JP6684812B2 - Iii族窒化物に基づく不動態化された半導体構造体を製造する方法及びそのような構造体 - Google Patents
Iii族窒化物に基づく不動態化された半導体構造体を製造する方法及びそのような構造体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6684812B2 JP6684812B2 JP2017538726A JP2017538726A JP6684812B2 JP 6684812 B2 JP6684812 B2 JP 6684812B2 JP 2017538726 A JP2017538726 A JP 2017538726A JP 2017538726 A JP2017538726 A JP 2017538726A JP 6684812 B2 JP6684812 B2 JP 6684812B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- nitride
- passivation layer
- diffraction
- crystal
- 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 57
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 38
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 107
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 75
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 71
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 65
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 55
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 33
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 32
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 31
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 23
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 16
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 14
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 14
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 claims description 13
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 11
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 10
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 claims description 9
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 8
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001341 grazing-angle X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Chemical group 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 294
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 13
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 9
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 6
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000002128 reflection high energy electron diffraction Methods 0.000 description 4
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 238000009304 pastoral farming Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- GPESMPPJGWJWNL-UHFFFAOYSA-N azane;lead Chemical compound N.[Pb] GPESMPPJGWJWNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- PQDJYEQOELDLCP-UHFFFAOYSA-N trimethylsilane Chemical compound C[SiH](C)C PQDJYEQOELDLCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
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
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- 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
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/02433—Crystal orientation
-
- 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
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—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
- H01L21/02365—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
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
