JP6480244B2 - Vapor growth method - Google Patents
Vapor growth method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6480244B2 JP6480244B2 JP2015081146A JP2015081146A JP6480244B2 JP 6480244 B2 JP6480244 B2 JP 6480244B2 JP 2015081146 A JP2015081146 A JP 2015081146A JP 2015081146 A JP2015081146 A JP 2015081146A JP 6480244 B2 JP6480244 B2 JP 6480244B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride film
- gallium nitride
- aluminum
- film
- gallium
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 129
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 108
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 26
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 25
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 claims description 25
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 23
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 20
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 9
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02293—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process formation of epitaxial layers by a deposition process
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
- H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/02636—Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/049—Nitrides composed of metals from groups of the periodic table
- H01L2924/0503—13th Group
- H01L2924/05032—AlN
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/1026—Compound semiconductors
- H01L2924/1032—III-V
- H01L2924/10323—Aluminium nitride [AlN]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
本発明は、シリコン基板上に窒化ガリウムを形成する気相成長方法に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth method for forming gallium nitride on a silicon substrate.
高品質な半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板に気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長では、ウェハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスをウェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応等が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。 As a method for forming a high-quality semiconductor film, there is an epitaxial growth technique in which a single crystal film is grown on a substrate such as a wafer by vapor phase growth. In epitaxial growth, a process gas such as a source gas, which is a raw material for film formation, is supplied to the wafer surface while heating the wafer. A thermal reaction of the source gas occurs on the wafer surface, and an epitaxial single crystal film is formed on the wafer surface.
近年、発光デバイスやパワーデバイスの材料として、窒化ガリウム(GaN)系の半導体デバイスが注目されている。GaN系の半導体膜を成膜するエピタキシャル成長技術として、有機金属気相成長法(MOCVD法)がある。 In recent years, gallium nitride (GaN) -based semiconductor devices have attracted attention as materials for light-emitting devices and power devices. As an epitaxial growth technique for forming a GaN-based semiconductor film, there is a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method).
例えば、シリコン(Si)基板上に窒化ガリウム膜を形成する場合、窒化ガリウム膜の膜厚が厚くなると、シリコンと窒化ガリウムの熱膨張係数等の違いに起因して窒化ガリウム膜にクラックが発生するという問題がある。特許文献1には、この問題を解決するために、窒化アルミニウム(AlN)のバッファ層をシリコン基板上に形成した後、第1の圧力で第1の窒化ガリウムを形成し、第1の圧力よりも低い第2の圧力で窒化ガリウムを形成する方法が記載されている。 For example, when a gallium nitride film is formed on a silicon (Si) substrate, a crack occurs in the gallium nitride film due to a difference in thermal expansion coefficient between silicon and gallium nitride as the film thickness of the gallium nitride film increases. There is a problem. In Patent Document 1, in order to solve this problem, after forming a buffer layer of aluminum nitride (AlN) on a silicon substrate, first gallium nitride is formed at a first pressure, and from the first pressure, Describes a method of forming gallium nitride at a lower second pressure.
本発明が解決しようとする課題は、シリコン基板上に窒化ガリウムを形成する際のクラックの発生を抑制する気相成長方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a vapor phase growth method that suppresses the generation of cracks when gallium nitride is formed on a silicon substrate.
