JP7066178B2 - Manufacturing equipment and method for group III nitride semiconductor devices and manufacturing method for semiconductor wafers - Google Patents
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Description
本明細書の技術分野は、プラズマを用いたIII 族窒化物半導体素子の製造装置および製造方法ならびに半導体ウエハの製造方法に関する。 The technical field of the present specification relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a group III nitride semiconductor element using plasma, and a manufacturing method of a semiconductor wafer.
GaNに代表されるIII 族窒化物半導体では、その組成を変化させることにより、バンドギャップが0.6eVから6eVまで変化する。そのため、III 族窒化物半導体は、近赤外から深紫外までの広い範囲の波長に相当する発光素子や、レーザーダイオード、受光素子等に応用されている。 In the group III nitride semiconductor represented by GaN, the band gap changes from 0.6 eV to 6 eV by changing the composition. Therefore, group III nitride semiconductors are applied to light emitting devices, laser diodes, light receiving elements, etc., which correspond to a wide range of wavelengths from near infrared to deep ultraviolet.
また、III 族窒化物半導体は、高い破壊電界強度と、高い融点とを備えている。そのため、III 族窒化物半導体は、GaAs系半導体に代わる、高出力、高周波、高温用の半導体デバイスの材料として期待されている。それにともなって、HEMT素子などが研究開発されている。 In addition, group III nitride semiconductors have high breaking field strength and high melting point. Therefore, group III nitride semiconductors are expected as materials for high-power, high-frequency, high-temperature semiconductor devices to replace GaAs-based semiconductors. Along with this, HEMT elements and the like have been researched and developed.
III 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる方法として、例えば、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)がある。MOCVD法では、大量のアンモニアガスを用いる。そのため、MOCVD炉にアンモニアを除外する除害装置を設ける必要がある。また、アンモニアのランニングコストも高い。そして、有機金属ガスとアンモニアとの反応により半導体層を形成する。この反応を起こすために、基板温度を高温にする必要がある。基板温度が高いと、In濃度の高いInGaN層を高品質に成長させることは難しい。また、成長基板と半導体層との熱膨張差の違いにより、そりが発生しやすい。 As a method for epitaxially growing a group III nitride semiconductor, for example, there is a metalorganic chemical vapor deposition method (MOCVD method). The MOCVD method uses a large amount of ammonia gas. Therefore, it is necessary to equip the MOCVD furnace with an abatement device that excludes ammonia. Also, the running cost of ammonia is high. Then, a semiconductor layer is formed by the reaction between the organometallic gas and ammonia. In order to cause this reaction, it is necessary to raise the substrate temperature to a high temperature. When the substrate temperature is high, it is difficult to grow an InGaN layer having a high In concentration with high quality. In addition, warpage is likely to occur due to the difference in thermal expansion difference between the growth substrate and the semiconductor layer.
また、III 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる方法として、例えば、分子線エピタキシー法(MBE法)が挙げられる。MBE法では、低い成長温度でIII 族窒化物半導体を成長させることができる。しかし、ラジカルソースを用いるRF-MBE法では、成長速度が遅い。すなわち、RF-MBE法は、量産に向かない。アンモニアガスを用いるMBE法では、大量のアンモニアガスを使用するため、製造コストが高い。 Further, as a method for epitaxially growing a group III nitride semiconductor, for example, a molecular beam epitaxy method (MBE method) can be mentioned. In the MBE method, group III nitride semiconductors can be grown at a low growth temperature. However, the RF-MBE method using a radical source has a slow growth rate. That is, the RF-MBE method is not suitable for mass production. The MBE method using ammonia gas uses a large amount of ammonia gas, so that the manufacturing cost is high.
そのため、本発明者らは、III 族金属を含む有機金属ガスをプラズマ化せずに窒素原子を含むガスをプラズマ化して成長基板に供給するREMOCVD(Radical Enhanced Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を開発した(特許文献1)。特許文献1の技術では、GaN等を低温成長させることができる。そのため、熱膨張係数差に起因する応力を抑制することができる。
Therefore, the present inventors have developed a REMOCVD (Radical Enhanced Metalal Organic Chemical Vapor Deposition) method in which a gas containing a nitrogen atom is converted into plasma and supplied to a growth substrate without converting an organic metal gas containing a group III metal into plasma. (Patent Document 1). In the technique of
ところで、III 族窒化物半導体を成長させるために、III 族有機金属ガスを用いることが多い。III 族有機金属ガスは、炭素原子(例えば、メチル基)を有する。そのため、III 族窒化物半導体の結晶にIII 族有機金属ガスの炭素原子が混入することがある。III 族窒化物半導体の結晶性の観点から、炭素原子がIII 族窒化物半導体に混入しないことが好ましい。成長温度が低いほど、多くの炭素原子がIII 族窒化物半導体に混入する傾向にある。つまり、特許文献1の技術では、基板の歪や応力を緩和することができるが、炭素原子がIII 族窒化物半導体に比較的多く混入するおそれがある。
By the way, in order to grow a group III nitride semiconductor, a group III organometallic gas is often used. Group III organometallic gases have carbon atoms (eg, methyl groups). Therefore, the carbon atom of the group III organometallic gas may be mixed in the crystal of the group III nitride semiconductor. From the viewpoint of the crystallinity of the group III nitride semiconductor, it is preferable that carbon atoms are not mixed in the group III nitride semiconductor. The lower the growth temperature, the more carbon atoms tend to be mixed in the group III nitride semiconductor. That is, although the technique of
本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。その課題とは、比較的低温で成長させることができるとともにIII 族窒化物半導体への炭素原子の混入を抑制することのできるIII 族窒化物半導体素子の製造装置および製造方法ならびに半導体ウエハの製造方法を提供することである。 The technique described in the present specification has been made to solve the problems of the above-mentioned conventional technique. The problem is the manufacturing apparatus and manufacturing method of the group III nitride semiconductor element and the manufacturing method of the semiconductor wafer, which can be grown at a relatively low temperature and can suppress the mixing of carbon atoms into the group III nitride semiconductor. Is to provide.
第1の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造装置は、III 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させるためのものである。この製造装置は、第1の電極と、第1の電極に電位を付与する電位付与部と、成長基板を支持するための基板支持部と、基板支持部に第1のガスとしてIII 族金属を含む有機金属ガスを供給する第1のガス供給管と、基板支持部に第2のガスとして窒素ガスを含むガスを供給する第2のガス供給管と、第1の電極と基板支持部との間の位置に配置された金属メッシュ部材と、を有する。第1のガス供給管は、少なくとも1以上の第1のガス噴出口を有する。第1のガス噴出口は、基板支持部と金属メッシュ部材との間の位置に配置されている。第2のガス供給管は、第2のガスを第1の電極と金属メッシュ部材との間の空間を通過させる。第1のガス供給管および電位付与部は、第1の期間と第2の期間とを交互に繰り返す。第1のガス供給管は、第1の期間に第1のガスを供給し、第2の期間に第1のガスを供給しない。電位付与部は、第1の期間に第1の出力でプラズマを発生させ、第2の期間に第1の出力より小さい第2の出力でプラズマを発生させる。 The apparatus for manufacturing a group III nitride semiconductor element in the first aspect is for epitaxially growing a group III nitride semiconductor. In this manufacturing apparatus, a first electrode, a potential applying portion for applying a potential to the first electrode, a substrate support portion for supporting the growth substrate, and a group III metal as a first gas in the substrate support portion are used. A first gas supply pipe for supplying an organic metal gas containing the gas, a second gas supply pipe for supplying a gas containing nitrogen gas as a second gas to the substrate support portion, and a first electrode and a substrate support portion. It has a metal mesh member arranged at a position in between. The first gas supply pipe has at least one first gas outlet. The first gas outlet is arranged at a position between the substrate support portion and the metal mesh member. The second gas supply pipe allows the second gas to pass through the space between the first electrode and the metal mesh member. The first gas supply pipe and the potential applying unit alternately repeat the first period and the second period. The first gas supply pipe supplies the first gas in the first period and does not supply the first gas in the second period. The potential-imparting unit generates plasma at the first output in the first period, and generates plasma at the second output smaller than the first output in the second period.
