氮化鎵系結(jié)晶的生長方法和熱處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氮化鎵系結(jié)晶的生長方法和熱處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為發(fā)光器件等半導(dǎo)體器件的構(gòu)成材料而公知有氮化鎵(GaN)。通常，為了使GaN系結(jié)晶生長，作為成為基底的基板而使用藍(lán)寶石基板。例如，作為第I以往例而公知有如下一種方法:通過向反應(yīng)管內(nèi)供給三甲基鎵(TMGa)氣體和氮(N2)氣并使這些氣體在已經(jīng)在反應(yīng)管內(nèi)被加熱的藍(lán)寶石基板上發(fā)生反應(yīng)，從而在藍(lán)寶石基板上形成GaN結(jié)晶層。
[0003]另外，為了廉價地制造大面積的GaN系半導(dǎo)體器件，能夠想到使GaN系結(jié)晶在硅
(Si)基板上生長。但是，由于Si和GaN的反應(yīng)性較高，因此，若使GaN系結(jié)晶直接在硅基板上生長，則會產(chǎn)生回熔蝕刻(日文:7少卜A、y夕工、y于 > 夕')反應(yīng)，其結(jié)果，難以使優(yōu)質(zhì)的GaN結(jié)晶在硅基板上生長。為了解決這樣的問題，公知有如下一種技術(shù):通過使與Si和GaN這兩者的親和性較高的中間層介于硅基板與GaN結(jié)晶層之間，從而防止產(chǎn)生回熔蝕刻。
[0004]例如，作為第2以往例，公知有一種在硅基板上依次層疊初始緩沖區(qū)域、多層緩沖區(qū)域、以及GaN單結(jié)晶層而成的半導(dǎo)體器件。該初始緩沖區(qū)域包括AlN單結(jié)晶層。該AlN單結(jié)晶層是通過如下方式形成的:將三甲基鋁(TMA)和氨(NH3)用作原料氣體，在1100°C的條件下進(jìn)行氣相生長。在第2以往例的半導(dǎo)體器件中，通過將AlN單結(jié)晶層作為中間層介于硅基板與GaN單結(jié)晶層之間，從而防止產(chǎn)生回熔蝕刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在第2以往例中，為了使AlN結(jié)晶化，以較高的成膜溫度形成AlN單結(jié)晶層。但是，為了使AlN結(jié)晶化，需要將硅基板加熱至接近熔點的溫度，從而由于加熱溫度硅基板有時會發(fā)生熔融。因此，能夠想到在硅基板上以低溫形成非晶質(zhì)的AlN膜并使GaN單結(jié)晶在AlN膜之上生長。但是，在以低溫形成了 AlN膜的情況下，在使GaN的結(jié)晶在AlN膜上生長時非晶質(zhì)的AlN膜的一部分會結(jié)晶化，從而有時使AlN膜產(chǎn)生裂縫。在該情況下，硅基板和GaN會經(jīng)由裂縫而發(fā)生反應(yīng)，從而有可能產(chǎn)生回熔蝕刻。
[0006]本申請的技術(shù)方案提供能夠抑制在使氮化鎵系結(jié)晶在硅基板上生長時產(chǎn)生回熔蝕刻的氮化鎵系結(jié)晶的生長方法和熱處理裝置。
[0007]在一技術(shù)方案中，提供一種氮化鎵系結(jié)晶的生長方法。該方法包括以下工序:(a)以350°C?700°C的成膜溫度在硅基板上進(jìn)行含有氮化鋁或氧化鋁的中間層的成膜；(b)在含有氨或氧的氣氛中加熱硅基板和中間層，而使中間層所含有的氮化鋁或氧化鋁的結(jié)晶核分布在該硅基板上；以及(C)使氮化鎵系結(jié)晶以結(jié)晶核為起點在硅基板上生長。
[0008]一技術(shù)方案的熱處理裝置包括:處理容器；氣體供給部，其用于向處理容器內(nèi)供給氣體；加熱部，其用于對容納在處理容器內(nèi)的被處理體進(jìn)行加熱；以及控制部，其用于控制氣體供給部和加熱部，控制部以如下方式控制氣體供給部和加熱部:向處理容器內(nèi)供給含有鋁的氣體和含有氮或氧的氣體，并將被處理體加熱至350°C?700°C的溫度；向處理容器內(nèi)供給含有氨或氧的氣體，并加熱被處理體；以及向處理容器內(nèi)供給含有鎵的氣體和含有氮的氣體，并加熱被處理體。
【附圖說明】
[0009]附圖是作為本說明書的一部分而編入的，表示本申請的實施方式，這些附圖用于連同所述一般性說明和后述的實施方式的詳細(xì)內(nèi)容一起說明本申請的概念。