本発明の一態様の気相成長方法は、シリコン基板上に単結晶の窒化アルミニウム膜を形成し、前記窒化アルミニウム膜上に単結晶の窒化アルミニウムガリウム膜を形成し、前記窒化アルミニウムガリウム膜上に単結晶の第1の窒化ガリウム膜を形成し、前記第1の窒化ガリウム膜上に、前記第1の窒化ガリウム膜の形成よりも高い温度且つ高い成長速度で単結晶の第2の窒化ガリウムを形成する気相成長方法であって、前記第1の窒化ガリウム膜を島状に形成し、前記第1の窒化ガリウム膜の高さの平均を10nm以上50nm以下とし、前記第2の窒化ガリウム膜を、前記窒化アルミニウムガリウム膜及び前記第1の窒化ガリウム膜に接するように形成する。
In the vapor phase growth method of one embodiment of the present invention, a single crystal aluminum nitride film is formed over a silicon substrate, a single crystal aluminum gallium nitride film is formed over the aluminum nitride film, and the aluminum gallium nitride film is formed over the aluminum gallium nitride film. A single-crystal first gallium nitride film is formed, and a single-crystal second gallium nitride is formed on the first gallium nitride film at a higher temperature and higher growth rate than the formation of the first gallium nitride film. In the vapor phase growth method to be formed, the first gallium nitride film is formed in an island shape, the average height of the first gallium nitride film is set to 10 nm or more and 50 nm or less, and the second gallium nitride film is formed. In contact with the aluminum gallium nitride film and the first gallium nitride film .
上記態様の気相成長方法において、前記第1の窒化ガリウム膜形成時のV/III比が前記第2の窒化ガリウム膜形成時のV/III比より大きいことが望ましい。 In the vapor phase growth method of the above aspect, it is desirable that a V / III ratio at the time of forming the first gallium nitride film is larger than a V / III ratio at the time of forming the second gallium nitride film.
上記態様の気相成長方法において、前記第1の窒化ガリウム膜形成時の成長速度が3μm/hour以下であることが望ましい。 In the vapor phase growth method of the above aspect, it is desirable that the growth rate when forming the first gallium nitride film is 3 μm / hour or less.
上記態様の気相成長方法において、前記第1の窒化ガリウム膜形成時の温度が950℃以上1050℃未満であり、前記第2の窒化ガリウム膜形成時の温度が1000℃以上1100℃未満であることが望ましい。 In the vapor phase growth method of the above aspect, the temperature at the time of forming the first gallium nitride film is 950 ° C. or higher and lower than 1050 ° C., and the temperature at the time of forming the second gallium nitride film is 1000 ° C. or higher and lower than 1100 ° C. It is desirable.
本発明によれば、シリコン基板上に窒化ガリウム膜を形成する際のクラックの発生を抑制する気相成長方法を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the vapor phase growth method which suppresses generation | occurrence | production of the crack at the time of forming a gallium nitride film | membrane on a silicon substrate.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
実施形態の気相成長方法は、シリコン基板上に単結晶の窒化アルミニウム膜を形成し、窒化アルミニウム膜上に単結晶の窒化アルミニウムガリウム膜を形成し、窒化アルミニウム膜上に単結晶の第1の窒化ガリウム膜を形成し、第1の窒化ガリウム膜上に、第1の窒化ガリウムの形成よりも高い温度且つ高い成長速度で単結晶の第2の窒化ガリウム膜を形成する。 In the vapor phase growth method of the embodiment, a single crystal aluminum nitride film is formed on a silicon substrate, a single crystal aluminum gallium nitride film is formed on the aluminum nitride film, and a single crystal first gallium nitride film is formed on the aluminum nitride film. A gallium nitride film is formed, and a single-crystal second gallium nitride film is formed on the first gallium nitride film at a higher temperature and a higher growth rate than the formation of the first gallium nitride.
図1は、実施形態の気相成長方法のプロセスフロー図である。また、図2−図4は、実施形態の気相成長方法を示す模式断面図である。 FIG. 1 is a process flow diagram of a vapor phase growth method according to an embodiment. 2 to 4 are schematic cross-sectional views showing the vapor phase growth method of the embodiment.
本実施形態の気相成長方法は、シリコン(Si)基板準備ステップ(S100)、窒化アルミニウム膜(AlN)形成ステップ(S110)、窒化アルミニウムガリウム膜(AlGaN)形成ステップ(S120)、第1の窒化ガリウム膜(GaN)形成ステップ(S130)、第2の窒化ガリウム膜(GaN)形成ステップ(S140)を備えている。本実施形態では、MOCVD法により成膜が行われる。 The vapor phase growth method of this embodiment includes a silicon (Si) substrate preparation step (S100), an aluminum nitride film (AlN) formation step (S110), an aluminum gallium nitride film (AlGaN) formation step (S120), and a first nitridation step. A gallium film (GaN) formation step (S130) and a second gallium nitride film (GaN) formation step (S140) are provided. In the present embodiment, film formation is performed by the MOCVD method.