このIII 族窒化物半導体素子の製造装置は、成長基板の上にIII 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる。この製造装置は、第1のガスをプラズマ発生領域に通過させないで成長基板に供給し、第2のガスをプラズマ発生領域に通過させた後に成長基板に供給する。この製造装置は、第1の期間と第2の期間とを交互に繰り返す。第1の期間では、第1のガスを流すとともに、プラズマ発生装置の出力を大きくする。第2の期間では、第1のガスを流さず、プラズマ発生装置の出力を小さくする。これにより、第1の期間でIII 族窒化物半導体を成膜し、第2の期間でIII 族窒化物半導体から炭素原子を離脱させる。したがって、この製造装置は、炭素原子の含有量の小さいIII 族窒化物半導体を製造することができる。 This group III nitride semiconductor device manufacturing apparatus epitaxially grows a group III nitride semiconductor on a growth substrate. This manufacturing apparatus supplies the first gas to the growth substrate without passing it through the plasma generation region, and supplies the second gas to the growth substrate after passing it through the plasma generation region. This manufacturing apparatus alternately repeats the first period and the second period. In the first period, the output of the plasma generator is increased while flowing the first gas. In the second period, the output of the plasma generator is reduced without flowing the first gas. As a result, the group III nitride semiconductor is formed in the first period, and the carbon atom is separated from the group III nitride semiconductor in the second period. Therefore, this manufacturing apparatus can manufacture a group III nitride semiconductor having a low carbon atom content.
本明細書では、比較的低温で成長させることができるとともにIII 族窒化物半導体への炭素原子の混入を抑制することのできるIII 族窒化物半導体素子の製造装置および製造方法ならびに半導体ウエハの製造方法が提供されている。 In the present specification, an apparatus and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor element and a method for manufacturing a semiconductor wafer, which can be grown at a relatively low temperature and can suppress the mixing of carbon atoms into a group III nitride semiconductor. Is provided.
以下、具体的な実施形態について、III 族窒化物半導体素子の製造装置および製造方法ならびに半導体ウエハの製造方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。 Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings, taking as an example a manufacturing apparatus and manufacturing method for a group III nitride semiconductor element and a manufacturing method for a semiconductor wafer.
(第1の実施形態)
1.半導体ウエハ
図1は、本実施形態の半導体ウエハWa1の構造を示す図である。半導体ウエハWa1は、基板Sa1と半導体層F1とを有する。基板Sa1は成長基板である。半導体層F1はIII 族窒化物半導体から成る単結晶の半導体層である。このように、半導体ウエハWa1は、ウエハの主面にIII 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させたものである。
(First Embodiment)
1. 1. Semiconductor Wafer FIG. 1 is a diagram showing the structure of the semiconductor wafer Wa1 of the present embodiment. The semiconductor wafer Wa1 has a substrate Sa1 and a semiconductor layer F1. The substrate Sa1 is a growth substrate. The semiconductor layer F1 is a single crystal semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor. As described above, the semiconductor wafer Wa1 is obtained by epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the main surface of the wafer.
2.III 族窒化物半導体素子の製造装置
図2は、本実施形態におけるIII 族窒化物半導体素子の製造装置1000の概略構成図である。製造装置1000は、III 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させるためのものである。製造装置1000は、チャンバーの内部にプラズマ発生領域を生成するプラズマ発生装置である。製造装置1000は、III 族金属を含む有機金属ガス(第1のガス)をプラズマ発生領域に通過させずに成長基板に供給し、窒素原子を含むガス(第2のガス)をプラズマ発生領域に通過させてから成長基板に供給する。
2. 2. Group III Nitride Semiconductor Device Manufacturing Equipment FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a group III nitride semiconductor
製造装置1000は、炉本体1001と、シャワーヘッド電極1100と、サセプター1200と、加熱器1210と、第1のガス供給管1300と、ガス導入室1410と、第2のガス供給管1420と、金属メッシュ1500と、RF電源1600と、マッチングボックス1610と、プラズマ電力パルス制御部1620と、第1のガス供給部1810と、第2のガス供給部1710と、ガス容器1910、1920、1930と、恒温槽1911、1921、1931と、マスフローコントローラー1720、1820、1830、1840と、パルスバルブ1850と、を有している。また、製造装置1000は、排気口(図示せず)を有している。
The
シャワーヘッド電極1100は、周期的な電位を付与される第1の電極である。シャワーヘッド電極1100は、例えば、ステンレス製である。もちろん、これ以外の金属であってもよい。シャワーヘッド電極1100は、平板形状の電極である。そして、シャワーヘッド電極1100には、表面から裏面に貫通する複数の貫通孔(図示せず)が設けられている。そして、これらの複数の貫通孔は、ガス導入室1410および第2のガス供給管1420と連通している。このため、ガス導入室1410から炉本体1001の内部に供給される第2のガスは、好適にプラズマ化される。
The
RF電源1600は、シャワーヘッド電極1100に高周波電位を付与する電位付与部である。プラズマ電力パルス制御部1620は、シャワーヘッド電極1100に高周波のパルスを付与するための装置である。
The
サセプター1200は、基板Sa1を支持するための基板支持部である。サセプター1200の材質は、例えば、グラファイトである。また、これ以外の導電体であってもよい。ここで、基板Sa1は、III 族窒化物半導体を成長させるための成長基板である。
The
第1のガス供給管1300は、サセプター1200に第1のガスを供給するためのものである。実際には、サセプター1200に支持された基板Sa1に第1のガスを供給することとなる。ここで、第1のガスとは、III 族金属を含む有機金属ガスである。また、その他のキャリアガスを含んでいてもよい。第1のガス供給管1300は、リング状のリング部1310を有している。そして、第1のガス供給管1300のリング部1310には、12個の貫通孔(図示せず)がリング部1310の内側に設けられている。このように第1のガス供給管1300は、少なくとも1以上の貫通孔を有する。これらの貫通孔は、第1のガスが噴出する噴出口である。そのため、第1のガスは、リング部1310の内側に向けて、噴出することとなる。また、これらの貫通孔は、サセプター1200と金属メッシュ1500との間の位置に配置されている。そのため、第1のガス供給管1300は、プラズマ発生領域から離れた位置に位置している。
The first
第2のガス供給管1420は、サセプター1200に第2のガスを供給するためのものである。実際には、第2のガスをシャワーヘッド電極1100と金属メッシュ1500との間の空間に供給し、サセプター1200に支持された基板Sa1に第2のガスを供給することとなる。ここで、第2のガスは、窒素ガスを含むガスである。第2のガスは、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであってもよい。
The second
ガス導入室1410は、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを一旦収容するとともに、シャワーヘッド電極1100の貫通孔にこの混合ガスを供給するためのものである。
The
金属メッシュ1500は、荷電粒子を捕獲するための金属メッシュ部材である。金属メッシュ1500は、例えば、ステンレス製である。もちろん、これ以外の金属であってもよい。金属メッシュ1500は、シャワーヘッド電極1100とサセプター1200との間の位置に配置されている。そのため、金属メッシュ1500は、後述するようにプラズマ発生領域で発生した荷電粒子が、サセプター1200に支持されている成長基板Sa1に向かうのを抑制することができる。また、金属メッシュ1500は、シャワーヘッド電極1100と第1のガス供給管1300のリング部1310との間の位置に配置されている。そのため、荷電粒子が、第1のガス供給管1300のリング部1310から噴出されるIII 族金属を含む有機金属分子に衝突するのを抑制することができる。また、金属メッシュ1500は、多数枚のメッシュを少しずつずらして重ねあわされている。つまり、第1のメッシュの開口部の位置に第2のメッシュの線状部を配置している。そのため、直線的に進行する光は、金属メッシュ1500を透過できない。つまり、金属メッシュ1500は、電子、イオン、光を通過させないが、中性のラジカルを通過させる。
The
炉本体1001は、少なくとも、シャワーヘッド電極1100と、サセプター1200と、第1のガス供給管1300のリング部1310と、金属メッシュ1500と、を内部に収容している。炉本体1001は、例えば、ステンレス製である。炉本体1001は、上記以外の導電体であってもよい。
The
炉本体1001と、金属メッシュ1500と、第1のガス供給管1300とは、導電性の部材であり、いずれも接地されている。そのため、シャワーヘッド電極1100に電位が付与されると、シャワーヘッド電極1100と、炉本体1001および金属メッシュ1500と、の間に電圧が印加されることとなる。そして、炉本体1001と金属メッシュ1500との少なくとも1つ以上と、シャワーヘッド電極1100と、の間に放電が生じると考えられる。シャワーヘッド電極1100の直下では、高周波かつ高強度の電界が形成される。そのため、シャワーヘッド電極1100の直下の位置は、プラズマ発生領域である。
The
ここで、第2のガスは、このプラズマ発生領域においてプラズマ化されることとなる。そして、プラズマ発生領域でプラズマ生成物が発生する。この場合におけるプラズマ生成物とは、例えば、窒素ラジカルと、水素ラジカルと、窒化水素系の化合物と、電子と、その他のイオン等である。ここで、窒化水素系の化合物とは、NHと、NH2 と、NH3 と、これらの励起状態と、その他のものとを含む。 Here, the second gas is turned into plasma in this plasma generation region. Then, a plasma product is generated in the plasma generation region. The plasma product in this case is, for example, a nitrogen radical, a hydrogen radical, a hydrogen nitride-based compound, an electron, other ions, or the like. Here, the hydrogen nitride-based compound includes NH, NH 2 , NH 3 , their excited states, and others.