- H01L29/045—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
- H01L29/205—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
-
- 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
- H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
− Sakaiらによる「A New Method of Reducing Dislocation Density in GaN Layer Grown on Sapphire Substrate by MOVPE」と題された、J.Cryst.Growth、221、334(2000)の論文、
− S.Tanakaらによる「Anti−Surfactant in III−Nitride Epitaxy−Quantum Dot Formation and Dislocation Termination」と題された、Jap.J.Appl.Phys.、39、L83 1(2000)の論文、
− F.Yunらによる「Efficacy of single and double SiNx interlayers on defect reduction in GaN overlayers grown by organometallic vapor−phase epitaxy」と題された、J.Appl.Phys.、98、123502(2005)の論文、
− 独国特許出願公開第10151092号明細書、
− 国際公開第2007/133603号。
− 半導体構造体のIII族窒化物に基づく層の表面全体を連続的に覆う結晶不動態化層を堆積させるステップを備え、前記結晶不動態化層は、シリコン原子及び窒素原子を含む前駆体から堆積され、前記結晶不動態化層は、III族窒化物に基づく層の表面に結合されたシリコン原子及び窒素原子から構成され、かつ、方向[1−100]における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶不動態化層の回折像が、
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と、を含むように、周期的な構成に配置され、
− 堆積を中断すること及びIII族窒化物に基づく構造体のための支持を形成する不動態化された半導体構造体を得ることを備える。
− 結晶不動態化層は、III族窒化物に基づく層とエピタキシャル関係にある。
− 方向[1−210]における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶不動態化層の回折像は、中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)を、それらの間に分数次線が存在しない状態で含む。
− 前記結晶不動態化層は、III族窒化物に基づく層の表面に結合された原子から構成され、また、III族窒化物層の格子に対して30°だけ回転されて、III族窒化物に基づく層の格子の格子定数よりも√3倍大きな格子定数を有する、六方晶系の周期的構造に配列される。
− 結晶不動態化層を堆積させるステップは、超高真空蒸着から構成される。
− 結晶不動態化層を堆積させるステップは、分子線エピタキシーによる堆積から構成される。
− この方法は、前記結晶不動態化層の回折像を得るために、結晶不動態化層を堆積させるステップの間に、結晶学的方向[1−100]における電子の斜入射回折によって結晶不動態化層のカバレッジレベルを測定するステップを含み、結晶不動態化層を堆積させるステップの持続時間は、方向[1−100]での電子回折によって得られる結晶不動態化層のこの回折像の少なくとも1つの分数次回折線の強度の関数である。
− 方向[1−100]において、結晶層の回折像は、
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と、を含み、
前記分数次線の光度が最大になるときに、結晶不動態化層を堆積させるステップは中断される。
− 結晶不動態化層を堆積させるステップは、気相堆積から構成される。
− 結晶不動態化層を堆積させるステップは、金属有機気相成長による堆積から構成される。
− 結晶不動態化層は、6Å未満の厚さを有する。
− この方法は、基板上にバッファ層を形成するステップを含み、前記バッファ層は、III族窒化物に基づく層を含み、III族窒化物に基づく層の上には結晶不動態化層が堆積される。
− バッファ層は、その形成の終了時に、10〜200nmの間の厚さを有する。
− 基板はシリコンに基づいており、バッファ層を形成するステップは、窒化アルミニウムAlN層を堆積させることを含む。
− バッファ層を形成するステップは、窒化アルミニウム層上に窒化ガリウム及びアルミニウムAlGaN層を堆積させることを含む。
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と、を含むように、周期的な構造に配列される。
− 結晶不動態化層は、III族窒化物に基づく層とエピタキシャル関係にある。
− 方向[1−210]における電子の斜入射回折によって得られる前記結晶不動態化層の回折像は、中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)を、それらの間に分数次線が存在しない状態で含む。
− 前記結晶不動態化層は、III族窒化物に基づく層の表面に結合された原子から構成され、また、III族窒化物に基づく層の格子に対して30°だけ回転されて、III族窒化物に基づく層の格子の格子定数よりも√3倍大きな格子定数を有する、六方晶系の周期的構造に配列される。
− 結晶不動態化層は、6Å未満の厚さを有する。
− III族窒化物に基づく層は、自己支持層である。
− この構造体は、基板と基板上のバッファ層とを含み、バッファ層はIII族窒化物に基づく層を構成し、III族窒化物に基づく層の表面全体は結晶不動態化層によって連続的に覆われている。
− バッファ層は、10〜200nmの間の厚さを有する。
− 基板はシリコンに基づいており、バッファ層は、窒化アルミニウムAlN層と、更には窒化アルミニウムAlN層上の窒化ガリウム及びアルミニウムAlGaN層とを含む。
− この構造体は、サファイアAl2O3、シリコンSi、シリコン・オン・インシュレーターSOI、炭化ケイ素SiC、窒化アルミニウムAlN、酸化亜鉛ZnO、又はガリウム砒素GaAsに基づく基板を含む。
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と、を含むように、周期的な構造に配列される。
− 基板上にバッファ層を形成するステップ100と、
