JP7345623B1 - Manufacturing method of film forming member - Google Patents
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Abstract
【課題】バッファ層の結晶性を向上させることができる成膜部材の製造方法を提供する。【解決手段】成膜部材1の製造方法は、サセプタ52のおもて面521における基板載置面522aを除く部位に窒化ガリウムを含有するコーティング層55を形成するコーティング工程と、コーティング層55を形成する工程の後に実施され、サセプタ52の基板載置面522aに載置された基板2上に、窒化アルミニウムを含有するバッファ層を成膜するバッファ層成膜工程とを含む。【選択図】図6The present invention provides a method for manufacturing a film-forming member that can improve the crystallinity of a buffer layer. A method for manufacturing a film forming member 1 includes a coating step of forming a coating layer 55 containing gallium nitride on a portion of a front surface 521 of a susceptor 52 excluding a substrate mounting surface 522a; This step is performed after the forming step and includes a buffer layer forming step of forming a buffer layer containing aluminum nitride on the substrate 2 placed on the substrate placing surface 522a of the susceptor 52. [Selection diagram] Figure 6
Description
本発明は、成膜部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a film-forming member.
特許文献1には、サファイア基板上に窒化アルミニウム(AlN)からなるバッファ層を成膜して基板層を得る工程と、基板層上にIII族窒化物半導体からなる半導体層を積層する工程とを有する窒化物半導体発光素子の製造方法が開示されている。 Patent Document 1 describes a step of forming a buffer layer made of aluminum nitride (AlN) on a sapphire substrate to obtain a substrate layer, and a step of laminating a semiconductor layer made of a group III nitride semiconductor on the substrate layer. A method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device is disclosed.
特許文献1に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法においては、バッファ層の結晶性を向上させる観点から改善の余地がある。 In the method for manufacturing a nitride semiconductor light emitting device described in Patent Document 1, there is room for improvement from the viewpoint of improving the crystallinity of the buffer layer.
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、バッファ層の結晶性を向上させることができる成膜部材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a film-forming member that can improve the crystallinity of a buffer layer.
本発明は、前記の目的を達成するため、サセプタのおもて面における基板載置面を除く部位に窒化ガリウムを含有するコーティング層を形成するコーティング工程と、前記コーティング層を形成する工程の後に実施され、前記サセプタの前記基板載置面に載置された基板上に、窒化アルミニウムを含有するバッファ層を成膜するバッファ層成膜工程と、を含み、前記バッファ層成膜工程においては、前記コーティング層を形成している窒化ガリウムが熱分解するよう、前記バッファ層を成膜する成膜部材の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention includes a coating step of forming a coating layer containing gallium nitride on a portion of the front surface of a susceptor other than the substrate mounting surface, and a step of forming a coating layer containing gallium nitride after the step of forming the coating layer. a buffer layer forming step of forming a buffer layer containing aluminum nitride on the substrate placed on the substrate mounting surface of the susceptor; , provides a method for manufacturing a film-forming member in which the buffer layer is formed so that gallium nitride forming the coating layer is thermally decomposed .
本発明によれば、バッファ層の結晶性を向上させることができる成膜部材の製造方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a film-forming member that can improve the crystallinity of a buffer layer.
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態について、図1乃至図7を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. The embodiments described below are shown as preferred specific examples for carrying out the present invention, and some portions specifically illustrate various technical matters that are technically preferable. However, the technical scope of the present invention is not limited to this specific embodiment.
まず、本形態の製造方法にて製造される成膜部材1について説明する。図1は、成膜部材1の一例を概略的に示した模式図である。図1はあくまでも模式図であり、各層の寸法の比は、必ずしも実際のものと一致するものではない。 First, the film forming member 1 manufactured by the manufacturing method of this embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing an example of a film forming member 1. As shown in FIG. FIG. 1 is only a schematic diagram, and the ratio of the dimensions of each layer does not necessarily match the actual one.
成膜部材1は、基板2上に窒化アルミニウム(AlN)を含有するバッファ層3を有する。本形態においては、成膜部材1が、基板2上にバッファ層3及び半導体積層構造4を有するウエハである例を示す。その他の成膜部材1としては、例えば、基板2上にバッファ層3が形成されたテンプレートや、ウエハを加工して形成される後述する発光素子等がある。本形態においては、成膜部材1をウエハ1ともいう。
The film forming member 1 has a
(ウエハ1)
ウエハ1は、例えば、レーザダイオードや発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)の発光素子を製造するためのものである。本形態において、ウエハ1は、240nm以上365nm以下の中心波長の紫外光(例えば中心波長280nm以下の深紫外光)を発する発光素子としてのLEDを製造するためのものである。発光素子については後述する。なお、ウエハ1は、発光素子以外の半導体装置を製造するためのものであってもよい。
(Wafer 1)
The wafer 1 is used for manufacturing light emitting elements such as laser diodes and light emitting diodes (LEDs), for example. In this embodiment, the wafer 1 is used to manufacture LEDs as light emitting elements that emit ultraviolet light with a center wavelength of 240 nm or more and 365 nm or less (for example, deep ultraviolet light with a center wavelength of 280 nm or less). The light emitting element will be described later. Note that the wafer 1 may be used for manufacturing semiconductor devices other than light emitting elements.