まず、例えば、水素(H2)中で、1100℃でベークし、自然酸化膜を除去した(111)面の単結晶のシリコン基板10を準備する(S100)。シリコン基板10の厚さは、例えば、300μm以上1500μm以下である。
First, for example, a (111) -plane single
次に、シリコン基板10上に単結晶の窒化アルミニウム(AlN)膜12を形成する(S110)。窒化アルミニウム膜12は、シリコン基板10上にエピタキシャル成長させる。
Next, a single crystal aluminum nitride (AlN)
窒化アルミニウム膜12は、シリコン基板10を加熱し、例えば、水素(H2)で希釈されたトリメチルアルミニウム(TMA)と、水素(H2)で希釈されたアンモニア(NH3)をソースガスとして供給することにより成長させる。TMAはアルミニウム(Al)のソースガスであり、アンモニアは窒素(N)のソースガスである。
窒化アルミニウム膜12の成長温度は、例えば、1000℃以上1200℃以下とする。窒化アルミニウム膜12の結晶性を向上させる観点から、成長温度は1000℃以上であることが望ましい。窒化アルミニウム膜12の膜厚は、例えば、200nm以上300nm以下とする。
The growth temperature of the
窒化アルミニウム膜12は、シリコン基板10上にガリウム(Ga)を含む単結晶膜をエピタキシャル成長させる際に、シリコンとガリウムとの反応が生じ、ガリウムを含む単結晶膜の膜質が劣化することや、シリコン基板がメルトバックすることを抑制する。また、シリコンと、ガリウムを含む単結晶膜との格子不整合を緩和するバッファ層として機能する。
When the
次に、窒化アルミニウム膜12上に、単結晶の窒化アルミニウムガリウム(AlXGa(1−X)N、ただし0<X<1)膜14を形成する(S120、図2)。窒化アルミニウムガリウム膜14は、窒化アルミニウム膜12上にエピタキシャル成長させる
Next, a single crystal aluminum gallium nitride (Al X Ga (1-X) N, where 0 <X <1)
窒化アルミニウムガリウム膜14は、シリコン基板10を加熱し、例えば、水素(H2)で希釈されたトリメチルアルミニウム(TMA)とトリメチルガリウム(TMG)、水素(H2)で希釈されたアンモニア(NH3)をソースガスとして供給することにより成長させる。TMAはアルミニウム(Al)のソースガスであり、TMGはガリウム(Ga)のソースガスであり、アンモニアは窒素(N)のソースガスである。
The aluminum
窒化アルミニウムガリウム膜14の成長温度は、例えば、1000℃以上1200℃以下とする。窒化アルミニウムガリウム膜14の膜厚は、例えば、150nm以上500nm以下とする。
The growth temperature of the aluminum
窒化アルミニウムガリウム膜14は、窒化アルミニウム膜12と、窒化アルミニウムガリウム膜14の上層に形成される単結晶ガリウム膜との格子不整合を緩和するバッファ層として機能する。格子不整合を緩和する観点から、窒化アルミニウムガリウム膜14中のアルミニウム含有量を、窒化アルミニウムガリウム膜14から窒化アルミニウムガリウム膜14の上層に形成される単結晶ガリウム膜に向かう方向に低減させることが望ましい。また、窒化アルミニウムガリウム膜14は、窒化アルミニウム膜12から伸びる転位の向きを曲げて、転位が上層に形成される単結晶ガリウム膜に伸びることを抑制する機能を備える。
The aluminum
次に、窒化アルミニウムガリウム膜14上に単結晶の第1の窒化ガリウム(GaN)膜16を形成する(S130、図3)。第1の窒化ガリウム膜16は、窒化アルミニウムガリウム膜14上に島状にエピタキシャル成長させた島状膜である。
Next, a single crystal first gallium nitride (GaN)
第1の窒化ガリウム膜16は、シリコン基板10を加熱し、例えば、水素(H2)で希釈されたトリメチルガリウム(TMG)、水素(H2)で希釈されたアンモニア(NH3)をソースガスとして供給することにより成長させる。TMGはガリウム(Ga)のソースガスであり、アンモニアは窒素(N)のソースガスである。
The first
その際、島状の第1の窒化ガリウム膜16の高さ(図3中のh)の平均を例えば10nm以上100nm以下、幅(図3中のw)の平均を10nm以上50nmとする。第1の窒化ガリウム膜16の高さは、例えば、第1の窒化ガリウム膜16成長後の断面をSEM(Scanning Electron Microscope)で観察することで求めることが可能である。
