JP6158564B2 - 半導体装置の製造方法及びハイドライド気相成長装置 - Google Patents
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前記堆積物を形成する工程では、前記反応ガスの流れを変化させる気流変化部材を、前記基板の周縁部又はその近傍の領域と対向するように、当該周縁部又は当該近傍の領域よりも前記反応ガスの上流側に配置した状態で、前記堆積物を形成し、
前記気流変化部材と前記基板とが相互に重なり合う領域の前記基板の径方向における寸法は、前記基板の直径の20%以下である半導体装置の製造方法を提供する。
前記保持部により保持された前記基板に反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応ガスの流れを変化させる気流変化部材と、
を有し、
前記気流変化部材は、前記基板の周縁部又はその近傍の領域と対向するように、当該周縁部又は当該近傍の領域よりも前記反応ガスの上流側に配置され、
前記気流変化部材と前記基板とが相互に重なり合う領域の前記基板の径方向における寸法は、前記基板の直径の20%以下であるハイドライド気相成長装置を提供する。
図1は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。図2は第1の実施形態に係るハイドライド気相成長装置(以下、HVPE装置)120を示す模式的な断面図である。図8は第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法により作製されたGaN基板180の模式的な側面図である。
この場合、基板133に対して面直方向に気流変化部材170及び基板133を見たときに、気流変化部材170と基板133とが相互に重なり合う(オーバーラップする)領域の、基板133の径方向における寸法L(図6)は、基板133の直径(あるいは基板133の外形寸法)の20%以下とすることが好ましい。一例として、寸法Lは、4mm程度とすることができる。
図9(a)及び図9(b)は第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。この製造方法は、以下に説明する点で、上記の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と相違し、その他の点では、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様に構成されている。なお、図9においては、固定部材173(図3参照)の図示を省略している。
具体的には、例えば、気流変化部材170における基板133側の面に付着した堆積物と、基板133上のGaN層160の表面と、の間の距離が一定に維持されるように、距離d1を変化させることができる。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 基板に反応ガスを供給して、前記基板上にハイドライド気相成長法により堆積物を形成する工程を有し、
前記堆積物を形成する工程では、前記反応ガスの流れを変化させる気流変化部材を、前記基板の周縁部又はその近傍の領域と対向するように、当該周縁部又は当該近傍の領域よりも前記反応ガスの上流側に配置した状態で、前記堆積物を形成する、半導体装置の製造方法。
2. 前記気流変化部材は、前記基板の周縁部に沿う枠状の形状に形成されている1に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記堆積物を形成する工程は、前記基板の周縁部と前記気流変化部材との距離を変化させる工程を含む1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記基板の周縁部と前記気流変化部材との距離を変化させる工程では、前記基板上の前記堆積物の膜厚が増加するにつれて、前記基板と前記気流変化部材との間の距離を増大させる3に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記基板上の前記堆積物の表面と前記気流変化部材との間の距離が一定に維持されるように、前記基板の周縁部と前記気流変化部材との距離を変化させる工程を行う4に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記基板に対して供給される反応ガスの気流の方向は、前記基板に対する面直方向成分を含む1乃至5の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
7. ハイドライド気相成長法により基板上に堆積物を形成可能なように前記基板を保持する保持部と、
前記保持部により保持された前記基板に反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応ガスの流れを変化させる気流変化部材と、