ウエハ1は、基板2と、基板2上に形成されたバッファ層3と、バッファ層3上に形成された半導体積層構造4とを有する。
The wafer 1 includes a
基板2は、サファイア(Al2O3)の単結晶を含むサファイア基板である。基板2は、円板状を呈しているが、一部に、基板2の結晶方位を示すためのオリエンテーションフラット(いわゆるオリフラ)又はノッチが形成されていてもよい。基板2の厚さは、例えば400μm以上1000μm以下とすることができる。基板2は、例えば主面がc面となる。なお、基板2の主面がc面とは、基板2の主面がc面に対するオフ角を有するものも含むものとする。基板2の主面に、バッファ層3が形成されている。
バッファ層3は、窒化アルミニウムにより形成されている。本形態において、バッファ層3における少なくとも基板2側の端部には、ガリウム(Ga)が存在している。これは、後述するように、窒化ガリウム(GaN)を含有するコーティング層が形成されたサセプタを用いてバッファ層3を成膜したことに起因する。バッファ層3は、例えば1.5μm以上4.5μm以下の厚さを有している。バッファ層3における基板2と反対側に、半導体積層構造4が形成されている。
半導体積層構造4は、例えば、AlaGa1-aN(0≦a≦1)にて表される2元系又は3元系のIII族窒化物半導体の積層構造である。なお、窒素(N)の一部をリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)等で置き換えてもよい。
The semiconductor stacked
半導体積層構造4は、基板2側から順に、n型不純物がドープされたn型半導体層41、活性層42、及びp型不純物がドープされたp型半導体層43を有する。n型半導体層41、活性層42及びp型半導体層43のそれぞれは、単層で形成されていてもよいし、複数層で形成されていてもよい。例えば、活性層42は、単一の井戸層を有する単一量子井戸構造としてもよいし、複数の井戸層を有する多重量子井戸構造としてもよい。また、半導体積層構造4は、基板2側から順に、n型半導体層41、活性層42及びp型半導体層43がこの順番に形成されていれば、これらの層間に追加の層が形成されていてもよい。一例として、活性層42とp型半導体層43との間に、活性層42からp型半導体層43への電子のオーバーフローを抑制するための電子ブロック層が形成されていてもよい。
The semiconductor stacked
(成膜装置5)
次に、成膜装置5について説明する。図2は、成膜装置5の模式的な断面図である。図3は、サセプタ52の平面図である。
(Film forming apparatus 5)
Next, the
本形態において、成膜装置5は、有機金属化学気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法を用いてウエハ1を製造するMOCVD装置である。特に本形態においては、成膜装置5が縦型のMOCVD装置である例について説明するが、横型のMOCVD装置であってもよい。また、成膜装置5は、分子線エピタキシ法(Molecular Beam Epitaxy:MBE)、ハイドライド気相エピタキシ法(Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE)等のMOCVD法以外のエピタキシャル成長法を用いた装置としてもよい。
In this embodiment, the
成膜装置5は、リアクタ51、サセプタ52、回転軸53及びヒータ54を備える。リアクタ51は、基板2上の各半導体層を形成するための原料ガスを内部に導入する導入口511、及び原料ガスを外部に排出する排出口512を有し、ウエハ1の各半導体層を成長させるための反応室510を区画するチャンバである。成膜装置5が縦型のMOCVD装置である場合、導入口511は、サセプタ52に向かってサセプタ52の厚み方向に原料ガスを供給する。図2においては、各半導体層の成膜時における原料ガスの流れFを矢印にて示している。
The
サセプタ52は、リアクタ51内の反応室510に配されている。サセプタ52は、略円板状に形成されている。サセプタ52は、例えば熱伝導性に優れた黒鉛の表面をSiCにてコーティングしてなる。
The
サセプタ52のおもて面521には、複数のポケット522が形成されている。なお、図3においては、便宜上、複数のポケット522のうちの1つのみを表しており、他のポケットの図示は省略している。おもて面521は、サセプタ52における、基板2の各半導体層が成長する側(すなわち図2の上側)の面である。成膜装置5が縦型のMOCVD装置である場合、おもて面521は、サセプタ52における導入口511を向く面である。おもて面521の面積は、特に限定されないが、例えば11200mm2以上23450mm2以下とすることができる。
A plurality of
ポケット522は、おもて面521から凹むよう形成された凹部であり、当該凹部の底面にて構成される基板載置面522aと、側面522bとを有する。基板載置面522aは、円形を呈しており、基板2の厚み方向に直交する平面状に形成されている。側面522bは、基板載置面522aの周縁部からサセプタ52の厚み方向にまっすぐ形成されている。なお、基板載置面522aは、例えば、湾曲形状、サセプタ52の厚み方向において径が変わる階段状等の平面以外の形状であってもよい。また、側面522bは、例えばサセプタ52の厚み方向に対して傾斜するテーパ面等のような構成であってもよい。
The
回転軸53は、ウエハ1の各半導体層の成膜時に、回転軸53の中心軸を中心に自転することでサセプタ52を回転させる。回転軸53は、図示しない回転機構に接続されており、回転機構から回転力を受けて回転するよう構成されている。
The rotating
ヒータ54は、例えば通電によって発熱するものを採用することができる。ヒータ54は、サセプタ52を介して基板2を加熱し、基板2の温度を各半導体層の成長に適した温度に維持する。
The
(ウエハ1の製造方法)
次に、本形態のウエハ1の製造方法について説明する。図4は、本形態における製造方法を説明するためのフローチャートである。
(Method for manufacturing wafer 1)
Next, a method for manufacturing the wafer 1 of this embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart for explaining the manufacturing method in this embodiment.
