TW201338199A

TW201338199A - 氮化物半導體的製造方法

Info

Publication number: TW201338199A
Application number: TW102107313A
Authority: TW
Inventors: Hajime Fujikura; Taichiro Konno; Michiko Matsuda
Original assignee: Hitachi Cable
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2013-09-16
Also published as: JP2013187366A; CN103311096A

Abstract

本發明提供一種生長的重現性高、能抑制氮化物半導體層的結晶性劣化且縮短製造時間的氮化物半導體的製造方法。該氮化物半導體的製造方法具備如下步驟：在生長裝置內安裝由藍寶石或碳化矽構成的襯底基板的準備步驟；在所述生長裝置內安裝有所述襯底基板的狀態下清洗所述生長裝置內部的清洗步驟；以及在所述清洗步驟之後連續地在所述襯底基板上依次生長緩衝層和氮化物半導體層的生長步驟，其中在900℃以上1200℃以下的溫度範圍實施所述清洗步驟，在900℃以上的溫度範圍實施所述生長步驟中所述緩衝層的生長。

Description

氮化物半導體的製造方法

本發明為在由藍寶石或碳化矽構成的襯底基板上生長氮化物半導體層的氮化物半導體的製造方法。

氮化物半導體被廣泛用作發出高亮度的紫外光、藍色光等的發光二極體或高輸出用途的高電子遷移率電晶體等的材料。

作為製造該氮化物半導體的方法，已知如下方法：如第3圖所示，在由藍寶石或碳化矽構成的襯底基板100上生長緩衝層101(第3圖(a))，並在緩衝層101上生長氮化物半導體層102(第3圖(b))的方法；如第4圖所示，使用了兩階段生長的方法，即在由藍寶石或碳化矽構成的襯底基板100上生長低溫生長緩衝層103(第4圖(a))，將低溫生長緩衝層103製成單晶核104(第4圖(b))，並在單晶核104上生長氮化物半導體層102(第4圖(c))(例如，參照專利文獻1)。

前者(第3圖)的方法如第5圖所示，具備以下步驟：將生長裝置內從室溫升溫至1200℃左右並除去在生長裝置內堆積之不需要的堆積物的清洗步驟e、將生長裝置內降溫至室溫並在生長裝置內安裝襯底基板100的準備步驟f、將生長裝置內再從室溫升溫至1100℃左右並在襯底基板100上依次生長緩衝層101與氮化物半導體層102而製造氮化物半導體的生長步驟g、以及將生長裝置內再降溫至室溫並從生長裝置內取出氮化物半導體的事後步驟h，通過重複以上步驟而連續地製造氮化物半導體。

與此相對，後者(第4圖)的方法如第6圖所示，具備以下步驟：將生長裝置內從室溫升溫至1200℃左右並除去在生長裝置內堆積之不需要的堆積物的清洗步驟i、將生長裝置內降溫至室溫並安裝襯底基板100的準備步驟j、將生長裝置內升溫至1200℃左右並清洗襯底基板100表面的步驟k、將生長裝置內降溫至500℃左右並在襯底基板100上生長低溫生長緩衝層103的第1生長步驟l、以及再將生長裝置內從500℃左右升溫至1100℃左右並在低溫生長緩衝層103上生長氮化物半導體層102的第2生長步驟m，通過重複以上步驟而連續地製造氮化物半導體。

在這些方法中實施清洗步驟e、i是因為，在生長裝置內堆積了不需要的堆積物的狀態下進行下一生長時，該堆積物會蒸發而附著在生長前的襯底基板100上，成為表面缺陷的原因。

該清洗步驟e、i通過將包含氯化氫、氯、氫、或這些混合氣體的蝕刻性氣體與氮等運載氣體一起導入至生長裝置內，除去在生長裝置內堆積之不需要的堆積物而進行。

現有專利文獻

專利文獻1：日本特開2008-153382號公報

然而，在前者(第3圖)的方法中，清洗步驟和其前後的升降溫時間成為了使生產率降低的原因。也有通過使用另外的烘烤裝置清洗堆積了不需要的堆積物的夾具來去掉生長裝置內的清洗步驟的方法，但在該情況下，需要與生長裝置分開購置烘烤裝置而使成本增加。另外，由於每次生長氮化物半導體都要重新設置生長裝置內的夾具，因此存在不易取得生長的重現性的缺點。

另一方面，在後者(第4圖)的方法中，除了上述情況以外，在基板清洗步驟k之後生長低溫生長緩衝層時，需要使生長裝置內的溫度降低至500℃左右，其前後的升降溫時間會使生產率更進一步降低。而且，在該溫度區域內，在生長裝置內殘留的氯(蝕刻性氣體所含有的物質)會附著在襯底基板表面上，因此在其上隔著低溫生長緩衝層而生長氮化物半導體層時，也存在其結晶劣化這樣的問題。