At this time, the average height (h in FIG. 3) of the island-shaped first
そして、第1の窒化ガリウム膜16形成時のV/III比を、例えば1000以上とする。ここで、V/III比とは、窒化ガリウムをエピタキシャル成長する際のガリウム(III族元素)のソースガスであるTMGと、窒素(V族元素)のソースガスであるアンモニアの流量比である。各ソースガスの流量単位は、μmol/minである。
The V / III ratio at the time of forming the first
また、第1の窒化ガリウム膜16形成時の成長速度を、例えば3μm/hour以下、温度を、例えば950℃以上1050℃未満、圧力を、例えば20kPa以上35kPa以下とする。
Further, the growth rate at the time of forming the first
次に、島状の第1の窒化ガリウム膜16上に第1の窒化ガリウム膜16の形成よりも、高い温度且つ高い成長速度で単結晶の第2の窒化ガリウム(GaN)膜18を形成する(S140、図4)。第2の窒化ガリウム膜18は、第1の窒化ガリウム膜16上に層状にエピタキシャル成長させる。
Next, a single crystal second gallium nitride (GaN)
第2の窒化ガリウム膜18は、シリコン基板10を加熱し、例えば、水素(H2)で希釈されたトリメチルガリウム(TMG)、水素(H2)で希釈されたアンモニア(NH3)をソースガスとして供給することにより成長させる。TMGはガリウム(Ga)のソースガスであり、アンモニアは窒素(N)のソースガスである。
The second
第2の窒化ガリウム膜18の膜厚は、例えば、3μm以上10μm以下とする。第2の窒化ガリウム膜18の膜厚は、例えば、第2の窒化ガリウム膜18の成長後の断面をSEMで観察することで求めることが可能である。
The film thickness of the second
第2の窒化ガリウム膜18形成時のV/III比を1000以下とする。また、第2の窒化ガリウム膜18形成時の成長速度を、第1の窒化ガリウム膜16形成時の成長速度より高く、例えば3μm/hour以上とする。また、第2の窒化ガリウム膜18形成時の温度を、例えば、1000℃以上1100℃未満、圧力を、例えば、20kPa以上35kPa以下とし、第1の窒化ガリウム膜16形成時の圧力と同一とする。
The V / III ratio when forming the second
なお、第2の窒化ガリウム膜18の一部又は全部に、例えば、シリコン(Si)やマグネシウム(Mg)等のドーパントを添加することができる。
For example, a dopant such as silicon (Si) or magnesium (Mg) can be added to part or all of the second
次に、実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the embodiment will be described.
シリコン基板上に窒化ガリウム膜を形成する場合、窒化ガリウム膜の膜厚が厚くなると、シリコンと窒化ガリウムの熱膨張係数等の違いに起因して窒化ガリウム膜にクラックが発生するおそれがある。これは、窒化ガリウム膜の形成中に、窒化ガリウム膜に引張応力が発生することにより生じると考えられる。特に、窒化ガリウム膜の成長速度を速くした場合に、クラックが発生しやすくなる。 When a gallium nitride film is formed on a silicon substrate, if the gallium nitride film is thick, cracks may occur in the gallium nitride film due to a difference in thermal expansion coefficient between silicon and gallium nitride. This is considered to be caused by tensile stress generated in the gallium nitride film during the formation of the gallium nitride film. In particular, cracks are likely to occur when the growth rate of the gallium nitride film is increased.