ウエハ1の製造方法は、ベーキング工程S1と、コーティング工程S3と、基板載置工程S5と、バッファ層成膜工程S7と、積層構造成膜工程S9とを備える。 The method for manufacturing the wafer 1 includes a baking step S1, a coating step S3, a substrate mounting step S5, a buffer layer film forming step S7, and a layered structure film forming step S9.
ベーキング工程S1は、コーティング工程S3の前に行われるものであり、サセプタ52を収容するリアクタ51内を、窒化ガリウムの分解温度(例えば約1100℃)以上の温度にてベーキングする工程である。ベーキング工程S1においては、所定時間(例えば10分~1時間)、リアクタ51内に不活性ガス(窒素、水素等)が通気され、ヒータ54を発熱させてサセプタ52の温度が窒化ガリウムの分解温度以上の所定の温度(例えば1150℃)となるようリアクタ51内が加熱される。
The baking step S1 is performed before the coating step S3, and is a step of baking the inside of the
ベーキング工程S1を実施することで、リアクタ51内に存在する不純物が除去される。ベーキング工程S1にて除去される対象となる不純物としては、例えば前回のウエハ1の製造過程においてウエハ1の原料ガスが反応室510の内壁、サセプタ52の表面等に反応して形成された堆積物(いわゆるデポ)や、水分等があり得る。ベーキング工程S1の後、サセプタ52の温度が窒化ガリウムの分解温度未満となるよう降温された後、コーティング工程S3が実施される。
By performing the baking step S1, impurities present in the
図5は、サセプタ52のおもて面521にコーティング層55が形成された成膜装置5を示す模式的な断面図である。図5はあくまでも模式図であり、サセプタ52の寸法と、コーティング層55の寸法との比は、必ずしも実際のものと一致するものではない。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a
コーティング工程S3においては、サセプタ52のおもて面521における基板載置面522aを除く部位に、窒化ガリウムを含有するコーティング層55が形成される。本形態とは異なり、基板載置面522aにコーティング層が形成された場合、コーティング層が熱分解したときに基板載置面522aに対向する基板2の裏面に意図しない結晶成長が生じ、基板2の裏面を汚すおそれがあるため、本形態において、コーティング層55はサセプタ52における基板載置面522aには形成されていない。コーティング工程S3にて形成されるコーティング層55の厚みは、60nm以上300nm未満が好ましく、60nm以上240nm以下がより好ましい。これらの数値については、後述の実験例にて裏付けられる。
In the coating step S3, a
コーティング工程S3においては、例えば基板載置面522aにダミーの基板が載置されることで、基板載置面522aへの窒化ガリウムの形成が抑制される。そして、コーティング工程S3においては、ヒータ54にてサセプタ52が窒化ガリウムの成長温度(例えば1000℃以上1100℃以下)まで加熱され、ガリウム源としてトリメチルガリウム(TMG)及び窒素源としてアンモニア(NH3)を含む原料ガスが導入口511から反応室510内に導入されることで、コーティング層55がおもて面521に形成される。なお、本形態において、コーティング層55は、アンドープの窒化ガリウムからなるものとしたが、n型不純物又はp型不純物を含むものであってもよい。コーティング工程S3の後、サセプタ52からダミーの基板が取り出され、続いて基板載置工程S5が実施される。
In the coating step S3, for example, a dummy substrate is placed on the
図6は、基板載置工程S5にて基板載置面522aに基板2が載置された状態の成膜装置5の模式的な断面図である。図6はあくまでも模式図であり、サセプタ52の寸法と、コーティング層55の寸法と、基板2の寸法との比は、必ずしも実際のものと一致するものではない。基板載置工程S5においては、おもて面521にコーティング層55が形成されたサセプタ52のポケット522に基板2が配置される。図4に示すごとく、基板載置工程S5に次いで、バッファ層成膜工程S7が実施される。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the
バッファ層成膜工程S7においては、サセプタ52の基板載置面522aに載置された基板2上に、窒化アルミニウムを含有するバッファ層3が成膜される。バッファ層成膜工程S7においては、ヒータ54を用いてサセプタ52及び基板2の温度が窒化アルミニウムの成長に適した温度であって、コーティング層55を構成する窒化ガリウムの分解温度以上の所定温度(例えば1100℃以上1300℃以下)に昇温される。サセプタ52及び基板2の温度が前述の所定温度に達したとき、アルミニウム源としてのトリメチルアルミニウム(TMA)及び窒素源としてのアンモニアを含む原料ガス(ガリウム源を含まない)が導入口511から反応室510内に導入される。これにより、基板2上に窒化アルミニウムからなるバッファ層3がエピタキシャル成長される。
In the buffer layer deposition step S7, the
バッファ層3の形成の初期段階においては、サセプタ52が窒化ガリウムの分解温度以上になるため、おもて面521に形成された窒化ガリウムからなるコーティング層55が熱分解され、ガリウム及び窒素が反応室510内に漂うこととなる。これが、窒化アルミニウムからなるバッファ層3の核形成時に好影響を及ぼす結果、バッファ層3の結晶性が向上するものと推測される。コーティング層55は、バッファ層3の形成初期段階において概ねすべてが熱分解される。基板2とバッファ層3との積層方向におけるバッファ層3のガリウム分布をみると、バッファ層3における基板2側の領域においてピークが表れる。
In the initial stage of forming the
バッファ層3の成膜後、積層構造成膜工程S9が実施される。本形態において、バッファ層成膜工程S7の後、積層構造成膜工程S9の前に、アニールは実施されず、積層構造成膜工程S9はバッファ層成膜工程S7と連続的に行われる。バッファ層成膜工程S7と積層構造成膜工程S9とが連続的に行われるとは、バッファ層成膜工程S7と積層構造成膜工程S9との間においてリアクタ51から基板2が取り出されないことを意味する。前述のごとく、本形態においては十分結晶性の高いバッファ層3が製造可能であることからアニールが不要である。
After forming the