− バッファ層上に結晶不動態化層を堆積させるステップ201と、から構成されるステップを含み、前記バッファ層はIII族窒化物に基づく層を含む。
半導体構造体を製造するために、基板10を使用して、その上で異なる堆積ステップが実施される。
− シリコン基板は、サファイア基板よりも安価である。
− シリコン基板の寸法(一般的に、最大で12インチ、即ち30.48cm)は、サファイア基板の寸法(一般的に、最大で6インチ、即ち15.24cm)よりも大きい。従って、シリコン基板を使用して、より大きな表面積の窒化ガリウムGaN層を製造することが可能である。
− 窒化ガリウムGaN層の成長後の、部品製造の異なる成長後ステップ(後面研磨、前面転写、基板の除去、等)は、サファイア基板の場合よりも、シリコン基板を使用した場合には、より単純でより安価になる。
この方法は、バッファ層20を形成するステップ100を含み、バッファ層20の上部層は、次いでIII族窒化物に基づく層を構成し、III族窒化物に基づく層の上には結晶不動態化層31が堆積される。このバッファ層は、窒化アルミニウムAlN、窒化アルミニウムガリウムAlGaN、窒化アルミニウムガリウムホウ素AlGaBN、AlN/AlGaNのスタック、段階的なAlGaN、酸化亜鉛ZnO、窒化ホウ素BN、又は代わりに炭化ケイ素SiC、の層を含むことがある。しかしながら、全ての場合で、バッファ層は、窒化アルミニウムAlN、窒化アルミニウムガリウムAlGaNなどのIII族窒化物に基づく上部層を有する。
− 25〜100nmの窒化アルミニウムAlNと、
− 25〜400nmの窒化アルミニウム及びガリウムAlGaN。
この方法は、バッファ層20上に結晶不動態化層31を堆積させるステップ201を含む。結晶不動態化層31は、バッファ層20とエピタキシャル関係にある。
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 線(0、0)32と線(0、−1)33との間の、(0、−1/3)及び(0、−2/3)で表わされる、2つの分数次回折線31と、
− 線(0、0)32と線(0、1)34との間の、(0、1/3)及び(0、2/3)で表わされる、2つの分数次回折線35と、を含む。
結晶不動態化層31を堆積させるステップ201の終了時に、窒化ガリウムGaN層などの、III族窒化物に基づく半導体構造体を成長させるための、支持体が得られる。
結晶不動態化層31を堆積させるステップは、超高真空蒸着から構成されることがある。
− バッファ層20を形成するステップ、及び/又は、
− バッファ層20上に結晶不動態化層31を堆積させるステップは、
超高真空環境で実行される、分子線エピタキシー(MBE)によって、実行されることがある。
− 一方では、基板の環境における反応性ガスの痕跡を除去し、従って、基板の表面の寄生窒化反応の危険性を制限することができ、
− 他方では、成長反応器の汚れを制限し、従って、反応器の保全業務の頻度を低減することによって、生産収率を向上させることができる。
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と、を含む。
ここで、本発明による方法の実施例を説明する。
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 中心線(0、0)と整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と、を含むように、周期的な構造に配列される。
Claims (23)
- III族窒化物に基づく構造体のための支持を形成する不動態化された半導体構造体を製造する方法において、
前記半導体構造体のIII族窒化物に基づく層の表面全体を覆う結晶不動態化層(31)を堆積させるステップ(201)を備え、
前記結晶不動態化層は、シリコン原子を含む前駆体、及び、窒素原子の流れから堆積され、
前記結晶不動態化層(31)は、III族窒化物に基づく前記層の表面に結合されたシリコン原子及び窒素原子から構成され、かつ、電子の斜入射回折によって得られる結晶学的方向[1−100]における前記結晶不動態化層の回折像が、
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 前記中心線(0、0)と前記整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 前記中心線(0、0)と前記整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と、
を含むように、前記結晶学的方向[1−100]において三重の周期性を有し、
− 前記結晶不動態化層の堆積を中断すること及びIII族窒化物に基づく構造体のための支持を形成する不動態化された半導体構造体を得ることを備える
ことを特徴とする方法。 - 前記結晶不動態化層は、電子の斜入射回折によって得られる結晶学的方向[1−210]における前記結晶不動態化層の回折像が、中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)を、それらの間に分数次線が無い状態で含むように、前記結晶学的方向[1−210]に単一の周期性を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記結晶不動態化層は、III族窒化物に基づく前記層の前記表面に結合されたシリコン原子及び窒素原子からなり、また、前記III族窒化物層の格子に対して30°だけ回転されて、III族窒化物に基づく前記層の格子の格子定数よりも√3倍大きな格子定数を有する、六方晶系の周期的構造に配列される、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記結晶不動態化層を堆積させる前記ステップは、超高真空蒸着からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結晶不動態化層を堆積させる前記ステップは、分子線エピタキシーによる堆積からなる、請求項4に記載の方法。
- 前記結晶不動態化層の回折像を得るために、前記結晶不動態化層を堆積させる前記ステップの間に、結晶学的方向[1−100]における電子の斜入射回折によって前記結晶不動態化層のカバレッジレベルを測定するステップを含み、前記結晶不動態化層を堆積させる前記ステップの持続時間は、結晶学的方向[1−100]での電子回折によって得られる前記結晶不動態化層の回折像の少なくとも1つの分数次回折線の強度の関数である、請求項5に記載の方法。
- 前記結晶学的方向[1−100]における前記結晶不動態化層の前記回折像は、
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 前記中心線(0、0)と前記整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 前記中心線(0、0)と前記整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と
