たとえば、上記実施形態においては、酸化処理装置100の供給管133に第一の槽101および第二の槽103が連通する構成を例に挙げて説明したが、酸化処理装置100は、少なくとも純水102が収容される第一の槽101を備えていればよく、第二の槽103を省略してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
また、上記実施形態においては、酸化処理装置100が気液分離器123を有する構成を例に挙げて説明したが、気液分離器123は適宜省略することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、酸化処理装置100は、水とともに空気を反応器113に送り込むとともに、反応器113からの排出物が気液分離器123で排気および廃液に分離される構成としてもよい。
Further, the
また、上記実施形態においては、基板117表面のGaN膜を高温高圧状態の水に接触させて基板117表面に酸化膜を形成する場合を例に説明したが、半導体膜の材料はGaNには限られず、種々の材料に適用可能である。中でも、本発明は、高温に曝されると膜質が損なわれる半導体膜や、難酸化性の半導体膜に適用したとき、特に顕著な効果を奏する。 In the above-described embodiment, the case where the oxide film is formed on the surface of the substrate 117 by bringing the GaN film on the surface of the substrate 117 into contact with high-temperature and high-pressure water has been described as an example. However, the material of the semiconductor film is not limited to GaN. However, it can be applied to various materials. In particular, the present invention has a particularly remarkable effect when applied to a semiconductor film whose film quality is impaired when exposed to a high temperature or a hardly oxidizable semiconductor film.
これは、以下の理由による。すなわち、シリコン単結晶の場合は、高温に曝されても比較的結晶構造が安定であることから、熱酸化法によって酸化膜を容易に得ることができる。これに対し、上記のような膜の場合、熱酸化法で酸化膜を形成することは困難である。 This is due to the following reason. That is, in the case of a silicon single crystal, since the crystal structure is relatively stable even when exposed to high temperatures, an oxide film can be easily obtained by a thermal oxidation method. On the other hand, in the case of the above films, it is difficult to form an oxide film by a thermal oxidation method.
このような材料として、たとえば、InxGa1-xAsyP1-y(ただし、xおよびyは、それぞれ独立に、0以上1以下である。以下同じ。)、GaxAl1-xAsyP1-y、Al1-x-yGaxInyN等のIII−V族化合物半導体、SiC等の化合物半導体や、Ge等の単体の半導体が挙げられる。このうち、窒化物半導体であるAl1-x-yGaxInyNとして、さらに具体的には、y=0のAlxGa1-xN(ただし、xは0以上1以下である。)等が挙げられる。 As such a material, for example, In x Ga 1-x As y P 1-y (where x and y are each independently 0 or more and 1 or less; the same shall apply hereinafter), Ga x Al 1-x. Examples include III-V group compound semiconductors such as As y P 1-y and Al 1-xy Ga x In y N, compound semiconductors such as SiC, and single semiconductors such as Ge. Among these, Al 1 -xy Ga x In y N which is a nitride semiconductor, more specifically, Al x Ga 1-x N with y = 0 (where x is 0 or more and 1 or less), or the like. Is mentioned.
また、半導体材料の難酸化性の一つの目安としては、たとえば、酸化物の標準生成エンタルピーを用いることができる。
具体的には、化学式MpOq(ただし、pおよびqは、ゼロより大きい。)に示される酸化物の常温における標準生成エンタルピーを△H0としたときに、△H0/qの値の絶対値が小さいものほど、酸化物が形成されにくいと考えられる。
In addition, as one measure of the poor oxidation property of the semiconductor material, for example, standard enthalpy of oxide generation can be used.
Specifically, when the standard enthalpy of formation of an oxide represented by the chemical formula M p O q (where p and q are greater than zero) at room temperature is ΔH 0 , the value of ΔH 0 / q It is considered that the smaller the absolute value of is, the less easily an oxide is formed.
このような材料として、
△H0/q>−450(kJ/mol)
である材料が挙げられる。このうち、GaNは、元素MがGaの場合に対応し、Ga2O3の△H0/q=−363である(日本化学会編、「化学便覧 基礎編」改訂5版、2004年、p.II−294)。なお、SiO2の△H0/q=−455である(日本化学会編、「化学便覧 基礎編」改訂5版、2004年、p.II−299)。上記実施形態の方法によれば、こうした難酸化性の半導体膜を確実に酸化して、表面に酸化膜を形成することができる。
As such a material ,
△ H 0 / q> -450 ( kJ / mol)
The material which is is mentioned. Among these, GaN corresponds to the case where the element M is Ga, and ΔH 0 / q = −363 of Ga 2 O 3 (Edited by Chemical Society of Japan, “Chemical Handbook Basic Edition” Revised Edition, 2004, p.II-294). In addition, ΔH 0 / q of SiO 2 is −455 (The Chemical Society of Japan, “Chemical Handbook Basic Edition”, 5th revised edition, 2004, p . II-299) . According to the above method Symbol embodiment, these flame oxidation of the semiconductor film is reliably oxidized, it is possible to form an oxide film on the surface.