積層構造成膜工程S9においては、ウエハ1を構成するn型半導体層41、活性層42及びp型半導体層43が順次成膜される。各半導体層を成長させるにあたっては、基板2の温度を、各半導体層を成長させるために適した成長温度に適宜調整しつつ、各半導体層を構成する原料ガスをリアクタ51の反応室510に供給する。各半導体層を構成する原料ガスとしては、アルミニウム源としてのトリメチルアルミニウム、ガリウム源としてトリメチルガリウム、窒素源としてアンモニア、シリコン(すなわちn型不純物)源としてテトラメチルシラン(TMSi)、及びマグネシウム(すなわちp型不純物)源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いることができる。少なくともバッファ層成膜工程S7及び積層構造成膜工程S9においては、回転軸53が回転されることでサセプタ52が回転している。各半導体層をエピタキシャル成長させるための成長温度、成長圧力、及び成長時間等の製造条件については、各半導体層の構成に応じた一般的な条件とすることができる。
In the layered structure film forming step S9, the n-
以上により、ウエハ1が製造される。以下、ウエハ1を製造する一連の工程(すなわちベーキング工程S1、コーティング工程S3、基板載置工程S5、バッファ層成膜工程S7及び積層構造成膜工程S9)を、ウエハ製造サイクルと呼ぶこともある。 Through the above steps, the wafer 1 is manufactured. Hereinafter, a series of steps for manufacturing the wafer 1 (i.e., baking step S1, coating step S3, substrate mounting step S5, buffer layer film forming step S7, and laminated structure film forming step S9) may be referred to as a wafer manufacturing cycle. .
ウエハ1が製造された後は、リアクタ51からウエハ1が取り出され、次回のウエハ製造サイクルが実施される。このように、繰り返しウエハ製造サイクルが実施されることで、多数のウエハ1が製造される。2回目以降のウエハ製造サイクルの開始時においては、前回のウエハ製造サイクル時において、おもて面521等に形成された堆積物が残っていることがある。そこで、堆積物のうち、少なくとも窒化ガリウムを取り除くべく、毎ウエハ製造サイクルにおいてベーキング工程S1が実施される。
After the wafer 1 is manufactured, the wafer 1 is taken out from the
(発光素子10)
次に、前述のように製造されたウエハ1を利用して製造される発光素子10について説明する。図7は、発光素子10の概略構成を示すための模式図である。ウエハ1に対して領域除去工程、n側電極形成工程、p側電極形成工程、ダイシング工程が実施されることで、1つのウエハ1から複数の発光素子10が製造される。
(Light emitting element 10)
Next, the
領域除去工程は、ウエハ1の一部をp型半導体層43の活性層42と反対側からエッチングしてn型半導体層41を露出させる工程である。
The region removal step is a step in which a part of the wafer 1 is etched from the side of the p-
n側電極形成工程は、領域除去工程にて形成されたn型半導体層41の露出面上に、n側電極11を形成する工程である。p側電極形成工程は、p型半導体層43の活性層42と反対側の面にp側電極12を形成する工程である。n側電極11及びp側電極12は、例えば、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法などの周知の方法により形成することができる。
The n-side electrode forming step is a step of forming the n-
ダイシング工程は、前述の各種工程を経て得られたものを所定の寸法に切り分けて個片化する。これにより、1つのウエハ1から図7に示すような発光素子10が複数形成される。なお、本形態にて示した発光素子10の構成はあくまでも一例であり、種々の構成を採用可能である。
In the dicing process, the product obtained through the various processes described above is cut into pieces of predetermined dimensions. As a result, a plurality of
(第1の実施の形態の作用及び効果)
本形態の成膜部材1の製造方法は、サセプタ52のおもて面521における基板載置面522aを除く部位に窒化ガリウムを含有するコーティング層55を形成するコーティング工程S3と、コーティング層55を形成する工程の後に実施され、サセプタ52の基板載置面522aに載置された基板2上に、窒化アルミニウムを含有するバッファ層3を成膜するバッファ層成膜工程S7と、を含む。それゆえ、バッファ層3の結晶性が向上する。
(Operations and effects of the first embodiment)
The method for manufacturing the film-forming member 1 of this embodiment includes a coating step S3 of forming a
また、本形態の成膜部材1の製造方法においては、コーティング工程S3の前に、サセプタ52を収容するリアクタ51内を、窒化ガリウムの分解温度以上の温度にてベーキングするベーキング工程S1がさらに行われる。それゆえ、コーティング工程S3の前においてリアクタ51内に窒化ガリウムからなる残留物(例えば堆積物)が存在することを抑制できる。コーティング工程S3の前においてリアクタ51内に窒化ガリウムからなる残留物が残存している場合は、コーティング工程S3後にサセプタ52のおもて面521に形成される窒化ガリウムからなる層の厚みは、前述の残留物の厚みとコーティング工程S3にて形成されるコーティング層55の厚みとの合計になり、コーティング層55の厚み管理が難しくなるという懸念がある。一方、本形態においては、かかる懸念が解消される。
Furthermore, in the method for manufacturing the film-forming member 1 of this embodiment, before the coating step S3, a baking step S1 is further performed in which the inside of the
また、コーティング工程S3にて形成されるコーティング層55の厚みは、60nm以上300nm未満である。それゆえ、バッファ層3の結晶性が一層向上する。
Further, the thickness of the
また、本形態の成膜部材1の製造方法においては、バッファ層3上に半導体層を成膜する工程を、バッファ層成膜工程S7と連続的に行う。それゆえ、例えばバッファ層3をアニール等するために、バッファ層成膜工程S7後に基板2をリアクタ51外に取り出す等する必要がなく、成膜部材1の生産性を向上させることができる。
Furthermore, in the method for manufacturing the film-forming member 1 of this embodiment, the step of forming a semiconductor layer on the
以上のごとく、本形態によれば、バッファ層の結晶性を向上させることができる成膜部材の製造方法を提供することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a method for manufacturing a film-forming member that can improve the crystallinity of a buffer layer.
[第2の実施の形態]
図8は、本形態における、初回のウエハ製造工程を説明するためのフローチャートである。図9は、サセプタ52に、初回コーティング層56及びコーティング層55が形成されるとともに、基板2が配置された状態の成膜装置5を示す模式的な断面図である。図9はあくまでも模式図であり、サセプタ52の寸法と、初回コーティング層56の寸法と、コーティング層55の寸法と、基板2の寸法との比は、必ずしも実際のものと一致するものではない。
[Second embodiment]
FIG. 8 is a flowchart for explaining the first wafer manufacturing process in this embodiment. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the
本形態は、第1の実施の形態におけるウエハ1の製造方法に対し、初回のウエハ製造工程を変更した形態である。初回のウエハ製造工程とは、成膜装置5が標準で備える構成以外の構成(例えばサセプタ52の表面等に形成された堆積物等)を含まない状態においてウエハ1を製造する工程を意味する。例えば、未使用の成膜装置5を用いたウエハ1の製造はもちろんのこと、既にウエハ1の製造に使用した成膜装置5を用いたウエハ1の製造であっても、その成膜装置5がクリーニングされる等によって標準構成以外の不純物が取り除かれた状態でのウエハ1の製造であれば、それは初回のウエハ製造工程である。本形態において、初回のウエハ製造工程に続く2回目以降のウエハ製造工程は、第1の実施の形態におけるウエハ製造工程と同じであるため、以下、初回のウエハ製造工程に着目して説明する。
In this embodiment, the initial wafer manufacturing process is changed from the method for manufacturing the wafer 1 in the first embodiment. The first wafer manufacturing process means a process of manufacturing the wafer 1 in a state that does not include any configuration other than the standard configuration of the film forming apparatus 5 (for example, deposits formed on the surface of the
初回のウエハ製造工程においては、コーティング工程S3の前に、サセプタ52の表面にAlxGa1-xN(0<x≦1)を含有する初回コーティング層56を形成する初回コーティング工程S2が行われる。本形態において、初回のウエハ製造工程は、ベーキング工程S1と、初回コーティング工程S2と、コーティング工程S3と、基板載置工程S5と、バッファ層成膜工程S7と、積層構造成膜工程S9とを備える。ベーキング工程S1、コーティング工程S3、基板載置工程S5、バッファ層成膜工程S7及び積層構造成膜工程S9については、第1の実施の形態と同様であるため重複する説明を省略する。
In the first wafer manufacturing process, before the coating process S3, an initial coating process S2 is performed to form an
初回コーティング工程S2は、サセプタ52の表面のうちの少なくとも基板載置面522aに初回コーティング層56を形成する工程である。基板載置面522aに初回コーティング層56を形成することにより、基板2の裏面側(基板載置面522a側)において意図しない結晶成長が生じることが抑制される。すなわち、ウエハ製造サイクルにおいてリアクタ51内に導入される原料ガスが基板2の裏面側に回り込んだ場合、特に工夫しなければ原料ガスが基板2の裏面に反応して基板2の裏面に結晶成長が生じ得るところ、基板載置面522aに初回コーティング層56を形成することで、基板2の裏面よりも初回コーティング層56の表面での原料ガスの反応が促進され、基板2の裏面に結晶成長が生じることが抑制される。
The initial coating step S2 is a step of forming an
本形態において、初回コーティング工程S2では、サセプタ52の表面のうちの基板載置面522a及びおもて面521に初回コーティング層56が形成される。おもて面521にも初回コーティング層56が形成されることで、おもて面521からのサセプタ52の放熱が抑制され、サセプタ52の温度分布を均一にしやすい。
In the present embodiment, in the first coating step S2, the
初回コーティング工程S2においては、ヒータ54が作動され、サセプタ52の温度が初回コーティング層56の成長に適した温度にされる。そして、初回コーティング層56の原料ガスが導入口511からリアクタ51内に導入されることで、おもて面521及び基板載置面522aに初回コーティング層56が形成される。
In the first coating step S2, the
初回コーティング層56は、基板2の裏面における意図しない結晶成長の抑制の効果をより高める観点から、例えばAl組成比xが80%以上100%以下であることが好ましく、本形態においては窒化アルミニウム(すなわちAl組成比xが100%)からなる。また、初回コーティング層56は、2回目以降のウエハ製造サイクルにおけるベーキング工程S1にて分解し難いよう、高Al組成を有することが好ましい。
From the viewpoint of further increasing the effect of suppressing unintended crystal growth on the back surface of the
初回コーティング層56は、n型不純物又はp型不純物を含むものであってもよい。なお、本形態において、初回コーティング層56は、窒化アルミニウムからなる例を示すが、これに限られず、例えば互いにAl組成比xが異なるAlxGa1-xN(0<x≦1)からなる複数の半導体層の積層体であってもよい。このような場合は、初回コーティング層56の最表面部(図9における初回コーティング層56の上側の面)のAl組成比xが80%以上100%以下であることが好ましい。
The
初回コーティング層56は、3μm以上の厚みとすることが好ましい。サセプタ52は、初回コーティング層56が形成された状態でウエハ1を交換しながら複数回使用され得るところ、初回コーティング層56の厚みを3μm以上とすることにより、初回コーティング層56が早期に摩耗して使用不能となることを防止することができる。かかる観点から、初回コーティング層56の厚みは、5μm以上とすることがより好ましい。また、初回コーティング層56の厚みは、20μm以下とすることができる。この場合、初回コーティング層56を製造する際の時間短縮及び原料ガスの量の削減を図ることができる。かかる観点から、初回コーティング層56の厚みは、10μm以下とすることがより好ましい。本形態において、初回コーティング層56の厚みは、4μm以上8μm以下である。
It is preferable that the
以上説明した初回コーティング工程S2の後、第1の実施の形態と同様のコーティング工程S3、基板載置工程S5、バッファ層成膜工程S7、積層構造成膜工程S9が実施され、初回のウエハ製造工程が終了する。初回のウエハ製造工程に次ぐ2回目以降のウエハ製造工程においては、第1の実施の形態と同様の工程が実施される。このとき、2回目以降のウエハ製造工程のベーキング工程S1は、サセプタ52の温度が初回コーティング層56の分解温度未満となる条件にて実施される。
After the first coating step S2 explained above, the same coating step S3 as in the first embodiment, the substrate mounting step S5, the buffer layer film forming step S7, and the layered structure film forming step S9 are performed, and the first wafer manufacturing The process ends. In the second and subsequent wafer manufacturing steps following the first wafer manufacturing step, the same steps as in the first embodiment are performed. At this time, the baking step S1 of the second and subsequent wafer manufacturing steps is performed under the condition that the temperature of the
その他は、第1の実施の形態と同様である。
なお、第2の実施の形態以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
The rest is the same as the first embodiment.
Note that among the symbols used in the second embodiment and subsequent embodiments, the same symbols as those used in the previously described embodiments represent the same constituent elements as those in the previously described embodiments, unless otherwise specified.
(第2の実施の形態の作用及び効果)
初回の成膜部材1の製造工程においては、コーティング工程S3の前に、サセプタ52の表面にAlxGa1-xN(0<x≦1)を含有する初回コーティング層56を形成する初回コーティング工程S2が行われる。これにより、サセプタ52の表面からサセプタ52の熱が放熱されることに起因してサセプタ52の温度分布が不均一になることを抑制することができる。
(Operations and effects of the second embodiment)
In the initial manufacturing process of the film forming member 1, an initial coating is performed to form an
また、初回コーティング層56は、サセプタ52の表面のうちの少なくとも基板載置面522aに形成されている。それゆえ、基板2の裏面側に意図しない結晶成長が生じることが抑制される。
その他、第1の実施の形態と同様の作用及び効果を有する。
Further, the
In addition, it has the same functions and effects as the first embodiment.
[実験例]
本実験例は、コーティング層の厚みとバッファ層の結晶性との関係を示す例である。バッファ層の結晶性の指標としては、ミックス値を用いた。バッファ層のミックス値は、バッファ層を形成する窒化アルミニウムの結晶の(10-12)面(すなわちMixed面)に対するX線回折のωスキャンにより得られるX線ロッキングカーブの半値幅[arcsec]であり、窒化アルミニウムの結晶品質を示す代表的な指標の一例である。ミックス値は、値が小さい程、結晶性が高いことを意味する。
[Experiment example]
This experimental example is an example showing the relationship between the thickness of the coating layer and the crystallinity of the buffer layer. The mix value was used as an index of the crystallinity of the buffer layer. The mix value of the buffer layer is the half-width [arcsec] of the X-ray rocking curve obtained by ω scan of X-ray diffraction for the (10-12) plane (i.e., mixed plane) of the aluminum nitride crystal forming the buffer layer. , is an example of a typical index showing the crystal quality of aluminum nitride. The smaller the mix value, the higher the crystallinity.