本実施形態では、第1の窒化ガリウム膜16を島状に3次元的に成長させる。この際、窒化アルミニウムガリウム膜14表面における核形成の密度を、島状の第1の窒化ガリウム膜16が十分な高さに成長する前に側面で接触してしまうことのないように制御する。その後、第2の窒化ガリウム膜18を、第1の窒化ガリウム膜16よりも速い成長速度で層状に成長させる。この方法により、窒化ガリウム膜の形成を、窒化ガリウム膜に圧縮応力をかけた状態で行うことが可能となる。したがって、クラックの発生を抑制しつつ、窒化ガリウム膜の高速成長が実現できる。また、結晶欠陥の低減した窒化ガリウム膜を成膜することが可能となる。
In the present embodiment, the first
第1の窒化ガリウム膜16を島状に形成する際、島状の第1の窒化ガリウム膜16の高さ(図3中のh)の平均を10nm以上100nm以下、幅(図3中のw)の平均を10nm以上50nm以下とすることが望ましい。上記範囲を下回ると、第2の窒化ガリウム膜18成膜の際に、第2の窒化ガリウム膜18の応力が圧縮応力とならないおそれがある。また、第2の窒化ガリウム膜18の結晶性が劣化する恐れがある。上記範囲を上回ると、第2の窒化ガリウム膜18の表面モフォロジーが劣化する恐れがある。第2の窒化ガリウム膜18の表面を平坦にする観点から、第1の窒化ガリウム膜16の高さの平均が50nm以下であることが望ましい。
When the first
第1の窒化ガリウム膜16形成時のV/III比が1000以上であることが、第1の窒化ガリウム膜16の成長速度を抑え、結晶性を向上させ、島状に3次元的に成長させる観点から望ましい。第1の窒化ガリウム膜16形成時の成長速度は3μm/hour以下、温度は950℃以上1050℃未満、圧力は20kPa以上35kPa以下であることが、第1の窒化ガリウム膜16の、結晶性を向上させ、島状に3次元的に成長させる観点から望ましい。
When the first
また、第2の窒化ガリウム膜18の成長速度を速くし、生産性をあげる観点から、第2の窒化ガリウム膜18形成時のV/III比が1000以下であることが望ましく、500以下であることがより望ましい。第2の窒化ガリウム膜18形成時のV/III比は、第1の窒化ガリウム膜16形成時のV/III比よりも小さいことが望ましい。そして、第2の窒化ガリウム膜18の成長速度は、3μm/hour以上であることが、生産性をあげる観点から望ましい。
Further, from the viewpoint of increasing the growth rate of the second
さらに、第2の窒化ガリウム膜18の成長速度を第1の窒化ガリウム膜16の成長速度を速くする観点から、1000℃以上1100℃未満であって、第1の窒化ガリウム膜16の形成よりも高い温度で、第2の窒化ガリウム膜18の形成を行う。そして、生産性を向上させる観点から、第2の窒化ガリウム膜18形成時の圧力は、圧力は20kPa以上35kPa以下であって、第1の窒化ガリウム膜16形成時の圧力と略同一であることが望ましい。
Further, from the viewpoint of increasing the growth rate of the second
本実施形態の気相成長方法によれば、シリコン基板上に膜厚の厚い窒化ガリウムを形成する際のクラックの発生を抑制することが可能となる。また、結晶欠陥の低減した膜厚の厚い窒化ガリウム膜を、高速で成膜することが可能となる。 According to the vapor phase growth method of the present embodiment, it is possible to suppress the generation of cracks when a thick gallium nitride film is formed on a silicon substrate. In addition, a thick gallium nitride film with reduced crystal defects can be formed at high speed.
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. The above embodiment is merely given as an example and does not limit the present invention. Moreover, you may combine the component of each embodiment suitably.