また、上記実施形態において、酸化を促進する観点からは、反応器113中に酸素を供給し、水中に溶解させるのが好ましい。なお、酸素の供給方法としては、上述した過酸化水素水104を供給する方法が挙げられるが、他の酸化剤を用いたり、供給管133に酸素ガスを供給することもできる。
In the above embodiment, from the viewpoint of promoting oxidation, it is preferable to supply oxygen into the
水の酸素含有量に制限はなく、基板117の材料や酸化反応速度等に応じて適宜設定することができる。また、酸化物を高い制御性および再現性で安定的に形成する観点では、水の酸素含有量を、たとえば20ppm以下、好ましくは15ppm以下、さらに好ましくは10ppm以下とする。 There is no restriction | limiting in the oxygen content of water, According to the material of the board | substrate 117, an oxidation reaction rate, etc., it can set suitably. Further, from the viewpoint of stably forming the oxide with high controllability and reproducibility, the oxygen content of water is, for example, 20 ppm or less, preferably 15 ppm or less, and more preferably 10 ppm or less.
ただし、水中に酸素が含まれない場合であっても、酸化物の形成反応は進行する。 However, even when oxygen is not contained in water, the oxide formation reaction proceeds.
酸化速度の制御性を向上させる観点からは、酸素の供給はせず、もともと原料の水中に溶存していた酸素量とするか、脱気するのが好ましい。 From the viewpoint of improving the controllability of the oxidation rate, it is preferable not to supply oxygen but to use the amount of oxygen originally dissolved in the raw material water or to deaerate.
また、酸化速度を制御し、形成される酸化膜の膜厚制御性を向上させる観点からは、反応器113中に水素、アルコール、有機酸および尿素等の有機炭素化合物、一酸化炭素等の無機炭素化合物およびアンモニア等の還元性物質を供給して、水中に溶解させることが好ましい。水に還元性物質を添加することにより、過剰な酸化の進行を抑制することができる。
Further, from the viewpoint of controlling the oxidation rate and improving the film thickness controllability of the oxide film to be formed, the
たとえば、図1に示した酸化処理装置100において、水中に還元性物質を添加する場合、第二の槽103中に、過酸化水素水に代えて所定の還元性物質を収容し、第二の供給管131から供給管133を経由して反応器113内に供給すればよい。また、酸化処理装置100に、純水102および過酸化水素水104の供給ラインに加えて、さらに、還元性物質の供給ラインを設けてもよい。還元性物質の供給ラインは、たとえば供給管133に連通させる。
For example, in the
また、上記実施形態においては、水を連続的に供給する酸化処理装置を例に挙げて説明したが、容器に水を入れ、密閉して加熱するバッチ式の装置を用いることもできる。このとき、374℃以上の超臨界状態とする場合は、水の充填量により圧力が調整され、374℃未満の亜臨界水とする場合は、飽和蒸気圧となる。 Moreover, in the said embodiment, although the oxidation processing apparatus which supplies water continuously was mentioned as an example, the batch-type apparatus which puts water in a container, seals and heats can also be used. At this time, when the supercritical state is 374 ° C. or higher, the pressure is adjusted by the filling amount of water, and when the subcritical water is lower than 374 ° C., the saturated vapor pressure is obtained.
以下の実施例では、図1に示した酸化処理装置100を用いて半導体材料を酸化処理した。
In the following examples, the semiconductor material was oxidized using the
(実施例1)
図2は、本実施例で用いたサンプルの構成を示す断面図である。
Example 1
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the sample used in this example.