因此，本發明的目的在於提供一種生長的重現性高、能抑制氮化物半導體層的結晶性劣化且縮短製造時間的氮化物半導體的製造方法。

為了實現該目的而完成的本發明是一種氮化物半導體的製造方法，其具備在生長裝置內安裝由藍寶石或碳化矽構成的襯底基板的準備步驟、在上述生長裝置內安裝有上述襯底基板的狀態下清洗上述生長裝置內部的清洗步驟、以及在上述清洗步驟之後連續地在上述襯底基板上依次生長緩衝層和氮化物半導體層的生長步驟，其中在900℃以上1200℃以下的溫度範圍實施上述清洗步驟，在900℃以上的溫度範圍實施上述生長步驟中的上述緩衝層的生長。

較佳利用氮化鋁來形成上述緩衝層，利用氮化鎵來形成上述氮化物半導體層。

較佳在上述清洗步驟與上述生長步驟之間，實施向上述生長裝置內導入惰性氣體進行淨化的淨化步驟。

較佳在上述清洗步驟中，將包含氯化氫或氯的蝕刻性氣體與氫、氮、或混合了氫與氮的運載氣體一起導入至上述生長裝置內。

較佳上述清洗步驟只在上述生長裝置內附著有包含氮化物半導體層的堆積物的狀態下實施。

較佳上述生長步驟通過有機金屬氣相生長法或氫化物氣相生長法來實施。

根據本發明，能提供一種生長的重現性高、能抑制氮化物半導體層的結晶性劣化且縮短製造時間的氮化物半導體的製造方法。

a‧‧‧準備步驟

b‧‧‧清洗步驟

c‧‧‧淨化步驟

d‧‧‧生長步驟

100‧‧‧襯底基板

101‧‧‧緩衝層

102‧‧‧氮化物半導體層

103‧‧‧低溫生長緩衝層

104‧‧‧單晶核

第1圖是表示本發明氮化物半導體的製造方法的溫度順序的圖；第2圖是表示本發明的清洗時間與缺陷數的關係的圖；第3圖是表示一般習知氮化物半導體的製造方法的圖；第4圖是表示一般習知氮化物半導體的製造方法的圖；第5圖是表示第3圖氮化物半導體的製造方法的溫度順序的圖；以及第6圖是表示第4圖氮化物半導體的製造方法的溫度順序的圖。

以下基於附圖說明本發明較佳的實施方式。

如第1圖所示，本實施方式之氮化物半導體的製造方法的特徵在於，具備在生長裝置內安裝由藍寶石或碳化矽構成的襯底基板的準備步驟a、在生長裝置內安裝有襯底基板的狀態下清洗生長裝置內部的清洗步驟b、以及在清洗步驟b之後連續地在襯底基板上依次生長緩衝層和氮化物半導體層的生長步驟d，在900℃以上1200℃以下的溫度範圍實施清洗步驟b，在900℃以上的溫度範圍實施生長步驟d中的緩衝層的生長。

另外，在本說明書中“連續”的意思是在生長裝置內安裝有基板的狀態下向下一步驟推進。

另外，從生產率的觀點出發，較佳清洗步驟b、後述的淨化步驟c、和生長步驟d如第1圖所示在相同的溫度下實施，但如果滿足上述的條件，則它們的溫度也可以有變化。

在準備步驟a中，在最初的生長中在基座等上安裝新的襯底基板，在第二次之後的生長中從生長裝置內取出先前生長中得到的氮化物半導體，同時在基座等上安裝新的襯底基板。襯底基板的直徑較佳2英寸以上8英寸以下，其表面較佳為C面或從C面以1度以下角度稍微傾斜的面。

在清洗步驟b中，將包含氯化氫或氯的蝕刻性氣體與氫、氮、或混合了氫與氮的運載氣體一起導入至生長裝置內，除去生長裝置內堆積之不需要的堆積物，清洗生長裝置內部。這時，例如以0.1~1L/分、10L/分的混合比導入蝕刻性氣體與運載氣體。

該清洗步驟b為利用襯底基板與包含氮化物半導體層之不需要的堆積物的材質不同，而將生長裝置內堆積之不需要的堆積物選擇性蝕刻。另外，由於在最初生長時有可能生長裝置內並未堆積不需要的堆積物，因而除了其發生了堆積的情況以外，清洗步驟b僅在第二次之後實施即可。

在900℃以上1200℃以下的溫度範圍實施清洗步驟b，是因為：若在不足900℃的溫度範圍，則向生長裝置內導入的氯(蝕刻性氣體所含有的物質)會附著在襯底基板表面。在其上隔著緩衝層而生長氮化物半導體層時，包含該附著的氯的異物成為核而致有缺陷，使它們的結晶劣化。另外，若在比1200℃高的溫度範圍，則由於生長前的襯底基板表面通過蝕刻性氣體而被蝕刻，在襯底基板表面上增加10μm以上的凹凸，因此在其上生長的氮化物半導體層的表面平坦性劣化，無法得到可以應用於裝置的氮化物半導體。