また、シャワーヘッド電極1100と、サセプター1200とは、十分に離れている。シャワーヘッド電極1100と、サセプター1200との間の距離は、40mm以上200mm以下である。より好ましくは、40mm以上150mm以下である。シャワーヘッド電極1100とサセプター1200との間の距離が短いと、プラズマ発生領域がサセプター1200の箇所にまで広がるおそれがある。シャワーヘッド電極1100とサセプター1200との間の距離が40mm以上であれば、プラズマ発生領域がサセプター1200の箇所にまで広がるおそれがほとんどない。そのため、荷電粒子が基板Sa1に到達することを抑制できる。また、シャワーヘッド電極1100とサセプター1200との間の距離が大きいと、窒素ラジカルや、窒化水素系の化合物等が、サセプター1200の保持する基板Sa1に到達しにくくなるからである。なお、これらの距離は、プラズマ発生領域の大きさと、その他のプラズマ条件にも依存する。
Further, the
シャワーヘッド電極1100は、サセプター1200からみて第1のガス供給管1300のリング部1310の貫通孔よりも遠い位置に配置されている。シャワーヘッド電極1100と、第1のガス供給管1300のリング部1310の貫通孔との間の距離は、30mm以上190mm以下である。より好ましくは、30mm以上140mm以下である。荷電粒子が、第1のガスに混入することを抑制するとともに、窒素ラジカルや、窒化水素系の化合物等が、基板Sa1に到達しやすくするためである。このため、プラズマ化された第2のガスと、プラズマ化されない第1のガスとにより、基板Sa1に半導体層が積層されることとなる。なお、これらの距離は、プラズマ発生領域の大きさと、その他のプラズマ条件にも依存する。
The
加熱器1210は、サセプター1200を介して、サセプター1200に支持される基板Sa1を加熱するためのものである。
The
マスフローコントローラー1720、1820、1830、1840は、各々のガスの流量を制御するためのものである。パルスバルブ1850は、高周波電位のパルスと同期させて、III 族金属を含む有機金属ガスを供給するためのものである。恒温槽1911、1921、1931には、不凍液1912、1922、1932が満たされている。また、ガス容器1910、1920、1930は、III 族金属を含む有機金属ガスを収容するための容器である。ガス容器1910、1920、1930には、それぞれ、トリメチルガリウムと、トリメチルインジウムと、トリメチルアルミニウムとが、収容されている。もちろん、トリエチルガリウム等、その他のIII 族金属を含む有機金属ガスであってもよい。
3.製造装置の製造条件
製造装置1000における製造条件を表1に示す。表1で挙げた数値範囲は、あくまで目安であり、必ずしもこの数値範囲である必要はない。RFパワーは、100W以上1000W以下の範囲内である。RF電源1600がシャワーヘッド電極1100に付与する周期的な電位の周波数は、30MHz以上300MHz以下の範囲内である。基板温度は、0℃以上900℃以下の範囲内である。好ましくは、400℃以上900℃以下である。製造装置1000の内圧は、1Pa以上10000Pa以下の範囲内である。
3. 3. Manufacturing conditions of the manufacturing equipment Table 1 shows the manufacturing conditions of the
[表1]
RFパワー 100W以上 1000W以下
周波数 30MHz以上 300MHz以下
基板温度 0℃以上 900℃以下
内圧 1Pa以上 10000Pa以下
[Table 1]
RF power 100W or more 1000W or less Frequency 30MHz or more 300MHz or
4.第1のガスの供給および電位付与部(RF電源)
図3は、第1のガスの供給とRF電源1600がシャワーヘッド電極1100に付与する高周波電位の出力との関係を示すタイミングチャートである。図3の横軸は、時刻である。図3の上図の縦軸はトリメチルガリウム(TMG)の流量である。図3の下図の縦軸はRFパワーである。
4. First gas supply and potential imparting unit (RF power supply)
FIG. 3 is a timing chart showing the relationship between the supply of the first gas and the output of the high frequency potential applied to the
図3に示すように、第1のガスの供給およびRF電源1600によるパワーの供給は、一定時間おきに繰り返されている。図3に示すように、製造装置1000は、第1の期間T1と第2の期間T2とを交互に繰り返しながら成膜する。
As shown in FIG. 3, the supply of the first gas and the supply of power by the
4-1.第1の期間
図3に示すように、第1の期間T1には、第1のガス供給管1300は、サセプター1200に第1のガスを供給し、RF電源1600は、第1の出力W1でプラズマを発生させる。このため、第1の期間T1には、III 族元素および窒素原子(ラジカルおよび励起状態を含む)がサセプター1200の基板Sa1に供給される。したがって、第1の期間T1においては、III 族窒化物半導体が成膜される。
4-1. First Period As shown in FIG. 3, in the first period T1, the first
4-2.第2の期間
図3に示すように、第2の期間T2には、第1のガス供給管1300は、サセプター1200に第1のガスを供給せずに、RF電源1600は、第2の出力W2でプラズマを発生させる。このため、第2の期間T2には、窒素原子(ラジカルおよび励起状態を含む)がサセプター1200の基板Sa1に供給されるが、III 族元素は基板Sa1に供給されない。したがって、第2の期間T2においては、III 族窒化物半導体は成膜されない。
4-2. Second Period As shown in FIG. 3, during the second period T2, the first
4-3.第1の期間および第2の期間の出力
第1の期間T1における第1の出力W1は、例えば、600W以上1000W以下である。第2の期間T2における第2の出力W2は、例えば、200W以上500W以下である。第2の出力W2に対する第1の出力W1の比(W1/W2)は、1.5以上5以下である。より好ましくは、1.6以上4以下である。RF電源1600は、第1の期間T1に第1の出力W1でプラズマを発生させ、第2の期間T2に第2の出力W2でプラズマを発生させる。前述のように、第2の出力W2は第1の出力W1よりも小さい。
4-3. Outputs of the first period and the second period The first output W1 in the first period T1 is, for example, 600 W or more and 1000 W or less. The second output W2 in the second period T2 is, for example, 200 W or more and 500 W or less. The ratio (W1 / W2) of the first output W1 to the second output W2 is 1.5 or more and 5 or less. More preferably, it is 1.6 or more and 4 or less. The
4-4.第1の期間および第2の期間の時間
第1の期間T1は、例えば、5秒以上60秒以下である。第2の期間T2は、例えば、0.5秒以上5秒以下である。これらの数値範囲は例示であり、上記以外の数値であってもよい。
4-4. Time of the first period and the second period The first period T1 is, for example, 5 seconds or more and 60 seconds or less. The second period T2 is, for example, 0.5 seconds or more and 5 seconds or less. These numerical ranges are examples and may be numerical values other than the above.