図2に示したサンプル150は、サファイア基板151上に、低温バッファ層153およびGaNエピタキシャル層155がこの順に形成されたものである。
A
サンプル150は、以下の手順で作製した。すなわち、2インチのサファイア基板151上に、低温バッファ層153としてGaN層を形成した後、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により、GaNエピタキシャル層155として、n型GaN層を形成した。
得られたサンプル150のGaN層表面をメタノールで超音波洗浄した後、純水洗浄した。これを28重量%アンモニア水に浸漬した後、純水洗浄し、実験直前まで純水中で保管した。
The surface of the GaN layer of the obtained
以上の前処理を行った後、サンプル150を酸化処理装置100(図1)の反応器113内に配置し、酸化処理に供した。純水102を温度260℃、圧力を25MPaの亜臨界状態として供給した、また、第二の槽103中に30重量%の過酸化水素水104を収容し、水に供給した。水中のH2O2濃度を15重量%とした。これをO2分圧に換算すると、1.0MPaである。本実施例では、酸化処理時間を10分とした。
After performing the above pretreatment, the
酸化処理後のサンプル150表面をエッチングしながら、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)法により分析した。図3は、分析結果を示す図である。図3において、横軸は、サンプル150表面からの深さに対応し、エッチング時間100秒が、表面からの深さ100nmに対応する。また、図3の縦軸は、Ga、NおよびOの各元素の強度比(%)を示す。
The surface of the
図3より、サンプル150の表面にガリウム酸窒化膜が形成されていることがわかる。
FIG. 3 shows that a gallium oxynitride film is formed on the surface of the
(実施例2)
実施例1において、水を温度400℃、圧力25MPaの超臨界水とした他は、実施例1に準じてサンプル150の酸化処理を行い、表面分析を行った。図4は、分析結果を示す図である。図4の横軸および縦軸は、図3と同様である。
(Example 2)
In Example 1, except that the water was supercritical water at a temperature of 400 ° C. and a pressure of 25 MPa, the
図4より、サンプル150の表面に酸化膜が形成されていることがわかる。また、酸化膜中のO、GaおよびNの含有率は、それぞれ60原子%、39原子%および1原子%であり、サンプル150の表面がほぼ完全に酸化されて、実質的にストイキオメトリック組成のGa2O3膜が形成されていることが確認された。
FIG. 4 shows that an oxide film is formed on the surface of the
(実施例3)
実施例1において、水を温度600℃、圧力25MPaの超臨界水とした他は、実施例1に準じてサンプル150の酸化処理を行い、表面分析を行った。その結果、実施例2と同様に、サンプル150の上部にGa2O3膜が形成されていることが確認された。
(Example 3)
In Example 1, except that water was supercritical water at a temperature of 600 ° C. and a pressure of 25 MPa, the
(実施例4)
実施例2において、過酸化水素水104を供給せずに、実施例1に準じてサンプル150の酸化処理を行い、表面分析を行った。その結果、実施例2と同様に、サンプル150の上部に、主としてGaおよびOからなる層が形成されていることが確認され、層の組成も実施例2で得られたものとほぼ等しかった。
Example 4
In Example 2, the
なお、実施例1において、水の温度を200℃、圧力を25MPaとした場合についても、酸窒化物が生じることが確かめられた。 In Example 1, it was confirmed that oxynitride was produced even when the water temperature was 200 ° C. and the pressure was 25 MPa.
また、実施例1〜4で用いたGaNに代えてSiCおよびAlNを用い、実施例1〜4のそれぞれに準じて酸化物を形成した。その結果、SiCおよびAlNのいずれの場合も、実施例1〜4のそれぞれに準ずる場合について、酸化物が形成されていることが確認された。 Moreover, it replaced with GaN used in Examples 1-4, SiC and AlN were used, and the oxide was formed according to each of Examples 1-4. As a result, in both cases of SiC and AlN, it was confirmed that oxides were formed for the cases according to each of Examples 1 to 4.
100 酸化処理装置
101 第一の槽
102 純水
103 第二の槽
104 過酸化水素水
105 バルブ
107 バルブ
109 ポンプ
111 ヒーター
113 反応器
115 内壁
117 基板
119 冷却器
121 圧力調節弁
123 気液分離器
125 圧力調節弁
127 圧力調節弁
129 第一の供給管
131 第二の供給管
133 供給管
135 排出管
137 排気管
139 廃液管
140 ヒーター
150 サンプル
151 サファイア基板
153 低温バッファ層
155 GaNエピタキシャル層
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記半導体材料が構成元素としてMを含み、
化学式M p O q (ただし、pおよびqは、ゼロより大きい。)で示される酸化物の常温における標準生成エンタルピーを△H 0 としたときに
△H 0 /q>−450(kJ/mol)
である、酸化物の形成方法。 A method of forming an oxide, comprising a step of bringing a semiconductor material into contact with water at a temperature of 200 ° C. or more and a pressure of 1.5 MPa or more to form an oxide of the semiconductor material ,
The semiconductor material contains M as a constituent element;
Formula M p O q (however, p and q are greater than zero.) When the standard enthalpy at normal temperature of the oxide represented by △ and H 0
△ H 0 / q> -450 ( kJ / mol)
A method for forming an oxide.
半導体材料の酸化物を形成する前記工程が反応器内で行われ、
前記反応器の内面の材料が、Ti、Ta、Au、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、またはその合金、あるいは石英である、酸化物の形成方法。 The method according to any one of claims 1 to 7,
The step of forming an oxide of the semiconductor material is performed in the reactor;
A method for forming an oxide, wherein a material of an inner surface of the reactor is Ti, Ta, Au, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, an alloy thereof, or quartz.
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