実施形態では、気相成長方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。 In the embodiment, the description of the portions that are not directly required for the description of the present invention in the vapor phase growth method and the like is omitted, but the required portions can be appropriately selected and used. In addition, all vapor phase growth methods that include elements of the present invention and that can be appropriately modified by those skilled in the art are included in the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof.
10 シリコン基板
12 窒化アルミニウム膜
14 窒化アルミニウムガリウム膜
16 第1の窒化ガリウム膜
18 第2の窒化ガリウム膜
10
Claims (4)
前記窒化アルミニウム膜上に単結晶の窒化アルミニウムガリウム膜を形成し、
前記窒化アルミニウムガリウム膜上に単結晶の第1の窒化ガリウム膜を形成し、
前記第1の窒化ガリウム膜上に、前記第1の窒化ガリウム膜の形成よりも高い温度且つ高い成長速度で、単結晶の第2の窒化ガリウム膜を形成する気相成長方法であって、
前記第1の窒化ガリウム膜を島状に形成し、前記第1の窒化ガリウム膜の高さの平均を10nm以上50nm以下とし、
前記第2の窒化ガリウム膜を、前記窒化アルミニウムガリウム膜及び前記第1の窒化ガリウム膜に接するように形成する気相成長方法。 A single crystal aluminum nitride film is formed on a silicon substrate,
Forming a single crystal aluminum gallium nitride film on the aluminum nitride film;
Forming a single-crystal first gallium nitride film on the aluminum gallium nitride film;
A vapor phase growth method for forming a single-crystal second gallium nitride film on the first gallium nitride film at a higher temperature and higher growth rate than the formation of the first gallium nitride film ,
The first gallium nitride film is formed in an island shape, and the average height of the first gallium nitride film is 10 nm or more and 50 nm or less,
A vapor phase growth method in which the second gallium nitride film is formed in contact with the aluminum gallium nitride film and the first gallium nitride film .
It said first temperature during the gallium nitride film is less than 950 ° C. or higher 1050 ° C., claims 1 to any one of claims 3 temperature during the second gallium nitride film is 1100 below ° C. 1000 ° C. or higher The vapor phase growth method according to one item.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015081146A JP6480244B2 (en) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Vapor growth method |
TW105109146A TWI579395B (en) | 2015-04-10 | 2016-03-24 | Gas growth method |
KR1020160042101A KR20160121424A (en) | 2015-04-10 | 2016-04-06 | Vapor deposition method |
CN201610218148.1A CN106057658B (en) | 2015-04-10 | 2016-04-08 | Method of vapor-phase growing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015081146A JP6480244B2 (en) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Vapor growth method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016199436A JP2016199436A (en) | 2016-12-01 |
JP6480244B2 true JP6480244B2 (en) | 2019-03-06 |
Family
ID=57250867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015081146A Active JP6480244B2 (en) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | Vapor growth method |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6480244B2 (en) |
KR (1) | KR20160121424A (en) |
CN (1) | CN106057658B (en) |
TW (1) | TWI579395B (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10388518B2 (en) | 2017-03-31 | 2019-08-20 | Globalwafers Co., Ltd. | Epitaxial substrate and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000277441A (en) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Nagoya Kogyo Univ | Semiconductor structure, semiconductor element comprising the same and crystal growth method |
US6649287B2 (en) * | 2000-12-14 | 2003-11-18 | Nitronex Corporation | Gallium nitride materials and methods |
JP3956637B2 (en) * | 2001-04-12 | 2007-08-08 | ソニー株式会社 | Nitride semiconductor crystal growth method and semiconductor element formation method |
JP2004363500A (en) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Satoru Tanaka | Nitride-based compound semiconductor and method for manufacturing the same |
KR100674829B1 (en) * | 2004-10-29 | 2007-01-25 | 삼성전기주식회사 | Nitride based semiconductor device and method for manufacturing the same |
KR101220826B1 (en) * | 2005-11-22 | 2013-01-10 | 삼성코닝정밀소재 주식회사 | Process for the preparation of single crystalline gallium nitride thick layer |
JP5383974B2 (en) * | 2006-12-27 | 2014-01-08 | 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 | Semiconductor substrate and semiconductor device |