を有し、
前記気流変化部材は、前記基板の周縁部又はその近傍の領域と対向するように、当該周縁部又は当該近傍の領域よりも前記反応ガスの上流側に配置されているハイドライド気相成長装置。
8. 前記気流変化部材は、前記基板の周縁部に沿う枠状の形状に形成されている7に記載のハイドライド気相成長装置。
9. 前記気流変化部材と前記基板の周縁部との間の距離を変化させる距離変化機構を有する7又は8に記載のハイドライド気相成長装置。
10. 前記距離変化機構は、前記気流変化部材を前記保持部に対して相対的に移動させることによって、前記距離を変化させる9に記載のハイドライド気相成長装置。
11. 前記ガス供給部によって前記基板に対して供給される反応ガスの気流の方向は、前記基板に対する面直方向成分を含む7乃至10の何れかに記載のハイドライド気相成長装置。
次に、基板ホルダ123に貼り付けた基板133と、内径が各種の設定値(後述)とされ、外径が67mm、厚さが3mmの気流変化部材170を、基板133と気流変化部材170の間隔が所定の距離(後述)となるように、HVPE装置120内に配置した。
成長条件は、成長温度1075℃、ガス供給管125を介してドーピングガスとしてのジクロロシランとともに供給するキャリアガスの流量比(N2/(N2+H2))を0.25、ガス供給管126を介してGa原料127上に供給するHClの流量を200cc/min、ガス供給管124を介して供給するNH3の流量を3000cc/minとした。
図14に示すように、比較例1の場合(気流変化部材170が無い場合)、基板133の外周端での成長速度が突出して速く、基板133の外周端での成長速度は、基板133の中心付近での成長速度の2.3倍となっている。
これに対し、内径54mmの気流変化部材170を用いた実施例1から3では、基板133の外周端付近の急激な成長速度増加が抑えられ、基板133の外周端での成長速度は、基板133の中心付近の成長速度の0.7倍から1.7倍の範囲であることが分かる。
また、基板133と気流変化部材170との距離d1を近づけると、基板133の外周端付近での成長速度が減少し、遠ざけると基板133の外周端付近での成長速度が増加する傾向があることが分かる。このため、距離d1を適度に調整することによって、成長速度分布の最適化が可能であることが分かった。
図15に示すように、内径50mmの気流変化部材170を用いた場合、内径54mmの気流変化部材170を用いる場合(実施例1から3)と比べて、基板133の外周端付近での成長速度増加がさらに抑えられ、基板133の外周端での成長速度は、基板133の中心付近の成長速度の0.5倍から1.4倍の範囲であることが分かる。
気流変化部材170の内径が50mmの場合も、気流変化部材170の内径が54mmの場合と同様に、基板133と気流変化部材170との距離d1を近づけると、基板133の外周端付近での成長速度が減少し、遠ざけると基板133の外周端付近での成長速度が増加する傾向が確認された。
比較例2では、気流変化部材170を用いずに、基板133の位置を一定にして成長を行なった。図16に示すように、比較例2では、基板133の中心付近では平坦にGaN層160が成長しているものの、基板133の周縁部(基板133の外周弧に沿った部分)では幅1mm程度、高さ1mm程度の先鋭化した(高さ方向の先端が先鋭化した)GaN層160が形成された。また先鋭化したGaN層160の先端に、多結晶が生成されている箇所も確認された。GaN層160の成長厚さを測定したところ、中心付近の成長厚さが0.89mm、周縁部での最大成長厚さ(界面から先鋭部頂点までの高さ)は1.85mmであり、基板133の中心付近と周縁部との成長速度比の最大値は1.85/0.89=2.08であった。
一方、実施例7では、成長表面の外周端部に先鋭形状は無く、平坦に成長した。成長厚さを測定したところ、中心付近の成長厚さが3.21mm、外周端部の成長厚さは3.27mmであり、成長速度比は3.27/3.21=1.02であった。また、成長厚さが最も厚い点でも3.53mmであり、成長速度比の最大値は3.53/3.21=1.10である。つまり、GaN層160が実質的に平坦であることが確かめられた。
基板133上のGaN層160の厚みが増すにつれて、気流変化部材170と基板133との距離d1が短くなるだけでなく、気流変化部材170へのGaN多結晶の堆積により該気流変化部材170の見かけ上の内径も小さくなる。実施例7のように、0.5mm/hの割合で気流変化部材170と基板133との距離d1を遠ざけることにより、平坦なGaN層160を成長することができた。
121 反応管
122 成長領域
123 基板ホルダ
123a 接着剤
124 ガス供給管
125 ガス供給管
126 ガス供給管
127 Ga原料
128 ソースボート
129 ヒータ
130 ヒータ
132 回転軸
132a 突出部
133 基板
133a 個片
135 ガス排出管
136 仕切板
137 窒素原料ガス供給部