另外，清洗步驟b較佳實施至少2分鐘以上。這是因為，從第2圖可知，通過實施2分鐘以上的清洗步驟b，其後得到的氮化物半導體晶圓的缺陷數為每1晶圓(6英寸)6個以下，在生長裝置內未堆積堆積物的狀態下可得到結晶性與生長氮化物半導體之情況同等或以上良好的氮化物半導體晶圓。

通常為了可適宜使用，生長步驟d較佳通過有機金屬氣相生長法(MOVPE法)或氫化物氣相生長法(HVPE法)來實施。另外，在本實施方式中，利用氮化鋁形成緩衝層、利用氮化鎵形成氮化物半導體層。緩衝層的厚度較佳10nm以上50nm以下，氮化物半導體層的厚度較佳1μm以上20μm以下。這時，在900℃以上的溫度範圍實施生長步驟d中之緩衝層的生長。這是因為，若為不足900℃的溫度範圍，則由於在生長裝置內殘留(附著於爐內、基座等)的氯會附著在襯底基板上，因此在其上隔著緩衝層生長氮化物半導體層時，其結晶會劣化。

另外，較佳在清洗步驟b與生長步驟d之間，實施1分鐘左右的將氫、氮等惰性氣體導入至生長裝置內進行淨化的淨化步驟c。這是因為，在清洗步驟b之後儘量排出生長裝置內殘留的蝕刻性氣體，可以使生長裝置內潔淨，在之後的生長步驟d中可進行合適的生長。

這些步驟a、b、c、d例如在50~800Torr(6665~106640Pa)的壓力下進行。另外，在連續地製造氮化物半導體時，重複這些步驟a、b、c、d。

通過該氮化物半導體的製造方法得到的氮化物半導體，成為與第3圖所示同樣的構成。即，成為在襯底基板100上依次生長有緩衝層101和氮化物半導體102的結構。

根據前述的氮化物半導體的製造方法，觀察溫度順序時可以清楚看到，由於清洗步驟b、淨化步驟c、和生長步驟d中的溫度變化小，升降溫時間可縮短，因此與習知者相比可以縮短製造時間，能提高氮化物半導體的生產率。

另外，由於不需要與生長裝置分開準備烘烤裝置等，因此不用花費浪費的成本，並且由於不需要每次生長氮化物半導體都重新設置生長裝置內的夾具，因此易取得生長的重現性。

更進一步，由於連續地進行了清洗步驟b、淨化步驟c、和生長步驟d，因此可以同時進行之前生長中得到的氮化物半導體的取出與新的襯底基板的設置，能縮短製造時間，同時由於實施3個步驟的溫度範圍大致相同，因此升降溫時間可縮短，能提高氮化物半導體的生產率。

另外，由於不使用低溫生長緩衝層，因此在生長裝置內殘留的氯不會附著在襯底基板表面，在其上隔著緩衝層生長的氮化物半導體層的結晶性不會劣化。

因此，根據本發明，能提供一種生長的重現性高，能抑制襯底基板表面的劣化、氮化物半導體層的結晶性的劣化且縮短製造時間的氮化物半導體的製造方法。

a‧‧‧準備步驟

b‧‧‧清洗步驟

c‧‧‧淨化步驟

d‧‧‧生長步驟

Claims

一種氮化物半導體的製造方法，具備以下步驟：在生長裝置內安裝由藍寶石或碳化矽構成的襯底基板的準備步驟；在所述生長裝置內安裝有所述襯底基板的狀態下清洗所述生長裝置內部的清洗步驟；以及在所述清洗步驟之後連續地在所述襯底基板上依次生長緩衝層和氮化物半導體層的生長步驟，其中，在900℃以上1200℃以下的溫度範圍實施所述清洗步驟，在900℃以上的溫度範圍實施所述生長步驟中所述緩衝層的生長。
如申請專利範圍第1項所述之氮化物半導體的製造方法，其中，利用氮化鋁來形成所述緩衝層，利用氮化鎵來形成所述氮化物半導體層。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之氮化物半導體的製造方法，其中，在所述清洗步驟與所述生長步驟之間，實施向所述生長裝置內導入惰性氣體進行淨化的淨化步驟。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之氮化物半導體的製造方法，其中，在所述清洗步驟中，將包含氯化氫或氯的蝕刻性氣體與氫、氮、或混合了氫與氮的運載氣體一起導入至所述生長裝置內。
如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述之氮化物半導體的製造方法，其中，所述清洗步驟僅在所述生長裝置內附著有包含氮化物半導體層的堆積物的狀態下實施。
如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之氮化物半導體的製造方法，其中，所述生長步驟通過有機金屬氣相生長法或氫化物氣相生長法來實施。