4-5.第1の期間および第2の期間の効果
このように製造装置1000は、第1の期間T1においてはIII 族窒化物半導体を成膜し、第2の期間T2においてはIII 族窒化物半導体を成膜しない。第2の期間T2の期間内には、III 族窒化物半導体が成膜されないため、炭素原子がIII 族窒化物半導体の表面から離脱すると考えられる。したがって、III 族窒化物半導体に混入する炭素原子の数は減少する。
4-5. Effects of the first period and the second period Thus, the
前述のように、第1の出力W1は、第2の出力W2よりも大きい。また、第2の出力W2は0より大きい。そのため、第1の期間T1および第2の期間T2の両方において、プラズマが生成される。そして、第2の期間T2のプラズマの第2のプラズマ密度は、第1の期間T1のプラズマの第1のプラズマ密度よりも小さい。このように、高出力および低出力のプラズマが交互に発生する。 As described above, the first output W1 is larger than the second output W2. Further, the second output W2 is larger than 0. Therefore, plasma is generated in both the first period T1 and the second period T2. The second plasma density of the plasma of the second period T2 is smaller than the first plasma density of the plasma of the first period T1. In this way, high-power and low-power plasmas are alternately generated.
第1の期間T1におけるプラズマは、成膜に用いられる窒素原子に由来する粒子を生成する。第2の期間T2におけるプラズマは、第1の期間T1と同様に窒素原子に由来する粒子を生成する。第2の期間T2においては、この窒素原子に由来する粒子は、成膜に用いられるわけではなく、成膜された半導体層から窒素原子が脱離することを防止すると考えられる。このように、第2の期間T2においては、半導体層から炭素原子を蒸発させるようにするとともに、窒素原子を蒸発させないようにする。そのため、第2の期間T2においては、窒素原子の脱離を防止する程度の窒素ラジカルが基板Sa1もしくは半導体層F1の表面に到達すればよい。 The plasma in the first period T1 produces particles derived from nitrogen atoms used for film formation. The plasma in the second period T2 produces particles derived from nitrogen atoms as in the first period T1. In the second period T2, the particles derived from the nitrogen atom are not used for film formation, and it is considered to prevent the nitrogen atom from being desorbed from the film-formed semiconductor layer. In this way, in the second period T2, the carbon atom is evaporated from the semiconductor layer and the nitrogen atom is not evaporated. Therefore, in the second period T2, nitrogen radicals that prevent the desorption of nitrogen atoms may reach the surface of the substrate Sa1 or the semiconductor layer F1.
5.従来技術との違い
図4は、従来のパルス形式のCVD法を説明するタイミングチャートである。図4に示すように、図4に示すように、従来においては、第3の期間T3と第4の期間T4とを交互に実施する。つまり、高出力なプラズマを発生させることと、TMG等の原料ガスを供給することとを、交互に実施する。このように、高出力なプラズマを発生させるときには、原料ガスを供給する本実施形態の技術とは異なっている。
5. Differences from the Conventional Technique FIG. 4 is a timing chart for explaining the conventional pulse type CVD method. As shown in FIG. 4, as shown in FIG. 4, conventionally, the third period T3 and the fourth period T4 are alternately carried out. That is, the generation of high-output plasma and the supply of the raw material gas such as TMG are alternately carried out. As described above, when generating high-power plasma, it is different from the technique of the present embodiment in which the raw material gas is supplied.
また、本実施形態では、基板温度を高い温度とすることなく、III 族窒化物半導体を成長させることができる。そのため、基板温度が高いと結晶成長が困難な高In濃度のInGaN層等を成長させるのに好適である。また、大量のアンモニアガスを流す必要がない。そのため、アンモニアガスを除去する除害装置を設ける必要はない。そのため、製造装置そのもののコストが低い。また、ランニングコストを抑制することもできる。 Further, in the present embodiment, the group III nitride semiconductor can be grown without setting the substrate temperature to a high temperature. Therefore, it is suitable for growing an InGaN layer having a high In concentration, which is difficult to grow crystals when the substrate temperature is high. Moreover, it is not necessary to flow a large amount of ammonia gas. Therefore, it is not necessary to provide an abatement device for removing ammonia gas. Therefore, the cost of the manufacturing apparatus itself is low. In addition, running costs can be suppressed.
6.半導体ウエハの製造方法
本実施形態の半導体ウエハの製造方法は、REMOCVD(Radical Enhanced Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により半導体層を成長させる。すなわち、本実施形態の製造装置1000を用いてウエハの主面にIII 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる。
6. Method for Manufacturing a Semiconductor Wafer In the method for manufacturing a semiconductor wafer of the present embodiment, a semiconductor layer is grown by a REMOCVD (Radical Enchanted Metalal Organic Chemical Vapor Deposition) method. That is, the group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the main surface of the wafer by using the
6-1.基板のクリーニング
ここで、本実施形態の製造装置1000を用いた半導体ウエハの製造方法について説明する。まず、基板Sa1を準備する。基板Sa1として、例えば、c面サファイア基板を用いることができる。また、その他の基板を用いてもよい。基板Sa1を、製造装置1000の内部のサセプター1200に配置し、水素ガスを供給しながら基板温度を900℃程度まで上昇させる。これにより、基板Sa1の表面を還元するとともに、基板Sa1の表面をクリーニングする。基板温度をこれ以上の温度にしてもよい。
6-1. Cleaning the Substrate Here, a method of manufacturing a semiconductor wafer using the
6-2.半導体層形成工程
次に、第1のガスおよび第2のガスを炉本体1001の内部に供給するとともに、RF電源1610をONにする。この際に、前述したように、プラズマ電力パルス制御部1620を用いて、第1の期間T1と第2の期間T2とを交互に繰り返す。
6-2. Semiconductor layer forming step Next, the first gas and the second gas are supplied to the inside of the
第1のガス供給部1810は、第1のガス供給管1300から第1のガスを炉本体1001の内部に供給する。第1のガス供給管1300のリング部1310の貫通孔はプラズマ発生領域の外にある。そのため、第1のガスはプラズマ発生領域を通過せずに、基板Sa1に供給される。つまり、第1のガス供給管1300は、第1のガスとしてIII 族金属を含む有機金属ガスをプラズマ発生領域に通過させずに基板Sa1に供給する。
The first
第2のガス供給部1710は、第2のガス供給管1420から第2のガスを炉本体1001の内部に供給する。第2のガスはシャワーヘッド電極1100から炉本体1001の内部に供給される。シャワーヘッド電極1100の直下はプラズマ発生領域である。第2のガス供給管1420は、第2のガスをシャワーヘッド電極1100と金属メッシュ1500との間の空間を通過させる。つまり、第2のガス供給管1420は、第2のガスをプラズマ発生領域に通過させた後に基板Sa1に供給する。
The second
このようにRF電源1610は、第1の期間T1に高出力(第1の出力W1)でプラズマを発生させ、第2の期間T2に低出力(第2の出力W2)でプラズマを発生させる。
As described above, the
第1の期間T1には、プラズマ発生領域で窒素ラジカル等の窒素原子に由来する粒子が生成される。また、第2のガスが水素ガスを含む場合には、水素ラジカルと窒化水素系の化合物が生成される。また、電子やその他の荷電粒子も生成される。電子などの電荷を有する粒子は金属メッシュ1500に衝突することにより消滅する。そのため、窒素原子もしくは水素原子とこれらに由来する窒化水素系の化合物が金属メッシュ1500を通過する。
In the first period T1, particles derived from nitrogen atoms such as nitrogen radicals are generated in the plasma generation region. When the second gas contains hydrogen gas, a hydrogen radical and a hydrogen nitride-based compound are generated. Also, electrons and other charged particles are generated. Charged particles such as electrons disappear by colliding with the
金属メッシュ1500を通過してきた粒子は、第1のガスとともに基板Sa1に供給される。なお、第1のガスはプラズマ発生領域を通過せずに基板Sa1に供給されることとなる。そして、窒素原子に由来する粒子と、III 族金属を含む有機金属ガスとが、基板Sa1上で反応してIII 族窒化物半導体が成膜される。
The particles that have passed through the
第2の期間T2においては、第1のガスは基板Sa1に供給されず、第2のガスのみが基板Sa1に供給される。第2のガスは低出力のプラズマでプラズマ化されている。そのため、窒素ラジカル等が基板Sa1に降り注ぐ。これにより、半導体層F1の表面から窒素原子が脱離しにくいと考えられる。 In the second period T2, the first gas is not supplied to the substrate Sa1 and only the second gas is supplied to the substrate Sa1. The second gas is plasmatized with low power plasma. Therefore, nitrogen radicals and the like fall on the substrate Sa1. As a result, it is considered that nitrogen atoms are not easily desorbed from the surface of the semiconductor layer F1.
この第2の期間T2においては、半導体層F1の表面上には成膜されない。半導体層F1の表面から窒素原子が脱離せず、半導体層F1の表面から炭素原子が脱離すると考えられる。 During this second period T2, no film is formed on the surface of the semiconductor layer F1. It is considered that the nitrogen atom is not desorbed from the surface of the semiconductor layer F1 and the carbon atom is desorbed from the surface of the semiconductor layer F1.
6-3.半導体ウエハ
こうして、基板Sa1の主面に半導体層F1をエピタキシャル成長させる。これにより、半導体ウエハWa1が製造される。半導体層F1には炭素原子がほとんど含まれていないので、この半導体ウエハWa1におけるIII 族窒化物半導体の結晶性はよい。
6-3. Semiconductor wafer In this way, the semiconductor layer F1 is epitaxially grown on the main surface of the substrate Sa1. As a result, the semiconductor wafer Wa1 is manufactured. Since the semiconductor layer F1 contains almost no carbon atom, the crystallinity of the group III nitride semiconductor in this semiconductor wafer Wa1 is good.
7.変形例
7-1.リング部の貫通孔
本実施形態では、第1のガス供給管1300は、リング部1310の内側に貫通孔を有することとした。しかし、この貫通孔の位置を、リングの内側でかつ下向きにしてもよい。リング部1310を含む面と、貫通孔の開口部の方向とのなす角の角度は、例えば45°である。この角の角度は、例えば、0°以上60°以下の範囲内で変えてもよい。この角度は、もちろん、リング部1310の径や、リング部1310とサセプター1200との間の距離にも依存する。また、貫通孔の数は、1以上であればよい。もちろん、リング部1310に、等間隔で貫通孔が形成されていることが好ましい。
7. Modification 7-1. Through hole of the ring portion In the present embodiment, the first
8.本実施形態のまとめ
本実施形態の製造装置1000は、成長基板の上にIII 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる。第1の期間T1には、第1のガスを供給するとともに第2のガスを高出力のプラズマ発生領域に通過させる。そして、基板Sa1の上に半導体層F1を成膜する。一方、第2の期間T2には、第1のガスを供給せず第2のガスを低出力のプラズマ発生領域に通過させる。半導体層F1を成膜することなく、その表面から炭素原子を離脱させる。したがって、この製造装置は、炭素原子の少ない半導体層を成膜することができる。
8. Summary of the present embodiment The
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。本実施形態の半導体デバイスは、III 族窒化物半導体層を有するMIS型半導体素子である。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described. The semiconductor device of this embodiment is a MIS type semiconductor device having a group III nitride semiconductor layer.
1.MIS型半導体素子
図5は、本実施形態のMIS型半導体素子100の構造を示す概略構成図である。図5に示すように、MIS型半導体素子100は、基板110と、バッファ層120と、GaN層130と、AlGaN層140と、絶縁膜150と、ソース電極S1と、ゲート電極G1と、ドレイン電極D1と、を有している。ソース電極S1およびドレイン電極D1は、AlGaN層140の上に形成されている。ゲート電極G1と、AlGaN層140の溝141との間には、絶縁膜150がある。
1. 1. MIS type semiconductor element FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing the structure of the MIS
2.MIS型半導体素子の製造方法
本実施形態のMIS型半導体素子100の製造方法は、REMOCVD(Radical Enhanced Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により半導体層を成長させる。すなわち、第1の実施形態の製造装置1000を用いて半導体層を成長させる。
2. 2. Method for Manufacturing MIS-Type Semiconductor Device In the method for manufacturing the MIS-
2-1.半導体層形成工程
第1の実施形態の製造装置1000を用いて、基板110の上にIII 族窒化物半導体層を形成する。ここで用いる条件は、第1の実施形態で説明した半導体ウエハの製造方法とほぼ同様である。基板110の上に、バッファ層120と、GaN層130と、AlGaN層140と、を形成する。上記の各半導体層を形成するために、適宜原料ガスを切り替えればよい。
2-1. Semiconductor layer forming step The group III nitride semiconductor layer is formed on the
2-2.凹部形成工程
次に、ICP等のエッチングにより、AlGaN層140に溝141を形成する。
2-2. Recessed portion forming step Next, a
2-3.絶縁膜形成工程
次に、溝141に、絶縁膜150を形成する。
2-3. Insulating film forming step Next, the insulating
2-4.電極形成工程
次に、AlGaN層140の上にソース電極S1およびドレイン電極D1を形成する。また、溝141の箇所に、絶縁膜150を介してゲート電極G1を形成する。なお、ソース電極S1およびドレイン電極D1については、絶縁膜150を形成する前に形成してもよい。以上により、MIS型半導体素子100が製造される。
2-4. Electrode forming step Next, the source electrode S1 and the drain electrode D1 are formed on the
(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。本実施形態の半導体デバイスは、III 族窒化物半導体層を有する半導体発光素子である。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. The semiconductor device of this embodiment is a semiconductor light emitting device having a group III nitride semiconductor layer.
1.半導体発光素子
図6は、本実施形態の発光素子200の構造を示す概略構成図である。図6に示すように、発光素子200は、III 族窒化物半導体層を有する。発光素子200は、基板210と、バッファ層220と、n-GaN層230と、発光層240と、p-AlGaN層250と、p-GaN層260と、p電極P1と、n電極N1と、を有する。発光層240は、井戸層と障壁層とを有する。井戸層は、例えば、InGaN層を有している。障壁層は、例えば、AlGaN層を有している。これらの積層構造は、例示であり、上記以外の積層構造であってもよい。
1. 1. Semiconductor light emitting device FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the structure of the
2.半導体発光素子の製造方法
本実施形態の発光素子200の製造方法は、REMOCVD(Radical Enhanced Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により半導体層を成長させる。すなわち、第1の実施形態の製造装置1000を用いて半導体層を成長させる。
2. 2. Manufacturing Method of Semiconductor Light-emitting Device In the manufacturing method of the light-emitting
2-1.半導体層形成工程
第1の実施形態の製造装置1000を用いて、基板210の上にIII 族窒化物半導体層を形成する。ここで用いる条件は、第1の実施形態で説明した半導体ウエハの製造方法とほぼ同様である。基板210の上に、バッファ層220と、n-GaN層230と、発光層240と、p-AlGaN層250と、p-GaN層260と、を形成する。上記の各半導体層を形成するために、適宜原料ガスを切り替えればよい。
2-1. Semiconductor layer forming step The group III nitride semiconductor layer is formed on the
2-2.凹部形成工程
次に、ICP等のエッチングにより、p-GaN層260からn-GaN層230の途中まで達する凹部を形成する。これより、n-GaN層230の露出部が露出する。
2-2. Recessed portion forming step Next, by etching an ICP or the like, a concave portion extending from the p-
2-3.電極形成工程
次に、n-GaN層230の露出部の上にn電極N1を形成する。また、p-GaN層260の上にp電極P1を形成する。
2-3. Electrode forming step Next, the n electrode N1 is formed on the exposed portion of the n-
2-4.その他の工程
アニール工程や、絶縁膜を形成する工程等、その他の工程を実施してもよい。
2-4. Other Steps Other steps such as an annealing step and a step of forming an insulating film may be carried out.