本実験例においては、成膜部材の製造方法に係る実施例1~8及び比較例のそれぞれの条件で成膜部材を製造した。実施例1~8は、第2の実施の形態で示した製造方法と同様である。実施例1~8は、互いに形成するコーティング層の厚みが異なることを除き、互いに同様の製造条件である。また、比較例は、コーティング層を形成せずに成膜部材を製造した例である。比較例は、コーティング層を形成しないことを除き、実施例1~8と同様の製造条件である。 In this experimental example, film-forming members were manufactured under the respective conditions of Examples 1 to 8 and Comparative Example regarding the method of manufacturing film-forming members. Examples 1 to 8 are similar to the manufacturing method shown in the second embodiment. Examples 1 to 8 were manufactured under similar manufacturing conditions except that the thicknesses of the coating layers formed were different. Moreover, the comparative example is an example in which a film-forming member was manufactured without forming a coating layer. The comparative example had the same manufacturing conditions as Examples 1 to 8, except that no coating layer was formed.
本実験例において、比較例及び実施例1~8にて製造する成膜部材は、サファイア基板及びバッファ層からなるテンプレートとした。すなわち、本実験例においてはバッファ層の結晶性の評価を行うことを目的としているため、図4及び図8の積層構造成膜工程S9は省略している。 In this experimental example, the film forming members manufactured in Comparative Examples and Examples 1 to 8 were templates consisting of a sapphire substrate and a buffer layer. That is, since the purpose of this experimental example is to evaluate the crystallinity of the buffer layer, the layered structure film forming step S9 in FIGS. 4 and 8 is omitted.
比較例及び実施例1~8に係る成膜部材の製造方法の詳細、及び比較例及び実施例1~8の条件で製造された成膜部材におけるバッファ層のミックス値については、下記表1に示す。下記表1に記載の「V/III」比とは、III族元素の原料ガスの流量FIII[μmol/min]に対するV族元素の原料ガスの流量Fv[μmol/min]の比率Fv/FIIIである。また、コーティング層の厚みと製造される成膜部材のバッファ層のミックス値との関係を、図10に示す。 Details of the manufacturing method of the film-forming members according to the comparative example and Examples 1 to 8, and the mix values of the buffer layers in the film-forming members manufactured under the conditions of the comparative example and Examples 1 to 8 are shown in Table 1 below. show. The “V/III” ratio described in Table 1 below is the ratio F v of the flow rate F v [μmol/min] of the group V element source gas to the flow rate F III [μmol/min] of the group III element source gas . /F III . Further, FIG. 10 shows the relationship between the thickness of the coating layer and the mix value of the buffer layer of the manufactured film forming member.
表1及び図10から分かるように、コーティング層を形成しない比較例と比べ、コーティング層を形成した実施例1~8において、バッファ層のミックス値が低くなっている、すなわち結晶性が高くなっていることが分かる。また、特にコーティング層の厚みが60nm以上300nm未満のときにバッファ層のミックス値が低くなり、60nm以上240nm以下のときの特にバッファ層のミックス値が低くなることが分かる。また、コーティング層の厚みを100nmから増加していくとバッファ層のミックス値が増加しているが、コーティング層の厚みが400nmを過ぎると、バッファ層のミックス値が飽和して略一定値となっていることが分かる。 As can be seen from Table 1 and FIG. 10, in Examples 1 to 8 in which a coating layer was formed, the mix value of the buffer layer was lower, that is, the crystallinity was higher, compared to the comparative example in which no coating layer was formed. I know that there is. Furthermore, it can be seen that the mix value of the buffer layer becomes particularly low when the thickness of the coating layer is 60 nm or more and less than 300 nm, and the mix value of the buffer layer becomes particularly low when the thickness of the coating layer is 60 nm or more and less than 240 nm. Furthermore, as the thickness of the coating layer increases from 100 nm, the mix value of the buffer layer increases, but when the thickness of the coating layer exceeds 400 nm, the mix value of the buffer layer saturates and becomes an approximately constant value. I can see that
なお、本実験例においては、初回コーティング層を設けた場合の製造方法に基づいているが、初回コーティング層を設けない場合(例えば第1の実施の形態)であっても、コーティング層の厚みとバッファ層の結晶性との関係は同様の関係となるものと想定される。 Note that although this experimental example is based on the manufacturing method in which an initial coating layer is provided, even if the initial coating layer is not provided (for example, in the first embodiment), the thickness of the coating layer and It is assumed that the relationship with the crystallinity of the buffer layer is similar.
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of embodiments)
Next, technical ideas understood from the embodiments described above will be described using reference numerals and the like in the embodiments. However, each reference numeral in the following description does not limit the constituent elements in the claims to those specifically shown in the embodiments.