を含み、
前記分数次線の光度が最大になるときに前記結晶不動態化層を堆積させる前記ステップは中断される、請求項6に記載の方法。 - 前記結晶不動態化層を堆積させる前記ステップは、気相堆積からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結晶不動態化層を堆積させる前記ステップは、金属有機気相成長による堆積からなる、請求項8に記載の方法。
- 前記結晶不動態化層は、6Å未満の厚さを有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 基板(10)上にバッファ層(20)を形成するステップ(100)を含み、前記バッファ層(20)は、III族窒化物に基づく前記層を含み、III族窒化物に基づく前記層の上には前記結晶不動態化層(31)が堆積される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記バッファ層(20)は、その形成するステップの終了時に、10〜200nmの間の厚さを有する、請求項11に記載の方法。
- 前記基板はシリコンに基づいており、前記バッファ層(20)を形成する前記ステップ(100)は、窒化アルミニウムAlN層(21)を堆積させるステップ(110)を含む、請求項11又は12に記載の方法。
- 前記バッファ層(20)を形成する前記ステップ(100)は、前記窒化アルミニウム層の上に窒化ガリウム及びアルミニウムAlGaN層(22)を堆積すること(120)を含む、請求項13に記載の方法。
- III族窒化物に基づく構造体のための支持を形成する不動態化された半導体構造体であって、前記半導体構造体は、III族窒化物に基づく層を含み、この層の表面全体は、前記表面に結合されたシリコン原子及び窒素原子から構成される結晶不動態化層(31)によって完全に覆われ、また前記半導体構造体は、電子の斜入射回折によって得られる結晶学的方向[1−100]における前記結晶不動態化層の回折像が、
− 中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)と、
− 前記中心線(0、0)と前記整数次線(0、−1)との間の2つの分数次回折線(0、−1/3)及び(0、−2/3)と、
− 前記中心線(0、0)と前記整数次線(0、1)との間の2つの分数次回折線(0、1/3)及び(0、2/3)と
を含むように、前記結晶学的方向[1−100]においてシリコン原子の三重の周期性を有する、半導体構造体。 - 前記結晶不動態化層は、電子の斜入射回折によって得られる結晶学的方向[1−210]における前記結晶不動態化層の回折像が、中心線(0、0)並びに整数次線(0、−1)及び(0、1)を、それらの間に分数次線が無い状態で含むように、前記結晶学的方向[1−210]に単一の周期性を有する、請求項15に記載の構造体。
- 前記結晶不動態化層は、III族窒化物に基づく前記層の前記表面に結合されたシリコン原子からなり、また、III族窒化物に基づく前記層の格子に対して30°だけ回転されて、III族窒化物に基づく前記層の格子の格子定数よりも√3倍大きな格子定数を有する、六方晶系の周期的構造に配列される、請求項15又は16に記載の構造体。
- 前記結晶不動態化層は、6Å未満の厚さを有する、請求項15〜17のいずれか一項に記載の構造体。
- III族窒化物に基づく前記層は、自己支持層である、請求項15〜18のいずれか一項に記載の構造体。
- 基板(10)と前記基板上のバッファ層(20)とを含み、前記バッファ層はIII族窒化物に基づく前記層を構成し、III族窒化物に基づく前記層の表面全体は結晶不動態化層(31)によって連続的に覆われている、請求項15〜18のいずれか一項に記載の構造体。
- 前記バッファ層(20)は、10〜200nmの間の厚さを有する、請求項20に記載の構造体。
- 前記基板(10)はシリコンに基づいており、前記バッファ層は、窒化アルミニウムAlN層(21)と、更には前記窒化アルミニウムAlN層(21)上の窒化ガリウム及びアルミニウムAlGaN層(22)とを含む、請求項20又は21に記載の構造体。
- 基板(10)を含み、前記基板は、サファイア、シリコンSi、シリコン・オン・インシュレーターSOI、炭化ケイ素SiC、窒化アルミニウムAlN、酸化亜鉛ZnO、又はガリウム砒素GaAsに基づいている、請求項15〜18、20及び21のいずれか一項に記載の構造体。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1550461 | 2015-01-21 | ||
FR1550461A FR3031833B1 (fr) | 2015-01-21 | 2015-01-21 | Procede de fabrication d'une structure semi-conductrice a base de nitrures d'elements iii passivee et une telle structure |
PCT/FR2016/050124 WO2016116713A1 (fr) | 2015-01-21 | 2016-01-21 | Procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice à base de nitrures d'éléments iii passivée et une telle structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018509754A JP2018509754A (ja) | 2018-04-05 |
JP6684812B2 true JP6684812B2 (ja) | 2020-04-22 |
Family
ID=53298498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017538726A Active JP6684812B2 (ja) | 2015-01-21 | 2016-01-21 | Iii族窒化物に基づく不動態化された半導体構造体を製造する方法及びそのような構造体 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10361077B2 (ja) |
EP (1) | EP3248212B1 (ja) |
JP (1) | JP6684812B2 (ja) |
KR (1) | KR102585606B1 (ja) |
CN (1) | CN107408492B (ja) |
FR (1) | FR3031833B1 (ja) |
WO (1) | WO2016116713A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10629770B2 (en) * | 2017-06-30 | 2020-04-21 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Semiconductor method having annealing of epitaxially grown layers to form semiconductor structure with low dislocation density |
JP7132156B2 (ja) | 2019-03-07 | 2022-09-06 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
CN110931399A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-03-27 | 武汉大学 | 一种多种检测功能的rie半导体材料刻蚀装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7118929B2 (en) * | 2000-07-07 | 2006-10-10 | Lumilog | Process for producing an epitaxial layer of gallium nitride |
JP4301592B2 (ja) * | 1998-01-16 | 2009-07-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 窒化物半導体層付き基板の製造方法 |
WO2001043174A2 (en) * | 1999-12-13 | 2001-06-14 | North Carolina State University | Fabrication of gallium nitride layers on textured silicon substrates |
US6853663B2 (en) * | 2000-06-02 | 2005-02-08 | Agilent Technologies, Inc. | Efficiency GaN-based light emitting devices |
DE10151092B4 (de) | 2001-10-13 | 2012-10-04 | Azzurro Semiconductors Ag | Verfahren zur Herstellung von planaren und rißfreien Gruppe-III-Nitrid-basierten Lichtemitterstrukturen auf Silizium Substrat |
JP2005005658A (ja) * | 2003-06-11 | 2005-01-06 | Toshiaki Sakaida | 窒化物系化合物半導体の製造方法 |
WO2005048318A2 (en) * | 2003-11-17 | 2005-05-26 | Osemi, Inc. | Nitride metal oxide semiconductor integrated transistor devices |
US7687827B2 (en) * | 2004-07-07 | 2010-03-30 | Nitronex Corporation | III-nitride materials including low dislocation densities and methods associated with the same |
CN1825539A (zh) * | 2005-02-22 | 2006-08-30 | 中国科学院半导体研究所 | 一种在硅衬底上生长无裂纹ⅲ族氮化物的方法 |
JP4963816B2 (ja) * | 2005-04-21 | 2012-06-27 | シャープ株式会社 | 窒化物系半導体素子の製造方法および発光素子 |
US7723216B2 (en) | 2006-05-09 | 2010-05-25 | The Regents Of The University Of California | In-situ defect reduction techniques for nonpolar and semipolar (Al, Ga, In)N |
US20090200635A1 (en) * | 2008-02-12 | 2009-08-13 | Viktor Koldiaev | Integrated Circuit Having Electrical Isolation Regions, Mask Technology and Method of Manufacturing Same |
GB2485418B (en) * | 2010-11-15 | 2014-10-01 | Dandan Zhu | Semiconductor materials |
WO2013139888A1 (de) * | 2012-03-21 | 2013-09-26 | Freiberger Compound Materials Gmbh | Verfahren zur herstellung von iii-n-templaten und deren weiterverarbeitung, und iii-n-template |
FR3001334B1 (fr) * | 2013-01-24 | 2016-05-06 | Centre Nat De La Rech Scient (Cnrs) | Procede de fabrication de diodes blanches monolithiques |
-
2015
- 2015-01-21 FR FR1550461A patent/FR3031833B1/fr active Active
-
2016
- 2016-01-21 US US15/545,289 patent/US10361077B2/en active Active
- 2016-01-21 JP JP2017538726A patent/JP6684812B2/ja active Active
- 2016-01-21 KR KR1020177023093A patent/KR102585606B1/ko active IP Right Grant
- 2016-01-21 WO PCT/FR2016/050124 patent/WO2016116713A1/fr active Application Filing
- 2016-01-21 CN CN201680013729.XA patent/CN107408492B/zh active Active
- 2016-01-21 EP EP16705569.8A patent/EP3248212B1/fr active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3248212B1 (fr) | 2021-08-18 |
FR3031833A1 (fr) | 2016-07-22 |
EP3248212A1 (fr) | 2017-11-29 |
KR102585606B1 (ko) | 2023-10-06 |
WO2016116713A1 (fr) | 2016-07-28 |
US10361077B2 (en) | 2019-07-23 |
CN107408492A (zh) | 2017-11-28 |
FR3031833B1 (fr) | 2018-10-05 |
CN107408492B (zh) | 2020-10-16 |
US20180012753A1 (en) | 2018-01-11 |
JP2018509754A (ja) | 2018-04-05 |
KR20170105598A (ko) | 2017-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6666353B2 (ja) | Iii族窒化物に基づく半導体支持体の製造 | |
JP6055908B2 (ja) | エピタキシ基板、エピタキシ基板の製造方法、およびエピタキシ基板を備えたオプトエレクトロニクス半導体チップ | |
US8591652B2 (en) | Semi-conductor substrate and method of masking layer for producing a free-standing semi-conductor substrate by means of hydride-gas phase epitaxy | |
US8450190B2 (en) | Fabrication of GaN substrate by defect selective passivation | |
TW200419652A (en) | Growth of reduced dislocation density non-polar gallium nitride by hydride vapor phase epitaxy | |
JP2010512301A (ja) | 様々な基板上の(Al,In,Ga,B)NのM面および半極性面の結晶成長 | |
Caliebe et al. | Improvements of MOVPE grown (11-22) oriented GaN on prestructured sapphire substrates using a SiNx interlayer and HVPE overgrowth | |
JP6684812B2 (ja) | Iii族窒化物に基づく不動態化された半導体構造体を製造する方法及びそのような構造体 | |
Kim et al. | Epitaxial Lateral Overgrowth of GaN on Si (111) Substrates Using High‐Dose, N+ Ion Implantation | |
JPH11233391A (ja) | 結晶基板とそれを用いた半導体装置およびその製法 | |
US9899564B2 (en) | Group III nitride semiconductor and method for producing same | |
Katona et al. | Maskless lateral epitaxial overgrowth of high-aluminum-content Al x Ga 1− x N | |
CN105612276B (zh) | 外延生长用模板以及其制作方法、和氮化物半导体装置 | |
JP2005340747A (ja) | Iii−v族窒化物系半導体基板及びその製造方法、iii−v族窒化物系半導体デバイス、iii−v族窒化物系半導体基板のロット | |
KR101355086B1 (ko) | 나노 필러 구조를 이용한 반극성 질화물층의 제조방법 | |
Caliebe et al. | Effects of miscut of prestructured sapphire substrates and MOVPE growth conditions on (112¯ 2) oriented GaN | |
US20150115277A1 (en) | Episubstrates for Selective Area Growth of Group III-V Material and a Method for Fabricating a Group III-V Material on a Silicon Substrate | |
JP4873705B2 (ja) | 窒化インジウム(InN)あるいは高インジウム組成を有する窒化インジウムガリウム(InGaN)エピタキシャル薄膜の形成方法 | |
CN113196450A (zh) | 用于制造生长衬底的方法 | |
JP2016533643A (ja) | 半導体ウェハおよび半導体ウェハを製造するための方法 | |
Bhattacharyya et al. | A Strategic Review of Reduction of Dislocation Density at the Heterogenious Junction of GAN Epilayer on Foreign Substrate | |
Hong et al. | Double pendeo-epitaxial growth of GaN films with low density of threading dislocation | |
Han | Growth of gallium nitride layers with very low threading dislocation densities |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170922 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181206 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191210 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200228 |
|
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: 20200310 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200330 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6684812 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 |