1.実施例1
本実験では、図2に示す製造装置1000を用いて実験を行った。プラズマガスとして、窒素ガス750sccmと、水素ガス250sccmと、を混合した混合ガスを供給した。つまり、混合ガスにおける水素ガスの体積流量比は、25%であった。製造装置1000の内圧は、300Paであった。成長基板として、8mm角、厚さ400μmのGaN/Si基板を用いた。
1. 1. Example 1
In this experiment, the experiment was performed using the
まず、GaN/Si基板を800℃まで昇温した後に、通常の成膜条件でGaNを1時間成膜した。次に、第1の実施形態のようにGaNを2時間にわたってパルス成長させた。第1の期間T1は25秒であった。第2の期間T2は1秒であった。第1の期間T1における第1の出力W1は700Wであった。第2の期間T2における第2の出力W2は400Wであった。第2の出力W2に対する第1の出力W1の比W1/W2は1.75である。第1の期間T1では、TMGを0.1sccm供給した。第2の期間T2では、TMGを供給しなかった。 First, the temperature of the GaN / Si substrate was raised to 800 ° C., and then GaN was formed for 1 hour under normal film formation conditions. Next, GaN was pulse-grown for 2 hours as in the first embodiment. The first period T1 was 25 seconds. The second period T2 was 1 second. The first output W1 in the first period T1 was 700 W. The second output W2 in the second period T2 was 400 W. The ratio W1 / W2 of the first output W1 to the second output W2 is 1.75. In the first period T1, TMG was supplied in an amount of 0.1 sccm. During the second period T2, TMG was not supplied.
2.比較例1
比較例1では、実施例1とほぼ同様の条件でGaNを成膜した。実施例1と異なる点は、パルス成長を実施しなかったことである。つまり、RFパワーを700Wとしたまま、GaNを6時間成長させた。
2. 2. Comparative Example 1
In Comparative Example 1, GaN was formed under almost the same conditions as in Example 1. The difference from Example 1 is that pulse growth was not performed. That is, GaN was grown for 6 hours while keeping the RF power at 700 W.
3.SIMS
図7は、実施例1および比較例1における二次イオン質量分析法(SIMS)による解析結果を示すグラフである。図7の横軸は表面からの深さである。つまり、表面からの距離を示している。図7の縦軸は各元素の濃度である。図7において、実線は実施例1を示し、破線は比較例1を示している。
3. 3. SIMS
FIG. 7 is a graph showing the analysis results by the secondary ion mass spectrometry (SIMS) in Example 1 and Comparative Example 1. The horizontal axis of FIG. 7 is the depth from the surface. That is, it shows the distance from the surface. The vertical axis of FIG. 7 is the concentration of each element. In FIG. 7, the solid line shows Example 1 and the broken line shows Comparative Example 1.
実施例1における第1の期間T1および第2の期間T2を設けた表面付近における炭素原子の濃度は、2.4×1018cm-3程度である。第1の期間T1および第2の期間T2を設けなかった領域における炭素原子の濃度は、4.2×1020cm-3程度である。パルス成長の半導体層の炭素原子の濃度は、通常成長の半導体層の炭素原子の濃度より2桁程度小さい。 The concentration of carbon atoms in the vicinity of the surface provided with the first period T1 and the second period T2 in Example 1 is about 2.4 × 10 18 cm -3 . The concentration of carbon atoms in the region where the first period T1 and the second period T2 are not provided is about 4.2 × 10 20 cm -3 . The concentration of carbon atoms in the pulse-grown semiconductor layer is about two orders of magnitude smaller than the concentration of carbon atoms in the normally-grown semiconductor layer.
比較例1では、GaNの表面から奥にかけて、炭素原子の濃度は4.2×1020cm-3程度である。このように、パルス成長を実施しなかった半導体層においては、炭素原子の濃度が一様に高いままである。 In Comparative Example 1, the concentration of carbon atoms is about 4.2 × 10 20 cm -3 from the surface to the back of the GaN. As described above, in the semiconductor layer in which pulse growth was not performed, the concentration of carbon atoms remains uniformly high.
4.SEM写真
図8は、実施例1におけるGaNの断面を示すSEM写真である。図9は、実施例1におけるGaNの表面を示すSEM写真である。図9に示すように、この場合において、GaNの表面は十分に平坦である。
4. SEM photograph FIG. 8 is an SEM photograph showing a cross section of GaN in Example 1. FIG. 9 is an SEM photograph showing the surface of GaN in Example 1. As shown in FIG. 9, in this case, the surface of GaN is sufficiently flat.
図10は、比較例1におけるGaNの断面を示すSEM写真である。図11は、比較例1におけるGaNの表面を示すSEM写真である。図11に示すように、比較例においては、GaNの表面は荒れている。 FIG. 10 is an SEM photograph showing a cross section of GaN in Comparative Example 1. FIG. 11 is an SEM photograph showing the surface of GaN in Comparative Example 1. As shown in FIG. 11, in the comparative example, the surface of GaN is rough.
5.第1の期間
第1の期間T1については、10秒、18秒として実験を行った。これらの場合においても、同様に比較的平坦な表面状態のGaNが得られた。
5. First period For the first period T1, the experiment was performed with 10 seconds and 18 seconds. Similarly, in these cases, GaN in a relatively flat surface state was obtained.
6.トリメチルガリウムの分解温度
基板温度を変えながら、GaN層の表面をエリプソメーターで測定した。位相差Δは、s偏光とp偏光との位相差である。この位相差Δは、GaN層の表面における光の反射により変化する。つまり、GaN層の表面状態に応じて、位相差Δは変化する。
6. Decomposition temperature of trimethylgallium The surface of the GaN layer was measured with an ellipsometer while changing the substrate temperature. The phase difference Δ is the phase difference between the s polarization and the p polarization. This phase difference Δ changes due to the reflection of light on the surface of the GaN layer. That is, the phase difference Δ changes according to the surface state of the GaN layer.
基板はSi(111)基板であった。プラズマガスとして、窒素ガス750sccmと、水素ガス250sccmと、を混合した混合ガスを供給した。TMGの供給量は0.1sccmであった。
The substrate was a Si (111) substrate. As the plasma gas, a mixed gas in which nitrogen gas 750 sccm and
図12は、GaN層の表面をエリプソメーターで測定した場合の位相差Δの温度依存性を示すグラフ(その1)である。図13は、GaN層の表面をエリプソメーターで測定した場合の位相差Δの温度依存性を示すグラフ(その2)である。図13は、図12を拡大したグラフである。 FIG. 12 is a graph (No. 1) showing the temperature dependence of the phase difference Δ when the surface of the GaN layer is measured with an ellipsometer. FIG. 13 is a graph (No. 2) showing the temperature dependence of the phase difference Δ when the surface of the GaN layer is measured with an ellipsometer. FIG. 13 is an enlarged graph of FIG.
図12に示すように、300℃から400℃の間において、GaN層の表面状態が変化していることが分かる。 As shown in FIG. 12, it can be seen that the surface state of the GaN layer changes between 300 ° C and 400 ° C.
図13に示すように、328℃程度でトリメチルガリウムはモノメチルガリウムに分解されると考えられる。400℃程度でモノメチルガリウムはガリウムに分解されると考えられる。 As shown in FIG. 13, trimethylgallium is considered to be decomposed into monomethylgallium at about 328 ° C. It is considered that monomethylgallium is decomposed into gallium at about 400 ° C.