GB2485418B (en) * | 2010-11-15 | 2014-10-01 | Dandan Zhu | Semiconductor materials |
US20130026480A1 (en) * | 2011-07-25 | 2013-01-31 | Bridgelux, Inc. | Nucleation of Aluminum Nitride on a Silicon Substrate Using an Ammonia Preflow |
KR20130081956A (en) * | 2012-01-10 | 2013-07-18 | 삼성전자주식회사 | Method for growing nitride semiconductor |
US20140158976A1 (en) * | 2012-12-06 | 2014-06-12 | Sansaptak DASGUPTA | Iii-n semiconductor-on-silicon structures and techniques |
CN103165771B (en) * | 2013-03-28 | 2015-07-15 | 天津三安光电有限公司 | Nitride bottom layer with embedded hole structure and preparation method of nitride bottom layer |
JP6270536B2 (en) * | 2013-06-27 | 2018-01-31 | 株式会社東芝 | Nitride semiconductor device, nitride semiconductor wafer, and method of forming nitride semiconductor layer |
CN104037284B (en) * | 2014-06-10 | 2016-11-02 | 广州市众拓光电科技有限公司 | A kind of growth GaN film on a si substrate and preparation method thereof |
-
2015
- 2015-04-10 JP JP2015081146A patent/JP6480244B2/en active Active
-
2016
- 2016-03-24 TW TW105109146A patent/TWI579395B/en active
- 2016-04-06 KR KR1020160042101A patent/KR20160121424A/en not_active Application Discontinuation
- 2016-04-08 CN CN201610218148.1A patent/CN106057658B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20160121424A (en) | 2016-10-19 |
CN106057658A (en) | 2016-10-26 |
TWI579395B (en) | 2017-04-21 |
CN106057658B (en) | 2019-09-06 |
JP2016199436A (en) | 2016-12-01 |
TW201638372A (en) | 2016-11-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4335187B2 (en) | Nitride semiconductor device manufacturing method | |
JP6318474B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP5133927B2 (en) | Compound semiconductor substrate | |
KR101672213B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
TW201519315A (en) | Silicon-based substrate, semiconductor device, and semiconductor device manufacturing method | |
JP2009071279A (en) | Substrate for growing gallium nitride and method for preparing substrate for growing gallium nitride | |
JP6404655B2 (en) | AlN template substrate and manufacturing method thereof | |
JP2014009156A (en) | Method for producing gallium nitride substrate and gallium nitride substrate produced thereby | |
JP2009067658A (en) | Nitride semiconductor ground substrate, nitride semiconductor-stacked substrate, nitride semiconductor self-standing substrate and method for producing nitride semiconductor ground substrate | |
JP5914999B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
WO2019123763A1 (en) | Method for producing group iii nitride semiconductor substrate | |
JP5139567B1 (en) | Substrate having a buffer layer structure for growing a nitride semiconductor layer | |
KR20150133637A (en) | Semiconductor substrate, semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device | |
JP5460751B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6480244B2 (en) | Vapor growth method | |
JP4768759B2 (en) | Group III nitride semiconductor substrate | |
JP2012174705A (en) | Epitaxial wafer for nitride semiconductor device and manufacturing method of the same | |
WO2015198492A1 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method and epitaxial wafer | |
JP6108609B2 (en) | Nitride semiconductor substrate | |
JP6156833B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor substrate | |
JP2017130539A (en) | Nitride semiconductor device, and manufacturing method and manufacturing apparatus of nitride semiconductor device | |
JP2016058539A (en) | Method of manufacturing high electron mobility transistor | |
WO2013128892A1 (en) | Production method for self-supporting substrate | |
KR101517808B1 (en) | GROWTH METHOD OF GaN ON Si FOR REDUCING CRACKS | |
TWI752256B (en) | Substrate and method of making the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180302 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180828 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180911 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181109 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190129 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190207 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6480244 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |