JP6714841B2 - Method for manufacturing nitride semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor device.

従来、砒化ガリウム(以下、GaAs)基板上に窒化ガリウム(以下、GaN)層をヘテロ結晶成長させる場合に、GaAs基板とGaN層との間にGaN低温成長バッファ層を設けることが知られている(例えば、特許文献1参照)。さらに、貫通転位を低減するべく、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)により、島状特徴を有する低温GaN層と低温GaN層上の高温GaN層とを形成することが知られている(例えば、特許文献2参照)。また、ピットを有するGaN層である中間層を形成した後に、当該ピットを埋め込むことが知られている(例えば、特許文献3参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開平9−255496号公報
[特許文献2] 特開2013−241331号公報
[特許文献3] 特開2007−201424号公報
Conventionally, it has been known to provide a GaN low temperature growth buffer layer between a GaAs substrate and a GaN layer when a gallium nitride (hereinafter GaN) layer is heterocrystal-grown on a gallium arsenide (hereinafter GaAs) substrate. (For example, refer to Patent Document 1). Further, in order to reduce threading dislocations, it is known to form a low temperature GaN layer having an island-like feature and a high temperature GaN layer on the low temperature GaN layer by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) (for example, Patent Document 1). 2). It is also known to fill the pits after forming an intermediate layer that is a GaN layer having pits (see, for example, Patent Document 3).
[Prior Art Document]
[Patent Document]
[Patent Document 1] JP-A-9-255496 [Patent Document 2] JP-A-2013-241331 [Patent Document 3] JP-A-2007-201424

GaN基板上にGaN層をホモエピタキシャル成長させる際に、GaN基板の温度を1000℃程度とする場合がある。ただし、この場合、GaN基板の表面から窒素原子が抜けて、GaN基板の表面荒れが生じる。GaN層の結晶品質は下地であるGaN基板の表面状態に依存するので、GaN基板の表面荒れに起因してGaN層の結晶品質が低下する。 When homo-epitaxially growing a GaN layer on a GaN substrate, the temperature of the GaN substrate may be set to about 1000°C. However, in this case, nitrogen atoms escape from the surface of the GaN substrate, causing surface roughness of the GaN substrate. Since the crystal quality of the GaN layer depends on the surface state of the underlying GaN substrate, the crystal quality of the GaN layer deteriorates due to the surface roughness of the GaN substrate.

本発明の第1の態様においては、窒化物半導体装置の製造方法を提供する。窒化物半導体装置は、窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に設けられた窒化物半導体層とを有してよい。窒化物半導体装置の製造方法は、成膜室に配置した窒化物半導体基板を加熱して、窒化物半導体基板を成長温度まで昇温させ、且つ、成長温度に達した後は成長温度に維持する加熱段階と、窒化物半導体基板の加熱を開始してから窒化物半導体基板が成長温度に達する前に、窒化物半導体層を形成する材料ガスの成膜室への導入を開始して、窒化物半導体基板が成長温度に達した後も材料ガスの成膜室への導入を継続するガス導入段階と、を備えてよい。 According to a first aspect of the present invention, a method for manufacturing a nitride semiconductor device is provided. The nitride semiconductor device may include a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor layer provided on the nitride semiconductor substrate. A method for manufacturing a nitride semiconductor device is performed by heating a nitride semiconductor substrate arranged in a film forming chamber to raise the temperature of the nitride semiconductor substrate to a growth temperature, and maintaining the growth temperature after reaching the growth temperature. In the heating step and before the nitride semiconductor substrate reaches the growth temperature after starting the heating of the nitride semiconductor substrate, the introduction of the material gas for forming the nitride semiconductor layer into the film forming chamber is started to And a gas introducing step of continuously introducing the material gas into the film forming chamber even after the semiconductor substrate reaches the growth temperature.

ガス導入段階において、材料ガスの導入開始から予め定められた切替タイミングまでは、水素を含まないキャリアガスを用いて材料ガスを成膜室に導入し、切替タイミングより後は、水素を含むキャリアガスを用いて材料ガスを成膜室に導入してよい。 In the gas introduction stage, the material gas is introduced into the film forming chamber using a carrier gas containing no hydrogen from the start of introduction of the material gas to a predetermined switching timing, and after the switching timing, the carrier gas containing hydrogen is introduced. May be used to introduce the material gas into the film forming chamber.

材料ガスは、5族元素含有ガスを含んでよい。切替タイミングより前における5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量は、切替タイミングより後における5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量よりも少なくてよい。 The material gas may include a Group 5 element-containing gas. The flow rate of the group 5 element-containing gas per unit time before the switching timing may be smaller than the flow rate of the group 5 element-containing gas after the switching timing per unit time.

材料ガスは、3族元素含有ガスを含んでよい。切替タイミングより前における3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量は、切替タイミングより後における3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量よりも少なくてよい。 The material gas may include a Group 3 element-containing gas. The flow rate of the group 3 element-containing gas per unit time before the switching timing may be smaller than the flow rate of the group 3 element-containing gas after the switching timing per unit time.

材料ガスは、3族元素含有ガスおよび5族元素含有ガスを含んでよい。3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量に対する5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量の比率は、切替タイミングより前よりも切替タイミングより後において低くてよい。 The material gas may include a Group 3 element-containing gas and a Group 5 element-containing gas. The ratio of the flow rate of the group 5 element-containing gas per unit time to the flow rate of the group 3 element-containing gas may be lower after the switching timing than before before the switching timing.

切替タイミングにおける窒化物半導体基板の温度は、700℃以上であり成長温度より低くてよい。 The temperature of the nitride semiconductor substrate at the switching timing is 700° C. or higher and may be lower than the growth temperature.

ガス導入段階において、窒化物半導体基板の温度が500℃以上、900℃以下であるときに、材料ガスの導入を開始してよい。 In the gas introduction step, introduction of the material gas may be started when the temperature of the nitride semiconductor substrate is 500° C. or higher and 900° C. or lower.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The above summary of the invention does not enumerate all necessary features of the invention. Further, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

第1実施形態における縦型MOSFET100の断面概要を示す図である。It is a figure which shows the cross-section outline of the vertical MOSFET 100 in 1st Embodiment. 第1実施形態における縦型MOSFET100の製造工程を示すフロー図である。FIG. 6 is a flow chart showing a manufacturing process of the vertical MOSFET 100 in the first embodiment. (a)は、段階S10および段階S15におけるGaN基板10の温度の推移を示すタイミングチャートである。(b)は、各タイミングに応じた(1)導入ガス、(2)成膜室の状態、および(3)形成される層を説明する図である。(A) is a timing chart showing the transition of the temperature of the GaN substrate 10 in steps S10 and S15. (B) is a figure explaining (1) introduction gas according to each timing, (2) state of film-forming chamber, and (3) formed layer. 製造工程における段階S10を示す図である。It is a figure showing stage S10 in a manufacturing process. 製造工程における段階S15を示す図である。It is a figure showing stage S15 in a manufacturing process. 製造工程における段階S20を示す図である。It is a figure showing stage S20 in a manufacturing process. 製造工程における段階S30を示す図である。It is a figure which shows step S30 in a manufacturing process. 製造工程における段階S40を示す図である。It is a figure which shows step S40 in a manufacturing process. 製造工程における段階S50を示す図である。It is a figure which shows step S50 in a manufacturing process.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all of the combinations of features described in the embodiments are essential to the solving means of the invention.

本明細書において、nまたはpは、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nまたはpの右肩に記載した+または−について、+はそれが記載されていないものよりもキャリア濃度が高く、−はそれが記載されていないものよりもキャリア濃度が低いことを意味する。 In the present specification, n or p means that electrons or holes are majority carriers, respectively. Regarding + or-marked on the right shoulder of n or p, + means that the carrier concentration is higher than that not described, and-means that the carrier concentration is lower than that not described. To do.

図1は、第1実施形態における縦型MOSFET100の断面概要を示す図である。本例の縦型MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)100は、電流の導通および非導通をスイッチングする機能を有する。 FIG. 1 is a diagram showing an outline of a cross section of the vertical MOSFET 100 in the first embodiment. The vertical MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 100 of this example has a function of switching between conduction and non-conduction of current.

本例の縦型MOSFET100は、窒化物半導体基板としてのn型のGaN基板10と、窒化物半導体層としてのGaN層12と、ゲート絶縁膜32と、ゲート電極34と、ソース電極44と、ドレイン電極54とを有する。GaN層12のおもて面14の少なくとも一部には不純物がドープされた領域が露出してよい。本例において、不純物がドープされた領域とは、おもて面14から所定の深さ範囲に形成されたp型ウェル24、p型ウェル26およびn型ウェル28である。 The vertical MOSFET 100 of this example includes an n + -type GaN substrate 10 as a nitride semiconductor substrate, a GaN layer 12 as a nitride semiconductor layer, a gate insulating film 32, a gate electrode 34, and a source electrode 44. And a drain electrode 54. An impurity-doped region may be exposed on at least a part of the front surface 14 of the GaN layer 12. In this example, the impurity-doped regions are the p-type well 24, the p + -type well 26, and the n + -type well 28 formed in the predetermined depth range from the front surface 14.

本例のGaN層12は、GaN基板10上に設けられる。GaN層12は、GaN基板10上にエピタキシャル形成される。本例において、おもて面14はGaN基板10と接しないGaN層12の主面であり、裏面16はGaN層12と接しないGaN基板10の主面である。本例において「上」とは、GaN基板10の裏面16からGaN層12のおもて面14に向かう方向を意味する。また、「下」とは、当該「上」と逆方向を意味する。「上」および「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。「上」および「下」は、層および膜等の相対的ない位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎない。 The GaN layer 12 of this example is provided on the GaN substrate 10. The GaN layer 12 is epitaxially formed on the GaN substrate 10. In this example, the front surface 14 is the main surface of the GaN layer 12 that is not in contact with the GaN substrate 10, and the back surface 16 is the main surface of the GaN substrate 10 that is not in contact with the GaN layer 12. In this example, “upper” means the direction from the back surface 16 of the GaN substrate 10 toward the front surface 14 of the GaN layer 12. Further, “down” means in the opposite direction to the “up”. "Top" and "bottom" do not necessarily mean vertical to the ground. The terms "above" and "below" are merely expedient expressions that specify relative positional relationships such as layers and films.

GaN層12は、保護層20と、n型領域22と、p型ウェル24と、p型ウェル26と、n型ウェル28とを有する。本例の保護層20は、GaN基板10上に直接接して設けられる。また、本例のn型領域22は、保護層20上に直接接して設けられる。保護層20は、n型領域22と同じ材料および同じ組成を有してよい。本例の保護層20およびn型領域22は、ともにn型のGaN層である。それゆえ、保護層20の格子定数は、下層のGaN基板10と上層のn型領域22との格子定数と整合する。 The GaN layer 12 has a protective layer 20, an n-type region 22, a p-type well 24, a p + -type well 26, and an n + -type well 28. The protective layer 20 of this example is provided directly on the GaN substrate 10. The n-type region 22 of this example is provided directly on the protective layer 20. The protective layer 20 may have the same material and the same composition as the n-type region 22. The protective layer 20 and the n-type region 22 in this example are both n-type GaN layers. Therefore, the lattice constant of the protective layer 20 matches the lattice constant of the lower GaN substrate 10 and the upper n-type region 22.

保護層20は、n型領域22の形成時とは異なる温度で形成されてよい。さらに、保護層20は、n型領域22の形成時と比較して、複数のガス種における単位時間当たりの流量比を代えて形成してもよい。本例では、n型領域22の形成時とは異なる温度および流量比により、保護層20を形成する。保護層20の厚みは、1nm以上200nm以下であってよい。なお、GaN層12中における保護層20とn型領域22との境界は、TEM(Transmission Electron Microscope)等の観察手段を用いても、明確に区別できなくてもよい。 The protective layer 20 may be formed at a temperature different from that when forming the n-type region 22. Further, the protective layer 20 may be formed by changing the flow rate ratio per unit time for a plurality of gas species as compared with the case of forming the n-type region 22. In this example, the protective layer 20 is formed at a temperature and a flow rate ratio different from those when forming the n-type region 22. The thickness of the protective layer 20 may be 1 nm or more and 200 nm or less. The boundary between the protective layer 20 and the n-type region 22 in the GaN layer 12 may not be clearly distinguished by using an observation means such as TEM (Transmission Electron Microscope).

なお、保護層20は、明確に観察できる厚みを有さなくてもよい。つまり、保護層20の厚みは略ゼロnmであってもよい。GaN基板10上に所定の条件で原料ガスおよびキャリアガスを流すことにより、GaN基板10の上側の主面における表面荒れが改善されるとしてもよい。なお、原料ガスおよびキャリアガスとは、単位時間当たりに所定の流量で成膜室に導入される原料ガスおよびキャリアガスを意味する。 The protective layer 20 may not have a thickness that can be clearly observed. That is, the thickness of the protective layer 20 may be substantially zero nm. The surface roughness on the upper main surface of the GaN substrate 10 may be improved by causing the source gas and the carrier gas to flow over the GaN substrate 10 under predetermined conditions. The raw material gas and the carrier gas mean the raw material gas and the carrier gas introduced into the film forming chamber at a predetermined flow rate per unit time.

本例の保護層20は、GaN基板10上にGaN層12をホモエピタキシャル成長させる際に、GaN基板10表面から窒素原子が抜けるのを防止する機能を有してよい。保護層20を設けることにより、格子整合を維持しつつGaN基板10の表面荒れを防ぐことができるので、保護層20を設けない場合と比較してGaN層12の結晶品質を向上させることができる。また、保護層20形成用の材料ガスを流すことによりGaN基板10の表面荒れを防ぐことができるので、上述の様に保護層20の厚み自体は略ゼロであってもGaN層12の結晶品質を向上させることができる。 The protective layer 20 of this example may have a function of preventing nitrogen atoms from escaping from the surface of the GaN substrate 10 when the GaN layer 12 is homoepitaxially grown on the GaN substrate 10. By providing the protective layer 20, it is possible to prevent the surface roughness of the GaN substrate 10 while maintaining the lattice matching, so that it is possible to improve the crystal quality of the GaN layer 12 as compared with the case where the protective layer 20 is not provided. .. Further, since the surface roughness of the GaN substrate 10 can be prevented by flowing the material gas for forming the protective layer 20, even if the thickness of the protective layer 20 itself is substantially zero as described above, the crystal quality of the GaN layer 12 is small. Can be improved.

本例のn型領域22は、縦型MOSFET100のドリフト層として機能する。本例のp型ウェル24は、n型領域22へのイオン注入により形成される。p型ウェル24において、ゲート絶縁膜32の直下であってn型領域22とn型ウェル28との間における部分は、チャネル形成領域25として機能してよい。 The n-type region 22 of this example functions as a drift layer of the vertical MOSFET 100. The p-type well 24 of this example is formed by ion implantation into the n-type region 22. In the p-type well 24, a portion immediately below the gate insulating film 32 and between the n-type region 22 and the n + -type well 28 may function as the channel formation region 25.

本例のp型ウェル26は、p型ウェル24へのイオン注入により形成される。p型ウェル26は、ソース電極44との接触抵抗を低減する機能、および、オフ時の正孔引き抜き経路を提供する機能を有してよい。また、本例のn型ウェル28は、p型ウェル24およびp型ウェル26へのイオン注入により形成される。n型ウェル28は、ソース領域として機能する。 The p + type well 26 of this example is formed by ion implantation into the p type well 24. The p + type well 26 may have a function of reducing the contact resistance with the source electrode 44 and a function of providing a hole extraction path when turned off. Further, the n + type well 28 of this example is formed by ion implantation into the p type well 24 and the p + type well 26. The n + type well 28 functions as a source region.

GaNに対するn型不純物は、Si(シリコン)、Ge(ゲルマニウム)、およびO(酸素)の一種類以上の元素を含んでよい。本例においては、n型不純物としてSiを用いる。また、GaNに対するp型不純物は、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Be(ベリリウム)およびZn(亜鉛)のうち一種類以上の元素を含んでよい。本例においては、p型不純物としてMgを用いる。 The n-type impurities for GaN may include one or more elements of Si (silicon), Ge (germanium), and O (oxygen). In this example, Si is used as the n-type impurity. Further, the p-type impurity for GaN may include one or more elements selected from Mg (magnesium), Ca (calcium), Be (beryllium), and Zn (zinc). In this example, Mg is used as the p-type impurity.

本例のゲート絶縁膜32は、p型ウェル24およびn型領域22の最上部に直接接する。本例のゲート電極34は、ゲート絶縁膜32上に直接接する。本例のソース電極44は、n型ウェル28およびp型ウェル26に電気的に接続する。また、本例のドレイン電極54は、GaN基板10の裏面16と直接接する。 The gate insulating film 32 of this example is in direct contact with the uppermost portions of the p-type well 24 and the n-type region 22. The gate electrode 34 of this example is in direct contact with the gate insulating film 32. The source electrode 44 of this example is electrically connected to the n + type well 28 and the p + type well 26. Further, the drain electrode 54 of this example is in direct contact with the back surface 16 of the GaN substrate 10.

ゲート端子30、ソース端子40およびドレイン端子50を、それぞれG、DおよびSに丸を付けて示す。本例では、ドレイン電極54が所定の高電位を有し、かつ、ソース電極44が接地電位を有する場合に、ゲート端子30からゲート電極34に閾値電圧以上の電位が与えられると、チャネル形成領域25に電荷反転層が形成され、ドレイン端子50からソース端子40へ電流が流れる。また、ゲート電極34に閾値電圧よりも低い電位が与えられるとチャネル形成領域25における電荷反転層が消滅し、電流が遮断される。 The gate terminal 30, source terminal 40 and drain terminal 50 are shown with G, D and S circled, respectively. In this example, when the drain electrode 54 has a predetermined high potential and the source electrode 44 has the ground potential, when a potential equal to or higher than the threshold voltage is applied from the gate terminal 30 to the gate electrode 34, the channel formation region is formed. A charge inversion layer is formed at 25, and a current flows from the drain terminal 50 to the source terminal 40. When a potential lower than the threshold voltage is applied to the gate electrode 34, the charge inversion layer in the channel formation region 25 disappears and the current is cut off.

図2は、第1実施形態における縦型MOSFET100の製造工程を示すフロー図である。本例の製造工程は、段階S10からS50の順に行われる。本例の製造工程は、保護層20をホモエピタキシャル形成する段階(S10)、n型領域22をホモエピタキシャル形成する段階(S15)、GaN層12のおもて面14に不純物をイオン注入する段階(S20)、GaN層12のおもて面14上にキャップ層18を設ける段階(S30)、GaN層12をアニールする段階(S40)、ゲート絶縁膜32等を形成する段階(S50)を備える。 FIG. 2 is a flow chart showing a manufacturing process of the vertical MOSFET 100 in the first embodiment. The manufacturing process of this example is performed in the order of steps S10 to S50. In the manufacturing process of this example, a step of homoepitaxially forming the protective layer 20 (S10), a step of homoepitaxially forming the n-type region 22 (S15), and a step of ion-implanting impurities into the front surface 14 of the GaN layer 12. (S20), providing the cap layer 18 on the front surface 14 of the GaN layer 12 (S30), annealing the GaN layer 12 (S40), and forming the gate insulating film 32 and the like (S50). ..

図3の(a)は、段階S10および段階S15におけるGaN基板10の温度の推移を示すタイミングチャートである。図3の(b)は、各タイミングに応じた(1)導入ガス、(2)成膜室の状態、および(3)形成される層を説明する図である。(a)および(b)において、横軸は時間を示す。また、(a)において、縦軸は温度を示す。 FIG. 3A is a timing chart showing the transition of the temperature of the GaN substrate 10 in steps S10 and S15. FIG. 3B is a diagram illustrating (1) introduction gas, (2) state of film forming chamber, and (3) formed layer according to each timing. In (a) and (b), the horizontal axis represents time. Further, in (a), the vertical axis represents temperature.

時刻tにおいて、GaN基板10の裏面16は成膜室中のサセプタに載置されており、裏面16とは反対側のGaN基板10の主面が成膜室内部に露出されてよい。GaN基板10の温度は、成膜室の室温Tであってよい。Tは、常温であってよく、例えば15℃である。 At time t 0 , the back surface 16 of the GaN substrate 10 is placed on the susceptor in the film formation chamber, and the main surface of the GaN substrate 10 opposite to the back surface 16 may be exposed inside the film formation chamber. The temperature of the GaN substrate 10 may be the room temperature T 0 of the film forming chamber. T 0 may be room temperature, for example 15° C.

時刻tからGaN基板10の加熱を開始する。加熱方式は、高周波加熱であってよく、ランプ加熱であってもよい。他の適切な加熱方式を採用してもよい。本例においては、時刻tから時刻tまで時間に対して線形に温度が上昇するように、GaN基板10を加熱する。本例においては、時刻tから時刻tまでが加熱段階である。時刻tから時刻tまではGaN基板10の温度を上昇させて、時刻tから時刻tまではGaN基板10の温度を維持し続ける。 The heating of the GaN substrate 10 is started from time t 0 . The heating method may be high frequency heating or lamp heating. Other suitable heating schemes may be used. In this example, the GaN substrate 10 is heated such that the temperature rises linearly with time from time t 0 to time t 3 . In this example, the heating stage is from time t 0 to time t 4 . The temperature of the GaN substrate 10 is increased from the time t 0 to the time t 3, and the temperature of the GaN substrate 10 is continuously maintained from the time t 3 to the time t 4 .

GaN基板10の加熱を開始してからGaN基板10が成長温度に達する前に、成膜室への材料ガスの導入を開始する。本例においては、昇温中である時刻tにおいて、材料ガスを成膜室へ導入し始める。本例においては、時刻tから時刻tまでがガス導入段階である。つまり、時刻tから時刻tまでは、材料ガスおよびキャリアガスを成膜室に流す。これにより、有機金属成長法(MOCVD)によりGaN層を形成する。 After the heating of the GaN substrate 10 is started and before the GaN substrate 10 reaches the growth temperature, the introduction of the material gas into the film forming chamber is started. In this example, the material gas is introduced into the film formation chamber at time t 1 during the temperature rise. In this example, the gas introduction stage is from time t 1 to time t 4 . That is, from time t 1 to time t 4 , the material gas and the carrier gas are caused to flow into the film formation chamber. Thereby, the GaN layer is formed by the metal organic growth method (MOCVD).

時刻tにおけるGaN基板10の温度Tは、400℃以上、450℃以上、500℃以上、550℃以上または600℃以上であってよく、かつ、850℃以下、900℃以下、950℃以下または1000℃以下であってよい。ただし、温度Tは、後述の温度Tよりは低い温度である。本例においては、GaN基板10の温度Tは、500℃以上900℃以下の温度である。これにより、GaN基板10上に直接接する保護層20を形成する。 Temperature T 1 of the GaN substrate 10 at time t 1 is, 400 ° C. or higher, 450 ° C. or higher, 500 ° C. or higher, it may be at 550 ° C. or higher, or 600 ° C. or higher, and, 850 ° C. or less, 900 ° C. or less, 950 ° C. or less Alternatively, it may be 1000° C. or lower. However, the temperature T 1 is lower than the temperature T 2 described later. In this example, the temperature T 1 of the GaN substrate 10 is a temperature of 500° C. or higher and 900° C. or lower. As a result, the protective layer 20 that directly contacts the GaN substrate 10 is formed.

本例の材料ガスは、GaN層12を形成するガスである。材料ガスは、3族元素含有ガスとしてのトリメチルガリウム(Ga(CH)(以下、TMG)と、5族元素含有ガスとしてのアンモニア(NH)と、モノシラン(SiH)とを含んでよい。モノシランのシリコン(Si)は、GaN層12におけるn型不純物として機能する。 The material gas of this example is a gas that forms the GaN layer 12. The material gas contains trimethylgallium (Ga(CH 3 ) 3 ) (hereinafter, TMG) as a group 3 element-containing gas, ammonia (NH 3 ) as a group 5 element-containing gas, and monosilane (SiH 4 ). Good. Silicon (Si) of monosilane functions as an n-type impurity in the GaN layer 12.

時刻tから時刻tまでは、水素(H)を含まないキャリアガスを用いて材料ガスを成膜室に導入する。時刻tから時刻tまでの時間は、数分であってよい。水素(H)を含まないキャリアガスは、窒素(N)を含んでよい。本例においては、当該キャリアガスは窒素ガスである。ガス導入開始温度Tにおいては、水素がGaN基板10と化学的に反応することにより、水素がGaN基板10をエッチングする場合がある。それゆえ、本例においては、時刻tから時刻tまでにおいて、キャリアガスとして窒素ガスを用いる。これにより、保護層20の成膜中にGaN基板10の上側の主面(裏面16とは反対の主面)の平坦性を維持することができる。 From time t 1 to time t 2 , the material gas is introduced into the film formation chamber using a carrier gas containing no hydrogen (H 2 ). The time from time t 1 to time t 2 may be several minutes. The carrier gas that does not include hydrogen (H 2 ) may include nitrogen (N 2 ). In this example, the carrier gas is nitrogen gas. At the gas introduction start temperature T 1 , hydrogen may chemically react with the GaN substrate 10, so that the hydrogen may etch the GaN substrate 10. Therefore, in this example, nitrogen gas is used as the carrier gas from time t 1 to time t 2 . Thereby, the flatness of the upper main surface (the main surface opposite to the back surface 16) of the GaN substrate 10 can be maintained during the formation of the protective layer 20.

時刻tは、予め定められたガス切替タイミングである。本例においては、昇温中である時刻tにおいて、V/III比およびキャリアガスを切替える。これにより、n型領域22の形成を開始する。時刻tにおけるGaN基板10の温度Tは、700℃以上、750℃以上、800℃以上、850℃以上または900℃以上であってよく、かつ、1100℃以下、1150℃以下または1200℃以下であってよい。また、温度Tは、n型領域22の成膜温度よりも10℃以上、20℃以上、30℃以上、40℃以上、50℃以上、60℃以上、70℃以上、80℃以上、90℃以上または100℃以上低い温度であってもよい。 Time t 2 is a gas switching timing determined in advance. In this example, the V/III ratio and the carrier gas are switched at time t 2 during the temperature rise. As a result, formation of the n-type region 22 is started. Temperature T 2 of the GaN substrate 10 at time t 2, 700 ° C. or higher, 750 ° C. or higher, 800 ° C. or higher, may be at 850 ° C. or higher, or 900 ° C. or higher, and, 1100 ° C. or less, 1150 ° C. or less, or 1200 ° C. or less May be The temperature T 2 is 10° C. or higher, 20° C. or higher, 30° C. or higher, 40° C. or higher, 50° C. or higher, 60° C. or higher, 70° C. or higher, 80° C. or higher, 90 higher than the film formation temperature of the n-type region 22. The temperature may be lower than 100°C or lower than 100°C.

本例において、V/III比とは、成膜室に導入する、3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量に対する5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量の比率を意味する。V/III比は、時刻tより前よりも、時刻tより後において低くてよい。本例においては、時刻tの前におけるV/III比は、時刻tの後におけるV/III比の約1.5倍である。つまり、時刻t前においては、ガリウムに対して窒素を過剰に供給することにより、GaN基板10からの窒素原子の抜けを低減しつつ保護層20を形成することができる。 In this example, the V/III ratio means the ratio of the flow rate of the group 5 element-containing gas per unit time to the flow rate of the group 3 element-containing gas introduced into the film forming chamber. The V/III ratio may be lower after time t 2 than before time t 2 . In this example, the V/III ratio before time t 2 is about 1.5 times the V/III ratio after time t 2 . That is, before time t 2 , the protective layer 20 can be formed while reducing the escape of nitrogen atoms from the GaN substrate 10 by excessively supplying nitrogen to gallium.

また、時刻tより前における5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量は、時刻tより後における5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量よりも少なくてよい。本例においては、時刻tの前におけるアンモニアの単位時間当たりの流量は、時刻tの後におけるアンモニアの単位時間当たりの流量の約半分である。さらに、時刻tより前における3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量は、時刻tより後における3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量よりも少なくてよい。本例においては、時刻tの前におけるTMGの単位時間当たりの流量は、時刻tの後におけるTMGの単位時間当たりの流量の約半分である。 The flow rate per unit time of the Group 5 element-containing gas in before time t 2 may be less than the flow rate per unit time of the Group 5 element-containing gas in the after time t 2. In this example, the flow rate per unit time ammonia before time t 2 is about half the flow rate per unit time of ammonia in the after time t 2. Further, the flow rate per unit time of the group III element-containing gas in before time t 2 may be less than the flow rate per unit of group III element-containing gas time in after time t 2. In this example, the flow rate per unit time TMG before time t 2 is about half the flow rate per unit time of TMG to definitive after time t 2.

本例では、段階S20よりもアンモニアおよびTMGの供給を抑制することにより、段階S10における保護層20の成長速度を抑制する。段階S10のGaN基板10の温度は段階S20に比べて低温であるので、段階S10の結晶品質は段階S20よりも低いと考えられる。それゆえ、段階S10の成長速度を抑制することにより、GaN層12全体としてみれば、より高品質なエピタキシャル層を形成することができる。 In this example, the growth rate of the protective layer 20 in step S10 is suppressed by suppressing the supply of ammonia and TMG more than in step S20. Since the temperature of the GaN substrate 10 of step S10 is lower than that of step S20, the crystal quality of step S10 is considered to be lower than that of step S20. Therefore, by suppressing the growth rate in step S10, a higher quality epitaxial layer can be formed for the GaN layer 12 as a whole.

時刻tより後において成膜室に導入されるキャリアガスは、水素を含んでよい。本例のキャリアガスは、時刻tより後において水素を含むが窒素を含まないように切替わる。「時刻tより後において水素を含むが窒素を含まないように切替わる」とは、時刻tちょうどにおいて、水素の供給は開始されたが、キャリアガスは未だ窒素も含んでおり、時刻tまでに窒素がゼロになるように窒素が減少することを意味する。なお、原料ガスのアンモニアおよびTMGもまた、時刻tまでに所定のV/III比となるように変化してよい。一例において、時刻tの後であって時刻tまでに、単位時間当たりのアンモニアの流量を223000μmol/minとし、単位時間当たりのTMGの流量を流量110μmol/minとしてよい。この場合、V/III比は約2000となる。 The carrier gas introduced into the film formation chamber after the time t 2 may contain hydrogen. The carrier gas of this example is switched to contain hydrogen but not nitrogen after time t 2 . The "including hydrogen in after the time t 2 switched to be free of nitrogen", at time t 2 just the supply of hydrogen was started, the carrier gas contains still be nitrogen, the time t By 3 it means that the nitrogen is reduced to zero. Incidentally, ammonia and TMG raw material gases may also be varied to a predetermined V / III ratio to the time t 3. In one example, the flow rate of ammonia per unit time may be 223000 μmol/min and the flow rate of TMG per unit time may be 110 μmol/min after time t 2 and before time t 3 . In this case, the V/III ratio is about 2000.

本例において成長温度とは、n型領域22の成長が進行する略一定の温度を意味する。ただし、成長温度は、固定された一定の温度のみを意味するものではない。成長温度は、予め定められた温度から所定の温度だけずれた温度範囲を有してもよい。例えば、成長温度は、1100℃±25℃の温度範囲である。本例において、時刻tにおける前GaN基板10の温度は、700℃以上であり成長温度より低い。本例では、成長温度に到達する前にn型領域22の成膜ガスを流し始めることにより、保護層20の形成から連続的にn型領域22の形成に移行することができる。 In this example, the growth temperature means a substantially constant temperature at which the growth of the n-type region 22 proceeds. However, the growth temperature does not mean only a fixed and constant temperature. The growth temperature may have a temperature range that deviates from a predetermined temperature by a predetermined temperature. For example, the growth temperature is in the temperature range of 1100° C.±25° C. In this example, the temperature of the front GaN substrate 10 at time t 2 is 700° C. or higher, which is lower than the growth temperature. In this example, by starting to flow the film forming gas of the n-type region 22 before reaching the growth temperature, it is possible to continuously shift from the formation of the protective layer 20 to the formation of the n-type region 22.

本例では、時刻tにGaN基板10の昇温を止める。時刻tから時刻tまでの時間は、数分であってよい。時刻tに、GaN基板10の温度は温度Tに到達してよい。本例の温度Tは、n型領域22の成長温度である。温度Tに到達した後は、GaN基板10の温度を成長温度に維持してよい。なお、GaN基板10の温度が成長温度に達した後も、時刻tまでは材料ガスの成膜室への導入は継続する。これにより、時刻tから時刻tまでは、温度Tに維持してn型領域22を成長させてよい。時刻tから時刻tまでの時間は、300分であってよい。 In this example, the temperature rise of the GaN substrate 10 is stopped at time t 3 . Time from time t 2 to time t 3 may be a few minutes. At time t 3 , the temperature of GaN substrate 10 may reach temperature T 3 . The temperature T 3 in this example is the growth temperature of the n-type region 22. After reaching the temperature T 3 , the temperature of the GaN substrate 10 may be maintained at the growth temperature. In addition, even after the temperature of the GaN substrate 10 reaches the growth temperature, the introduction of the material gas into the film forming chamber is continued until time t 4 . Thereby, from time t 3 to time t 4 , the temperature T 3 may be maintained and the n-type region 22 may be grown. The time from time t 3 to time t 4 may be 300 minutes.

本例では、時刻tにおいてGaN基板10の加熱を止める。本例において、時刻tから時刻tは冷却段階である。時刻tにおいて、温度Tまで低下したGaN基板10およびGaN層12の積層構造を成膜室から取り出してよい。 In this example, the heating of the GaN substrate 10 is stopped at time t 4 . In this example, time t 4 to time t 5 is the cooling stage. At time t 5 , the laminated structure of the GaN substrate 10 and the GaN layer 12 that has been lowered to the temperature T 0 may be taken out of the deposition chamber.

図4Aは、製造工程における段階S10を示す図である。段階S10においては保護層20をエピタキシャル形成する。図4Bは、製造工程における段階S15を示す図である。段階S15においてはn型領域22をエピタキシャル形成する。これにより、保護層20およびn型領域22を形成する。なお、図3で説明したように、段階S10と段階S15とは、ガス切替(時刻t)を挟んで連続的に実行される。 FIG. 4A is a diagram showing step S10 in the manufacturing process. In step S10, the protective layer 20 is epitaxially formed. FIG. 4B is a diagram showing step S15 in the manufacturing process. In step S15, the n-type region 22 is epitaxially formed. Thereby, the protective layer 20 and the n-type region 22 are formed. As described with reference to FIG. 3, step S10 and step S15 are continuously executed with the gas switching (time t 2 ) sandwiched therebetween.

図4Cは、製造工程における段階S20を示す図である。段階S20では、p型ウェル24、p型ウェル26およびn型ウェル28を形成する。本例においては、加速電圧20、40、70、110、150、200、250、および430(単位は全てkeV)、ドーズ量6E+12cm−2の多段注入によりMgをGaN層12へイオン注入する。これにより、段階S40のアニール後において、p型ウェル24の不純物濃度は1E+17cm−3となってよい。なお、Eは10の冪を意味する。例えば、E+17は1017を意味する。 FIG. 4C is a diagram showing step S20 in the manufacturing process. In step S20, the p-type well 24, the p + -type well 26, and the n + -type well 28 are formed. In this example, Mg is ion-implanted into the GaN layer 12 by multi-stage implantation with an acceleration voltage of 20, 40, 70, 110, 150, 200, 250, and 430 (all units are keV) and a dose amount of 6E+12 cm −2 . Accordingly, the impurity concentration of the p-type well 24 may be 1E+17 cm −3 after the annealing in step S40. In addition, E means the power of 10. For example, E+17 means 10 17 .

また、本例においては、加速電圧10keV、ドーズ量4.5E+13cm−2でMgをp型ウェル24にイオン注入する。これにより、段階S40のアニール後において、p型ウェル26の不純物濃度は2E+19cm−3となってよい。さらに、本例においては、加速電圧30、60、および80(単位は全てkeV)、ドーズ量3E+15cm−2の多段注入により、Siをp型ウェル24およびp型ウェル26にそれぞれイオン注入する。これにより、段階S40のアニール後において、n型ウェル28の不純物濃度は1E+20cm−3となってよい。 Further, in this example, Mg is ion-implanted into the p-type well 24 at an acceleration voltage of 10 keV and a dose amount of 4.5E+13 cm −2 . Accordingly, the impurity concentration of the p + -type well 26 may be 2E+19 cm −3 after the annealing in step S40. Further, in this example, Si is ion-implanted into the p-type well 24 and the p + -type well 26 by multi-stage implantation with an acceleration voltage of 30, 60, and 80 (all units are keV) and a dose amount of 3E+15 cm −2 . Accordingly, the impurity concentration of the n + type well 28 may be 1E+20 cm −3 after the annealing in step S40.

図4Dは、製造工程における段階S30を示す図である。段落S30では、キャップ層18を形成する。本例では、GaN基板10、GaN層12およびキャップ層18の積層構造を被処理積層体60と称する。本例では、イオン注入により各ウェルを形成するので、GaN層12のおもて面14は結晶性が乱れる。それゆえ、各ウェルをエピタキシャル形成した場合と比べて、アニール時にGaN層12から窒素原子が分解して放出されやすい。キャップ層18は、アニール時におもて面14から窒素原子が分解して放出されることを低減する機能を有する。 FIG. 4D is a diagram showing step S30 in the manufacturing process. In paragraph S30, the cap layer 18 is formed. In this example, the laminated structure of the GaN substrate 10, the GaN layer 12, and the cap layer 18 is referred to as a processed laminate 60. In this example, since each well is formed by ion implantation, the crystallinity of the front surface 14 of the GaN layer 12 is disturbed. Therefore, nitrogen atoms are more likely to be decomposed and released from the GaN layer 12 during annealing, as compared with the case where each well is epitaxially formed. The cap layer 18 has a function of reducing decomposition and release of nitrogen atoms from the front surface 14 during annealing.

本例のキャップ層18は、GaN層12のおもて面14に直接接して設けられたAlN(窒化アルミニウム)膜である。AlN膜は、AlNターゲットを用いたスパッタリング法等により形成してよい。キャップ層18は、2nm以上1000nm以下の厚みを有してよい。本例のキャップ層18は、約200nmの厚みを有する。 The cap layer 18 in this example is an AlN (aluminum nitride) film provided in direct contact with the front surface 14 of the GaN layer 12. The AlN film may be formed by a sputtering method using an AlN target. The cap layer 18 may have a thickness of 2 nm or more and 1000 nm or less. The cap layer 18 in this example has a thickness of about 200 nm.

図4Eは、製造工程における段階S40を示す図である。段階S40においては、アニール装置110内に被処理積層体60を配置して、予め定められた温度および圧力において被処理積層体60をアニールする。これにより、GaN層12をアニールする。アニール装置110内には、窒素ガスに加えてアルゴン(Ar)ガスが付加されてもよい。予め定められた圧力は、数百MPaであってよい。また、予め定められた温度は、1200℃以上1500℃以下、より好ましくは1400℃以上1500℃以下であってよい。アニール後に、水酸化カリウム水溶液(KOHaq)を用いてGaN層12に対して選択的にAlN膜を除去する。 FIG. 4E is a diagram showing step S40 in the manufacturing process. In step S40, the to-be-processed laminated body 60 is arrange|positioned in the annealing device 110, and the to-be-processed laminated body 60 is annealed at the temperature and the pressure which were predetermined. Thereby, the GaN layer 12 is annealed. Argon (Ar) gas may be added to the annealing device 110 in addition to nitrogen gas. The predetermined pressure may be several hundred MPa. Further, the predetermined temperature may be 1200° C. or higher and 1500° C. or lower, and more preferably 1400° C. or higher and 1500° C. or lower. After annealing, the AlN film is removed selectively with respect to the GaN layer 12 using an aqueous potassium hydroxide solution (KOHaq).

図4Fは、製造工程における段階S50を示す図である。段階S50においては、既知の成膜方法およびパターニング方法を適用することにより、ゲート絶縁膜32、ゲート電極34、ソース電極44およびドレイン電極54をそれぞれ形成する。本例においては、減圧化学気相成長法(LPCVD)によりゲート絶縁膜32としてのSiO膜を形成する。ゲート絶縁膜32の厚みは、例えば100nmである。 FIG. 4F is a diagram showing step S50 in the manufacturing process. In step S50, the gate insulating film 32, the gate electrode 34, the source electrode 44, and the drain electrode 54 are formed by applying known film forming methods and patterning methods. In this example, a SiO 2 film as the gate insulating film 32 is formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). The thickness of the gate insulating film 32 is 100 nm, for example.

その後、ゲート電極34として多結晶シリコンをLPCVDにより形成する。多結晶シリコンの成膜中または成膜後に多結晶シリコン中にリン(P)およびヒ素(As)の一種類以上の元素をドープしてよい。フォトリソグラフィおよびエッチングにより、ゲート絶縁膜32およびゲート電極34をパターニングする。 After that, polycrystalline silicon is formed as the gate electrode 34 by LPCVD. The polycrystalline silicon may be doped with one or more elements of phosphorus (P) and arsenic (As) during or after the deposition of the polycrystalline silicon. The gate insulating film 32 and the gate electrode 34 are patterned by photolithography and etching.

その後、ソース電極44を形成する。ソース電極44は、下層のTi(チタン)層と上層のAl(アルミニウム)層とを有する積層体であってよい。その後、ドレイン電極54を形成する。ドレイン電極54は、GaN基板10の裏面16と直接接する上層のTi層と下層のAl層とを有する積層体であってよい。その後、ゲート端子30、ソース端子40およびドレイン端子50と、ゲート電極34、ソース電極44およびドレイン電極54とを配線によりそれぞれ接続する。これにより、縦型MOSFET100が完成する。 Then, the source electrode 44 is formed. The source electrode 44 may be a laminated body including a lower Ti (titanium) layer and an upper Al (aluminum) layer. Then, the drain electrode 54 is formed. The drain electrode 54 may be a laminated body having an upper Ti layer and a lower Al layer that are in direct contact with the back surface 16 of the GaN substrate 10. Then, the gate terminal 30, the source terminal 40, and the drain terminal 50 are connected to the gate electrode 34, the source electrode 44, and the drain electrode 54 by wiring. As a result, the vertical MOSFET 100 is completed.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment. It is apparent to those skilled in the art that various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。 The execution order of each process such as operation, procedure, step, and step in the device, system, program, and method shown in the claims, the specification, and the drawings is, in particular, “before” or “prior to”. It should be noted that the output of the previous process can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. The operation flow in the claims, the specification, and the drawings is described using “first,” “next,” and the like for convenience, but it is essential that the operations are performed in this order. Not a thing.

10・・GaN基板、12・・GaN層、14・・おもて面、16・・裏面、18・・キャップ層、20・・保護層、22・・n型領域、24・・p型ウェル、25・・チャネル形成領域、26・・p型ウェル、28・・n型ウェル、30・・ゲート端子、32・・ゲート絶縁膜、34・・ゲート電極、40・・ソース端子、44・・ソース電極、50・・ドレイン端子、54・・ドレイン電極、60・・被処理積層体、100・・縦型MOSFET、110・・アニール装置 10 ···GaN substrate, 12···GaN layer, 14··front surface, 16··back surface, 18··cap layer, 20··protection layer, 22··n type region, 24··p type well , 25 ·· channel forming region, 26 · · p + type well, 28 · · n + type well, 30 · · gate terminal, 32 · · gate insulating film, 34 · · gate electrode, 40 · · source terminal, 44 ..Source electrode, 50..drain terminal, 54..drain electrode, 60..processed laminate, 100..vertical MOSFET, 110..annealing device

Claims (6)

窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に設けられた窒化物半導体層とを有する窒化物半導体装置の製造方法であって、
成膜室に配置した前記窒化物半導体基板を加熱して、前記窒化物半導体基板を成長温度まで昇温させ、且つ、前記成長温度に達した後は前記成長温度に維持する加熱段階と、
前記窒化物半導体基板の加熱を開始してから前記窒化物半導体基板が前記成長温度に達する前に、前記窒化物半導体層を形成する材料ガスの前記成膜室への導入を開始して、前記窒化物半導体基板が前記成長温度に達した後も前記材料ガスの前記成膜室への導入を継続するガス導入段階と
を備え
前記ガス導入段階において、前記材料ガスの導入開始から予め定められた切替タイミングまでは、水素を含まないキャリアガスを用いて前記材料ガスを前記成膜室に導入し、前記切替タイミングより後は、水素を含むキャリアガスを用いて前記材料ガスを前記成膜室に導入し、
前記材料ガスは、5族元素含有ガスを含み、
前記切替タイミングより前における前記5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量は、前記切替タイミングより後における前記5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量よりも少ない、製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor device having a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor layer provided on the nitride semiconductor substrate, comprising:
A heating step of heating the nitride semiconductor substrate arranged in the film forming chamber to raise the temperature of the nitride semiconductor substrate to a growth temperature, and maintaining the growth temperature after reaching the growth temperature;
Before starting the heating of the nitride semiconductor substrate and before the nitride semiconductor substrate reaches the growth temperature, the introduction of the material gas for forming the nitride semiconductor layer into the film forming chamber is started, and A gas introduction step of continuing the introduction of the material gas into the film forming chamber even after the nitride semiconductor substrate reaches the growth temperature ,
In the gas introduction step, from the start of introduction of the material gas to a predetermined switching timing, the material gas is introduced into the film forming chamber using a carrier gas containing no hydrogen, and after the switching timing, The material gas is introduced into the film forming chamber using a carrier gas containing hydrogen,
The material gas includes a Group 5 element-containing gas,
The manufacturing method , wherein the flow rate of the group 5 element-containing gas per unit time before the switching timing is smaller than the flow rate of the group 5 element-containing gas after the switching timing per unit time .
窒化物半導体基板と、前記窒化物半導体基板上に設けられた窒化物半導体層とを有する窒化物半導体装置の製造方法であって、A method for manufacturing a nitride semiconductor device having a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor layer provided on the nitride semiconductor substrate, comprising:
成膜室に配置した前記窒化物半導体基板を加熱して、前記窒化物半導体基板を成長温度まで昇温させ、且つ、前記成長温度に達した後は前記成長温度に維持する加熱段階と、A heating step of heating the nitride semiconductor substrate arranged in the film forming chamber to raise the temperature of the nitride semiconductor substrate to a growth temperature, and maintaining the growth temperature after reaching the growth temperature;
前記窒化物半導体基板の加熱を開始してから前記窒化物半導体基板が前記成長温度に達する前に、前記窒化物半導体層を形成する材料ガスの前記成膜室への導入を開始して、前記窒化物半導体基板が前記成長温度に達した後も前記材料ガスの前記成膜室への導入を継続するガス導入段階とBefore starting the heating of the nitride semiconductor substrate and before the nitride semiconductor substrate reaches the growth temperature, starting the introduction of the material gas for forming the nitride semiconductor layer into the film forming chamber, A gas introduction step of continuing the introduction of the material gas into the film forming chamber even after the nitride semiconductor substrate reaches the growth temperature;
を備え、Equipped with
前記ガス導入段階において、前記材料ガスの導入開始から予め定められた切替タイミングまでは、水素を含まないキャリアガスを用いて前記材料ガスを前記成膜室に導入し、前記切替タイミングより後は、水素を含むキャリアガスを用いて前記材料ガスを前記成膜室に導入し、In the gas introduction step, from the start of introduction of the material gas to a predetermined switching timing, the material gas is introduced into the film forming chamber using a carrier gas containing no hydrogen, and after the switching timing, The material gas is introduced into the film forming chamber using a carrier gas containing hydrogen,
前記切替タイミングにおける前記窒化物半導体基板の温度は、700℃以上であり前記成長温度より低い、製造方法。The manufacturing method, wherein the temperature of the nitride semiconductor substrate at the switching timing is 700° C. or higher and lower than the growth temperature.
前記材料ガスは、5族元素含有ガスを含み、
前記切替タイミングより前における前記5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量は、前記切替タイミングより後における前記5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量よりも少ない
請求項2に記載の製造方法。
The material gas includes a Group 5 element-containing gas,
The manufacturing method according to claim 2, wherein a flow rate of the group 5 element-containing gas per unit time before the switching timing is smaller than a flow rate of the group 5 element-containing gas after the switching timing per unit time.
前記材料ガスは、3族元素含有ガスを含み、
前記切替タイミングより前における前記3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量は、前記切替タイミングより後における前記3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量よりも少ない
請求項1から3のいずれか一項に記載の製造方法。
The material gas includes a Group 3 element-containing gas,
The flow rate per unit of the Group 3 element-containing gas time before from the switching timing, any one of claims 1-3 less than the flow rate per unit time of the Group 3 element-containing gas in the later than the switching timing The manufacturing method according to item .
前記材料ガスは、3族元素含有ガスおよび5族元素含有ガスを含み、
前記3族元素含有ガスの単位時間当たりの流量に対する前記5族元素含有ガスの単位時間当たりの流量の比率は、前記切替タイミングより前よりも前記切替タイミングより後において低い
請求項から4のいずれか一項に記載の製造方法。
The material gas includes a Group 3 element-containing gas and a Group 5 element-containing gas,
The flow rate ratio per unit time of the Group 5 element-containing gas per group III element units containing gas time to the flow rate, the one than before the switching timing of 4 from lower claim 1 in after the switching timing The method according to item 1.
前記ガス導入段階において、前記窒化物半導体基板の温度が500℃以上、900℃以下であるときに、前記材料ガスの導入を開始する
請求項1からのいずれか一項に記載の製造方法。
In the gas introducing step, the temperature of the nitride semiconductor substrate 500 ° C. or higher, when it is 900 ° C. or less, the production method according to any one of claims 1 5 for starting the introduction of the material gas.
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