7.実験のまとめ
上記のように、実施例1においては、パルス成長させたGaNの領域で炭素原子の濃度が低い。比較例1においては、パルス成長させていないため、炭素原子の濃度が一様に高いままである。また、図9および図11に示すように、GaNの表面付近で炭素原子の濃度が比較的高いことと、GaNの表面が荒れることとは、ある程度の相関があることが推測される。
7. Summary of Experiment As described above, in Example 1, the concentration of carbon atoms is low in the pulse-grown GaN region. In Comparative Example 1, since the pulse is not grown, the concentration of carbon atoms remains uniformly high. Further, as shown in FIGS. 9 and 11, it is presumed that there is a certain degree of correlation between the relatively high concentration of carbon atoms near the surface of GaN and the roughness of the surface of GaN.
図12および図13に示すように、基板温度が300℃以下の場合には、トリメチルガリウムのGaが半導体層の表面の窒素と結合し、メチル基が時間の経過とともに脱離していくと考えられる。基板温度が400℃以上の場合には、トリメチルガリウムのGaが半導体層の表面の窒素と結合した途端に、熱分解によりメチル基が瞬時に脱離していくと考えられる。したがって、基板温度は400℃以上900℃以下であることが好ましい。 As shown in FIGS. 12 and 13, when the substrate temperature is 300 ° C. or lower, it is considered that Ga of trimethylgallium binds to nitrogen on the surface of the semiconductor layer and the methyl group is desorbed with the passage of time. .. When the substrate temperature is 400 ° C. or higher, it is considered that the methyl group is instantly desorbed by thermal decomposition as soon as Ga of trimethylgallium is bonded to nitrogen on the surface of the semiconductor layer. Therefore, the substrate temperature is preferably 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
A.付記
第1の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造装置は、III 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させるためのものである。この製造装置は、第1の電極と、第1の電極に電位を付与する電位付与部と、成長基板を支持するための基板支持部と、基板支持部に第1のガスとしてIII 族金属を含む有機金属ガスを供給する第1のガス供給管と、基板支持部に第2のガスとして窒素ガスを含むガスを供給する第2のガス供給管と、第1の電極と基板支持部との間の位置に配置された金属メッシュ部材と、を有する。第1のガス供給管は、少なくとも1以上の第1のガス噴出口を有する。第1のガス噴出口は、基板支持部と金属メッシュ部材との間の位置に配置されている。第2のガス供給管は、第2のガスを第1の電極と金属メッシュ部材との間の空間を通過させる。第1のガス供給管および電位付与部は、第1の期間と第2の期間とを交互に繰り返す。第1のガス供給管は、第1の期間に第1のガスを供給し、第2の期間に第1のガスを供給しない。電位付与部は、第1の期間に第1の出力でプラズマを発生させ、第2の期間に第1の出力より小さい第2の出力でプラズマを発生させる。
A. Supplementary note The apparatus for manufacturing a group III nitride semiconductor element in the first aspect is for epitaxially growing a group III nitride semiconductor. In this manufacturing apparatus, a first electrode, a potential applying portion for applying a potential to the first electrode, a substrate support portion for supporting the growth substrate, and a group III metal as a first gas in the substrate support portion are used. A first gas supply pipe for supplying an organic metal gas containing the gas, a second gas supply pipe for supplying a gas containing nitrogen gas as a second gas to the substrate support portion, and a first electrode and a substrate support portion. It has a metal mesh member arranged at a position in between. The first gas supply pipe has at least one first gas outlet. The first gas outlet is arranged at a position between the substrate support portion and the metal mesh member. The second gas supply pipe allows the second gas to pass through the space between the first electrode and the metal mesh member. The first gas supply pipe and the potential applying unit alternately repeat the first period and the second period. The first gas supply pipe supplies the first gas in the first period and does not supply the first gas in the second period. The potential-imparting unit generates plasma at the first output in the first period, and generates plasma at the second output smaller than the first output in the second period.
第2の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造装置においては、電位付与部は、第2の出力に対する第1の出力の比を1.5以上5以下とする。 In the apparatus for manufacturing the group III nitride semiconductor element in the second aspect, the potential applying unit sets the ratio of the first output to the second output to 1.5 or more and 5 or less.
第3の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法は、III 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる方法である。この方法では、プラズマ発生領域を生成するプラズマ発生装置を用いる。第1のガスとしてIII 族金属を含む有機金属ガスをプラズマ発生領域に通過させずに成長基板に供給するとともに、第2のガスとして窒素ガスを含むガスをプラズマ発生領域に通過させた後に成長基板に供給する。第1の期間と第2の期間とを交互に繰り返しながら成膜を行う。第1のガスを供給する際には、第1の期間に第1のガスを供給し、第2の期間に第1のガスを供給しない。プラズマ発生装置は、第1の期間に第1の出力でプラズマを発生させ、第2の期間に第1の出力より小さい第2の出力でプラズマを発生させる。 The method for manufacturing a group III nitride semiconductor element in the third aspect is a method for epitaxially growing a group III nitride semiconductor. In this method, a plasma generator that generates a plasma generation region is used. An organic metal gas containing a group III metal as the first gas is supplied to the growth substrate without passing through the plasma generation region, and a gas containing nitrogen gas as the second gas is passed through the plasma generation region and then the growth substrate. Supply to. The film is formed by alternately repeating the first period and the second period. When supplying the first gas, the first gas is supplied in the first period and the first gas is not supplied in the second period. The plasma generator generates plasma at the first output in the first period and generates plasma at the second output smaller than the first output in the second period.
第4の態様におけるIII 族窒化物半導体素子の製造方法においては、プラズマ発生装置は、第2の出力に対する第1の出力の比を1.5以上5以下とする。 In the method for manufacturing a group III nitride semiconductor device according to the fourth aspect, the plasma generator has a ratio of the first output to the second output of 1.5 or more and 5 or less.
第5の態様におけるウエハの製造方法は、ウエハの主面にIII 族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる方法である。この方法では、プラズマ発生領域を生成するプラズマ発生装置を用いる。第1のガスとしてIII 族金属を含む有機金属ガスをプラズマ発生領域に通過させずに成長基板に供給するとともに、第2のガスとして窒素ガスを含むガスをプラズマ発生領域に通過させた後に成長基板に供給する。第1の期間と第2の期間とを交互に繰り返しながら成膜を行う。第1のガスを供給する際には、第1の期間に第1のガスを供給し、第2の期間に第1のガスを供給しない。プラズマ発生装置は、第1の期間に第1の出力でプラズマを発生させ、第2の期間に第1の出力より小さい第2の出力でプラズマを発生させる。 The method for manufacturing a wafer in the fifth aspect is a method for epitaxially growing a group III nitride semiconductor on the main surface of the wafer. In this method, a plasma generator that generates a plasma generation region is used. An organic metal gas containing a group III metal as the first gas is supplied to the growth substrate without passing through the plasma generation region, and a gas containing nitrogen gas as the second gas is passed through the plasma generation region and then the growth substrate. Supply to. The film is formed by alternately repeating the first period and the second period. When supplying the first gas, the first gas is supplied in the first period and the first gas is not supplied in the second period. The plasma generator generates plasma at the first output in the first period and generates plasma at the second output smaller than the first output in the second period.
1000…製造装置
1001…炉本体
1100…シャワーヘッド電極
1200…サセプター
1210…加熱器
1300…第1のガス供給管
1410…ガス導入室
1420…第2のガス供給管
1500…金属メッシュ
1600…RF電源
1610…マッチングボックス
1000 ...