[0010]圖1是表示一實施方式的氮化鎵系結(jié)晶的生長方法的流程圖。
[0011]圖2是概略地表示在實施一實施方式的氮化鎵系結(jié)晶的生長方法時所使用的、另一實施方式的熱處理裝置的剖視圖。
[0012]圖3是詳細(xì)地表示圖2所示的閥組、流量控制器組、以及氣體源組的圖。
[0013]圖4的(a)是表示在工序SI中準(zhǔn)備的硅基板的圖。
[0014]圖4的(b)是表示在工序S2中在硅基板上形成中間層后的被處理體的圖。
[0015]圖4的(C)是表示在工序S3中進(jìn)行加熱處理后的被處理體的圖。
[0016]圖5是表示結(jié)晶核的分布的情形的硅基板的放大俯視圖。
[0017]圖6是表示在工序S4中使GaN系結(jié)晶沿縱向生長后的被處理體的圖。
[0018]圖7是表示在工序S4中使GaN系結(jié)晶沿橫向生長后的被處理體的圖。
【具體實施方式】
[0019]以下，參照附圖詳細(xì)說明各種實施方式。此外，在各附圖中，對于相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的附圖標(biāo)記。在下述詳細(xì)的說明中，為了能夠充分地理解本申請而進(jìn)行了較多具體的詳細(xì)說明。然而，不言自明的是，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，能夠在沒有這樣的詳細(xì)說明的情況下得到這些實施方式。在其他例子中，為了避免不易理解各種實施方式，沒有詳細(xì)地示出公知的方法、步驟、系統(tǒng)以及構(gòu)成要件。
[0020]圖1是表示一實施方式的氮化鎵系結(jié)晶的生長方法的流程圖。圖1所示的方法Ml能夠用于制造例如發(fā)光器件、功率器件等，其包括工序SI?工序S4。
[0021]以下，說明能夠用于實施圖1所示的方法Ml的熱處理裝置I。圖2是概略地表示另一實施方式的熱處理裝置I的剖視圖。如圖2所示，熱處理裝置I包括外管10、內(nèi)管11、晶圓支承體16、以及加熱部20。
[0022]外管10由例如石英玻璃構(gòu)成并成為上方閉合的圓筒形狀。在外管10的下部設(shè)有開口。外管10的側(cè)壁的下端與以包圍外管10的開口的方式延伸的凸緣1f相連接。凸緣1f通過固定工具12固定于底板13。
[0023]內(nèi)管11容納于外管10內(nèi)。內(nèi)管11用作容納被處理體W的處理容器。內(nèi)管11由例如石英玻璃構(gòu)成并成為上方閉合的圓筒形狀。在內(nèi)管11的下部設(shè)有開口。在內(nèi)管11的側(cè)面形成有與外管10相連通的孔或狹縫(未圖示)。另外，在內(nèi)管11的側(cè)面的一部分上設(shè)有使該側(cè)面向外側(cè)突出而成的擴(kuò)展部11a。內(nèi)管11的下端與沿著上下方向、即內(nèi)管11的長度方向延伸的凸緣Ilf相連接。凸緣Ilf借助固定環(huán)71固定于凸緣10f。由此，將內(nèi)管11固定于外管10。內(nèi)管11能夠經(jīng)由設(shè)于外管10的下部的開口插入到外管10內(nèi)。
[0024]晶圓支承體16容納于內(nèi)管11內(nèi)。晶圓支承體16具有至少3根在互相離開相等距離的位置上沿著內(nèi)管11的圓筒軸線方向延伸的支柱16a。在多根支柱16a上，分別在鉛垂方向上以大致等間隔形成有缺口(未圖示)。在晶圓支承體16中，通過將被處理體W插入到形成于多根支柱16a的缺口，從而在圓筒軸線方向上以大致等間隔支承被處理體W。在一實施方式中，晶圓支承體16能夠支承117張被處理體W。具體而言，在117張被處理體W之中，能夠?qū)?00張被處理體W作為處理對象的被處理體W，并將其余的17張被處理體W作為仿真晶圓。對于處理對象的晶圓即100張被處理體W，以25張被處理體W為I個組并編組為4個組，在編組了的狀態(tài)下將被處理體W支承于晶圓支承體16。在晶圓支承體16的最上部和最下部的位置分別配置有4張仿真晶圓，且在處理對象的被處理體W的各組之間分別配置有3張仿真晶圓。此外，被處理體W的張數(shù)和配置位置并不限定于這樣的形態(tài)，而能夠為任意的張數(shù)和配置位置。