[1]本発明の第1の実施態様は、サセプタ52のおもて面521における基板載置面522aを除く部位に窒化ガリウムを含有するコーティング層55を形成するコーティング工程S3と、前記コーティング層55を形成する工程の後に実施され、前記サセプタ52の前記基板載置面522aに載置された基板2上に、窒化アルミニウムを含有するバッファ層3を成膜するバッファ層成膜工程S7と、を含む成膜部材1の製造方法である。
これにより、バッファ層3の結晶性が向する。
[1] The first embodiment of the present invention includes a coating step S3 of forming a
This improves the crystallinity of the
[2]本発明の第2の実施態様は、第1の実施態様において、前記コーティング工程S3の前に、前記サセプタ52を収容するリアクタ51内を、窒化ガリウムの分解温度以上の温度にてベーキングするベーキング工程S1がさらに行われることである。
これにより、コーティング層55の厚み管理が容易となる。
[2] In the second embodiment of the present invention, in the first embodiment, before the coating step S3, the inside of the
This makes it easier to manage the thickness of the
[3]本発明の第3の実施態様は、第1又は第2の実施態様において、前記コーティング工程S3にて形成される前記コーティング層55の厚みが、60nm以上300nm未満であることである。
これにより、バッファ層3の結晶性が一層向上する。
[3] A third embodiment of the present invention is that in the first or second embodiment, the thickness of the
This further improves the crystallinity of the
[4]本発明の第4の実施態様は、第1乃至第3のいずれか1つの実施態様において、初回の前記成膜部材1の製造工程において、前記コーティング工程S3の前に、前記サセプタ52の表面にAlxGa1-xN(0<x≦1)を含有する初回コーティング層56を形成する初回コーティング工程S2がさらに行われることである。
これにより、サセプタ52の温度分布が不均一になることを抑制することができる。
[4] In the fourth embodiment of the present invention, in any one of the first to third embodiments, in the first manufacturing process of the film forming member 1, the
Thereby, it is possible to suppress the temperature distribution of the susceptor 52 from becoming non-uniform.
[5]本発明の第5の実施態様は、第4の実施態様において、前記初回コーティング層56が、前記サセプタ52の表面のうちの少なくとも前記基板載置面522aに形成されていることである。
これにより、基板2の裏面側に意図しない結晶成長が生じることが抑制される。
[5] A fifth embodiment of the present invention is that in the fourth embodiment, the
This prevents unintended crystal growth from occurring on the back surface side of the
[6]本発明の第6の実施態様は、第1乃至第5のいずれか1つの実施態様において、前記バッファ層3上に半導体積層構造を成膜する工程を、前記バッファ層成膜工程S7と連続的に行うことである。
これにより、成膜部材1の生産性が向上する。
[6] In a sixth embodiment of the present invention, in any one of the first to fifth embodiments, the step of forming a semiconductor stacked structure on the
This improves the productivity of the film forming member 1.
(付記)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、前述した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
(Additional note)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. Furthermore, it should be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential for solving the problems of the invention. Moreover, the present invention can be implemented with appropriate modifications within a range that does not depart from the spirit thereof.
1…ウエハ(成膜部材)
2…基板
3…バッファ層
51…リアクタ
52…サセプタ
521…おもて面
55…コーティング層
56…初回コーティング層
522a…基板載置面
S1…ベーキング工程
S2…初回コーティング工程
S3…コーティング工程
S7…バッファ層成膜工程
1...Wafer (film forming member)
2...
Claims (6)
前記コーティング層を形成する工程の後に実施され、前記サセプタの前記基板載置面に載置された基板上に、窒化アルミニウムを含有するバッファ層を成膜するバッファ層成膜工程と、を含み、
前記バッファ層成膜工程においては、前記コーティング層を形成している窒化ガリウムを熱分解させるよう、前記バッファ層を成膜する
成膜部材の製造方法。 a coating step of forming a coating layer containing gallium nitride on a portion of the front surface of the susceptor excluding the substrate mounting surface;
a buffer layer forming step carried out after the step of forming the coating layer, forming a buffer layer containing aluminum nitride on the substrate placed on the substrate placing surface of the susceptor; ,
In the buffer layer forming step, the buffer layer is formed so as to thermally decompose gallium nitride forming the coating layer.
A method for manufacturing a film-forming member.
請求項1に記載の成膜部材の製造方法。 Before the coating step, a baking step is further performed in which the inside of the reactor housing the susceptor is baked at a temperature higher than the decomposition temperature of gallium nitride.
A method for manufacturing a film-forming member according to claim 1.
請求項1又は2に記載の成膜部材の製造方法。 The thickness of the coating layer formed in the coating step is 60 nm or more and less than 300 nm.
A method for manufacturing a film forming member according to claim 1 or 2.
請求項1又は2に記載の成膜部材の製造方法。 In the first manufacturing process of the film-forming member, an initial coating process of forming an initial coating layer containing Al x Ga 1-x N (0<x≦1) on the surface of the susceptor is performed before the coating process. Further,
A method for manufacturing a film forming member according to claim 1 or 2.
請求項4に記載の成膜部材の製造方法。 The initial coating layer is formed on at least the substrate mounting surface of the surface of the susceptor.
The method for manufacturing a film-forming member according to claim 4.
請求項1又は2に記載の成膜部材の製造方法。 performing the step of forming a semiconductor stacked structure on the buffer layer continuously with the buffer layer forming step;
A method for manufacturing a film forming member according to claim 1 or 2.
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