Claims (5)
第1の電極と、
前記第1の電極に電位を付与する電位付与部と、
成長基板を支持するための基板支持部と、
前記基板支持部に第1のガスとしてIII 族金属を含む有機金属ガスを供給する第1のガス供給管と、
前記基板支持部に第2のガスとして窒素ガスを含むガスを供給する第2のガス供給管と、
前記第1の電極と前記基板支持部との間の位置に配置された金属メッシュ部材と、
を有し、
前記第1のガス供給管は、
少なくとも1以上の第1のガス噴出口を有し、
前記第1のガス噴出口は、
前記基板支持部と前記金属メッシュ部材との間の位置に配置されており、
前記第2のガス供給管は、
前記第2のガスを前記第1の電極と前記金属メッシュ部材との間の空間を通過させ、
前記第1のガス供給管および前記電位付与部は、
第1の期間と第2の期間とを交互に繰り返し、
前記第1のガス供給管は、
前記第1の期間に前記第1のガスを供給し、
前記第2の期間に前記第1のガスを供給せず、
前記電位付与部は、
前記第1の期間に第1の出力でプラズマを発生させ、
前記第2の期間に前記第1の出力より小さい第2の出力でプラズマを発生させること
を特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造装置。 In the equipment for manufacturing group III nitride semiconductor devices that epitaxially grow group III nitride semiconductors.
With the first electrode
A potential applying portion that applies a potential to the first electrode,
A substrate support for supporting the growth substrate and
A first gas supply pipe for supplying an organometallic gas containing a group III metal as a first gas to the substrate support portion,
A second gas supply pipe that supplies a gas containing nitrogen gas as a second gas to the substrate support portion,
A metal mesh member arranged at a position between the first electrode and the substrate support portion,
Have,
The first gas supply pipe is
It has at least one first gas outlet and
The first gas outlet is
It is arranged at a position between the substrate support portion and the metal mesh member.
The second gas supply pipe is
The second gas is passed through the space between the first electrode and the metal mesh member.
The first gas supply pipe and the potential applying portion are
The first period and the second period are repeated alternately,
The first gas supply pipe is
The first gas is supplied during the first period,
The first gas was not supplied during the second period,
The potential applying portion is
Plasma is generated at the first output during the first period.
A device for manufacturing a group III nitride semiconductor device, characterized in that plasma is generated at a second output smaller than the first output during the second period.
前記電位付与部は、
前記第2の出力に対する前記第1の出力の比を
1.5以上5以下とすること
を特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造装置。 In the apparatus for manufacturing a group III nitride semiconductor device according to claim 1.
The potential applying portion is
A device for manufacturing a group III nitride semiconductor element, wherein the ratio of the first output to the second output is 1.5 or more and 5 or less.
プラズマ発生領域を生成するプラズマ発生装置を用い、
第1のガスとしてIII 族金属を含む有機金属ガスをプラズマ発生領域に通過させずに成長基板に供給するとともに、
第2のガスとして窒素ガスを含むガスをプラズマ発生領域に通過させた後に前記成長基板に供給し、
第1の期間と第2の期間とを交互に繰り返しながら成膜を行い、
前記第1のガスを供給する際には、
前記第1の期間に前記第1のガスを供給し、
前記第2の期間に前記第1のガスを供給せず、
前記プラズマ発生装置は、
前記第1の期間に第1の出力でプラズマを発生させ、
前記第2の期間に前記第1の出力より小さい第2の出力でプラズマを発生させること
を特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造方法。 In the method for manufacturing a group III nitride semiconductor device for epitaxially growing a group III nitride semiconductor,
Using a plasma generator that generates a plasma generation region,
As the first gas, an organometallic gas containing a group III metal is supplied to the growth substrate without passing through the plasma generation region, and is also supplied.
A gas containing nitrogen gas as a second gas is passed through the plasma generation region and then supplied to the growth substrate.
Film formation was performed by alternately repeating the first period and the second period.
When supplying the first gas,
The first gas is supplied during the first period,
The first gas was not supplied during the second period,
The plasma generator is
Plasma is generated at the first output during the first period.
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor device, which comprises generating plasma at a second output smaller than the first output during the second period.
前記プラズマ発生装置は、
前記第2の出力に対する前記第1の出力の比を
1.5以上5以下とすること
を特徴とするIII 族窒化物半導体素子の製造方法。 In the method for manufacturing a group III nitride semiconductor device according to claim 3.
The plasma generator is
A method for manufacturing a group III nitride semiconductor element, wherein the ratio of the first output to the second output is 1.5 or more and 5 or less.
プラズマ発生領域を生成するプラズマ発生装置を用い、
第1のガスとしてIII 族金属を含む有機金属ガスをプラズマ発生領域に通過させずに成長基板に供給するとともに、
第2のガスとして窒素ガスを含むガスをプラズマ発生領域に通過させた後に前記成長基板に供給し、
第1の期間と第2の期間とを交互に繰り返しながら成膜を行い、
前記第1のガスを供給する際には、
前記第1の期間に前記第1のガスを供給し、
前記第2の期間に前記第1のガスを供給せず、
前記プラズマ発生装置は、
前記第1の期間に第1の出力でプラズマを発生させ、
前記第2の期間に前記第1の出力より小さい第2の出力でプラズマを発生させること
を特徴とする半導体ウエハの製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor wafer in which a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the main surface of the wafer.
Using a plasma generator that generates a plasma generation region,
As the first gas, an organometallic gas containing a group III metal is supplied to the growth substrate without passing through the plasma generation region, and is also supplied.
A gas containing nitrogen gas as a second gas is passed through the plasma generation region and then supplied to the growth substrate.
Film formation was performed by alternately repeating the first period and the second period.
When supplying the first gas,
The first gas is supplied during the first period,
The first gas was not supplied during the second period,
The plasma generator is
Plasma is generated at the first output during the first period.
A method for manufacturing a semiconductor wafer, characterized in that plasma is generated at a second output smaller than the first output during the second period.
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000012902A (en) | 1998-04-24 | 2000-01-14 | Fuji Xerox Co Ltd | Semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing the same |
US20020068458A1 (en) | 2000-12-06 | 2002-06-06 | Chiang Tony P. | Method for integrated in-situ cleaning and susequent atomic layer deposition within a single processing chamber |
US20080241388A1 (en) | 2007-03-30 | 2008-10-02 | Tokyo Electron Limited | Strained metal silicon nitride films and method of forming |
JP2008255471A (en) | 2007-03-14 | 2008-10-23 | Sekisui Chem Co Ltd | Method of forming film of group iii nitride such as gallium nitride |
JP2012169622A (en) | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Intermolecular Inc | Method and system for forming thin film |
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JP2016540368A (en) | 2013-09-27 | 2016-12-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | How to enable seamless cobalt gap filling |
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---|---|---|---|---|
JP3046643B2 (en) * | 1991-06-10 | 2000-05-29 | 富士通株式会社 | Method for manufacturing semiconductor device |
JPH06314660A (en) * | 1993-03-04 | 1994-11-08 | Mitsubishi Electric Corp | Method and apparatus for forming thin film |
US9123509B2 (en) | 2007-06-29 | 2015-09-01 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Techniques for plasma processing a substrate |
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000012902A (en) | 1998-04-24 | 2000-01-14 | Fuji Xerox Co Ltd | Semiconductor device, and method and apparatus for manufacturing the same |
US20020068458A1 (en) | 2000-12-06 | 2002-06-06 | Chiang Tony P. | Method for integrated in-situ cleaning and susequent atomic layer deposition within a single processing chamber |
JP2008255471A (en) | 2007-03-14 | 2008-10-23 | Sekisui Chem Co Ltd | Method of forming film of group iii nitride such as gallium nitride |
US20080241388A1 (en) | 2007-03-30 | 2008-10-02 | Tokyo Electron Limited | Strained metal silicon nitride films and method of forming |
JP2012169622A (en) | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Intermolecular Inc | Method and system for forming thin film |
JP2013535074A5 (en) | 2011-06-13 | 2014-04-10 | ||
JP2016540368A (en) | 2013-09-27 | 2016-12-22 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated | How to enable seamless cobalt gap filling |
JP2015099866A (en) | 2013-11-20 | 2015-05-28 | 国立大学法人名古屋大学 | Manufacturing device and manufacturing method of group iii nitride semiconductor device; and manufacturing method of semiconductor wafer |
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