137a 窒素原料ガス供給部管
139 III族原料ガス供給部
139a III族原料ガス供給管
150 距離変化機構
155 制御部
160 GaN層
170 気流変化部材
170a 開口
171 部分
173 固定部材
180 GaN基板
220 ハイドライド気相成長装置(HVPE装置)
Claims (15)
- 基板に反応ガスを供給して、前記基板上にハイドライド気相成長法により堆積物を形成する工程を有し、
前記堆積物を形成する工程では、前記反応ガスの流れを変化させる気流変化部材を、前記基板の周縁部又はその近傍の領域と対向するように、当該周縁部又は当該近傍の領域よりも前記反応ガスの上流側に配置した状態で、前記堆積物を形成し、
前記気流変化部材と前記基板とが相互に重なり合う領域の前記基板の径方向における寸法は、前記基板の直径の20%以下である半導体装置の製造方法。 - 基板に反応ガスを供給して、前記基板上にハイドライド気相成長法により堆積物を形成する工程を有し、
前記堆積物を形成する工程では、ガス供給部から前記基板の中心部及び周縁部に向けて反応ガスを供給し、前記基板の周縁部又はその近傍の領域と対向するように当該周縁部又は当該近傍の領域よりも前記反応ガスの上流側に配置した気流変化部材で前記基板の周縁部に供給される反応ガスを抑制する半導体装置の製造方法。 - 前記気流変化部材と前記基板とが相互に重なり合う領域の前記基板の径方向における寸法は、前記基板の直径の20%以下である請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記気流変化部材は、前記基板の周縁部に沿う枠状の形状に形成されている請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記堆積物を形成する工程は、前記基板の周縁部と前記気流変化部材との距離を変化させる工程を含む請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板の周縁部と前記気流変化部材との距離を変化させる工程では、前記基板上の前記堆積物の膜厚が増加するにつれて、前記基板と前記気流変化部材との間の距離を増大させる請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板上の前記堆積物の表面と前記気流変化部材との間の距離が一定に維持されるように、前記基板の周縁部と前記気流変化部材との距離を変化させる工程を行う請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板に対して供給される反応ガスの気流の方向は、前記基板に対する面直方向成分を含む請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- ハイドライド気相成長法により基板上に堆積物を形成可能なように前記基板を保持する保持部と、
前記保持部により保持された前記基板に反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応ガスの流れを変化させる気流変化部材と、
を有し、
前記気流変化部材は、前記基板の周縁部又はその近傍の領域と対向するように、当該周縁部又は当該近傍の領域よりも前記反応ガスの上流側に配置され、
前記気流変化部材と前記基板とが相互に重なり合う領域の前記基板の径方向における寸法は、前記基板の直径の20%以下であるハイドライド気相成長装置。 - ハイドライド気相成長法により基板上に堆積物を形成可能なように前記基板を保持する保持部と、
前記保持部により保持された前記基板の中心部及び周縁部に向けて反応ガスを供給するガス供給部と、
前記基板の周縁部又はその近傍の領域と対向するように、当該周縁部又は当該近傍の領域よりも前記反応ガスの上流側に配置され、前記基板の周縁部に供給される反応ガスを抑制する気流変化部材と、
を有するハイドライド気相成長装置。 - 前記気流変化部材と前記基板とが相互に重なり合う領域の前記基板の径方向における寸法は、前記基板の直径の20%以下である請求項10に記載のハイドライド気相成長装置。
- 前記気流変化部材は、前記基板の周縁部に沿う枠状の形状に形成されている請求項9から11のいずれか1項に記載のハイドライド気相成長装置。
- 前記気流変化部材と前記基板の周縁部との間の距離を変化させる距離変化機構を有する請求項9から12のいずれか1項に記載のハイドライド気相成長装置。
- 前記距離変化機構は、前記気流変化部材を前記保持部に対して相対的に移動させることによって、前記距離を変化させる請求項13に記載のハイドライド気相成長装置。
- 前記ガス供給部によって前記基板に対して供給される反応ガスの気流の方向は、前記基板に対する面直方向成分を含む請求項9から14のいずれか1項に記載のハイドライド気相成長装置。
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