[0025]另外，晶圓支承體16被支承桿19自下方支承。支承桿19支承于框體15，該框體15以能夠利用升降裝置進(jìn)行升降的方式構(gòu)成。通過利用該升降裝置來使框體15升降，能夠?qū)⒕A支承體16經(jīng)由設(shè)于內(nèi)管11的下部的開口而輸入到內(nèi)管11內(nèi)或?qū)⒕A支承體16自內(nèi)管11輸出。在框體15和支承桿19上升到最上方的位置，框體15抵接于外管10的凸緣1f的下表面而將外管10密閉。
[0026]多根(在圖2中為4根)引導(dǎo)管1a?1d以與外管10內(nèi)相連通的方式連接于外管10的側(cè)面。引導(dǎo)管1a?引導(dǎo)管1d沿著外管10的長度方向排列。在引導(dǎo)管1a?引導(dǎo)管1d內(nèi)分別插入有氣體供給管17a?氣體供給管17d。氣體供給管17a?氣體供給管17d的一端以與內(nèi)管11內(nèi)相連通的方式連接于內(nèi)管11的擴(kuò)展部11a。氣體供給管17a?氣體供給管17d的另一端分別經(jīng)由一系列的閥組34和流量控制器組32而連接于氣體源組30。氣體供給管17a?氣體供給管17d將來自氣體源組30的氣體分別向內(nèi)管11內(nèi)的被處理體W的各組供給。
[0027]圖3是詳細(xì)地表示圖2所示的閥組34、流量控制器組32、以及氣體源組30的圖。如圖3所示，氣體源組30具有多個(例如4個)氣體源30a?30d。氣體源30a是含鋁(Al)氣體的氣體源，氣體源30b是含鎵(Ga)氣體的氣體源，氣體源30c是含氮?dú)怏w的氣體源，氣體源30d是含氧氣體的氣體源。作為含Al氣體，能夠例示出三甲基鋁(TMAl)氣體。作為含鎵(Ga)氣體，能夠例示出三氯化鎵(GaCl3)、三甲基鎵(TMGa)、以及三乙基鎵(TEGa)。作為含氮?dú)怏w，能夠例示出氨(NH3)氣、氮(N2)氣。作為含氧氣體，能夠例示出O2氣體、臭氧
(O3)氣體、或者02和H 2的混合氣體。
[0028]流量控制器組32具有多個(例如4個)流量控制器32a?32d。流量控制器組32的流量控制器32a?流量控制器32d用于對自對應(yīng)的氣體源供給過來的氣體的流量進(jìn)行控制。這些流量控制器32a?流量控制器32d既可以是質(zhì)量流量控制器(MFC)，也可以是流量控制系統(tǒng)(FCS)。閥組34具有多個(例如4個)閥34a?34d。多個氣體源30a?30d分別經(jīng)由多個流量控制器32a?32d和多個閥34a?34d而與氣體供給管17a?氣體供給管17d相連接。多個氣體源30a?30d的氣體經(jīng)由氣體供給管17a?氣體供給管17d的一端向內(nèi)管11內(nèi)噴射。這些氣體源組30、流量控制器組32、以及閥組34用作向內(nèi)管11內(nèi)供給氣體的氣體供給部。此外，氣體供給部也可以還具有氣體源30a?氣體源30d以外的氣體源。
[0029]如圖2所示，在擴(kuò)展部Ila與晶圓支承體16之間設(shè)有氣體擴(kuò)散板lib。氣體擴(kuò)散板Ilb是由例如石英玻璃構(gòu)成的板狀構(gòu)件。在氣體擴(kuò)散板Ilb的與氣體供給管17a?氣體供給管17d的一端面對的位置上分別形成有沿氣體擴(kuò)散板Ilb的厚度方向貫穿氣體擴(kuò)散板Ilb的多個狹縫(未圖示)。氣體擴(kuò)散板I Ib通過使自多個氣體源30a?30d經(jīng)由氣體供給管17a?氣體供給管17d供給至內(nèi)管11的氣體在狹縫處擴(kuò)散，從而提高向內(nèi)管11內(nèi)供給的氣體的均勻性。
[0030]另外，在外管10的下部設(shè)有排氣口 He。排氣口 14e將通過氣體供給管17a?氣體供給管17d和內(nèi)管11的狹縫而供給至外管10內(nèi)的氣體排出。排氣口 14e經(jīng)由排氣管14與排氣裝置36相連接。排氣裝置36具有渦輪分子泵等真空泵，排氣裝置36能夠?qū)⑼夤?0和內(nèi)管11內(nèi)減壓至期望的真空度。
[0031]加熱部20具有圓筒部23、絕緣部24、發(fā)熱部25以及蓋部26。加熱部20用于對容納在內(nèi)管11內(nèi)的被處理體W進(jìn)行加熱。圓筒部23具有圓筒形狀并以包圍外管10的外側(cè)的方式配置。圓筒部23