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JP3758528B2 - Group III nitride compound semiconductor manufacturing apparatus and group III nitride compound semiconductor manufacturing method using the same - Google Patents
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Group III nitride compound semiconductor manufacturing apparatus and group III nitride compound semiconductor manufacturing method using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はIII族窒化物系化合物半導体の製造方法及び製造装置に関する。本発明は特に厚膜のIII族窒化物系化合物半導体或いはエピタキシャル成長基板として取扱可能な厚さのIII族窒化物系化合物半導体の製造方法又は製造装置として有効である。尚、III族窒化物系化合物半導体とは、例えばAlN、GaN、InNのような2元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn1-xN(いずれも0<x<1)のような3元系、AlxGayIn1-x-yN(0<x<1, 0<y<1, 0<x+y<1)の4元系を包括した一般式AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)で表されるものがある。なお、本明細書においては、特に断らない限り、単にIII族窒化物系化合物半導体と言う場合は、伝導型をp型あるいはn型にするための不純物がドープされたIII族窒化物系化合物半導体をも含んだ表現とする。
【0002】
【従来の技術】
例えば一般式AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦x+y≦1)のIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長により得るためには基板が必要であるが、取扱可能な厚さのIII族窒化物系化合物半導体基板は商業的には入手不可能である。このため安価なサファイア基板、炭化ケイ素(SiC)基板、シリコン(Si)基板その他の異種基板が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、安価な異種基板はIII族窒化物系化合物半導体と格子定数が大きく異なる。そのためそれら異種基板にいわゆるバッファ層を形成したのちIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させることが一般的である。しかし、このような場合でも、1000℃以上の極めて高温でエピタキシャル成長を行ったのち室温に戻す際、異種基板とIII族窒化物系化合物半導体の熱膨張係数の違いから多大な熱応力が生じてしまう。即ち、例え高温の段階では良好なエピタキシャル成長を行ったとしても、室温に冷却する際に、異種基板とIII族窒化物系化合物半導体の熱膨張係数が大きく違うことにより、異種基板内部及びIII族窒化物系化合物半導体層内部で結晶欠陥又は亀裂(クラック)が多数生じることとなる。
【0004】
実際、線膨張係数は、いずれも室温付近、a軸方向で、窒化ガリウム(GaN)が約5.6×10-6/K、窒化アルミニウム(AlN)が約4.2×10-6/K、サファイア(α-SiO2)が約7.5×10-6/K、シリコン(Si)が約3.6×10-6/Kである。すると、厚膜のGaNをサファイア(α-SiO2)基板上やシリコン(Si)基板上に形成したのち1000K(又は℃)冷却すると、a軸方向については0.2%もの収縮差が生じてしまう。これでは、厚さ数mmのGaNをサファイア(α-SiO2)基板上やシリコン(Si)基板上に形成すると、降温による熱応力でGaN及びサファイア(α-SiO2)基板又はシリコン(Si)基板に亀裂(クラック)が生じることは不可避である。
【0005】
一方、良好な単結晶状態のIII族窒化物系化合物半導体、特に窒化ガリウム(GaN)をエピタキシャル成長により得るためには、1000℃以上の高温で行うことがほぼ必須と考えられている。そこで本発明の目的は、エピタキシャル成長後、1000℃程度又はそれ以上の温度差の冷却を行っても、III族窒化物系化合物半導体層内部に亀裂(クラック)を生じさせない、III族窒化物系化合物半導体の製造装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項1に記載の手段によれば、III 族窒化物系化合物半導体の製造装置において、 III 族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させるための異種基板を配置することで、 III 族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させるための原料供給系と、エッチャントの供給系とが分離する構造を有し、異種基板の一方の面に1又は複数の III 族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させながら、若しくは成長した後に、異種基板の他方の面をエッチング可能としたことを特徴とする。また、請求項2に記載の手段によれば、異種基板は水平に載置され、原料供給系が下部に、エッチャントの供給系が上部になる構造であることを特徴とする。
【0007】
また、請求項3に記載の手段によれば、III族窒化物系化合物半導体の製造方法において、請求項1又は請求項2に記載の製造装置を用い、エッチング可能なIII族窒化物系化合物半導体と異なる基板(異種基板)を、その一方の面がIII族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長系に接するように、且つ他方の面がエピタキシャル成長系と分離されたエッチング系に接するように前記製造装置に載置し、III族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長系にて1又は複数のIII族窒化物系化合物半導体を異種基板の一方の面に積層する最中、若しくは積層した後に、エッチング系にて異種基板の他方の面をエッチングして、異種基板の大部分の厚さを薄くすることを特徴とする。この際、1又は複数のIII族窒化物系化合物半導体を異種基板の一方の面に積層することと異種基板の他方の面をエッチングすることを繰り返し行うことも本願発明に包含される。
【0008】
また、請求項4に記載の手段によれば、異種基板がシリコン(Si)基板であることを特徴とする。また、請求項5に記載の手段によれば、エッチング系においては気体又はガス状のエッチャントを用いることを特徴とする。ここでガス状には、噴霧状(スプレー状)を含むものとする。また、請求項6に記載の手段によれば、エッチング系においては、主として気体のハロゲン化水素を用いることを特徴とする。ここで主としてとは、例えば当該反応系に対し不活性なキャリアガス等に希釈したものでも良いことを意味する。
【0009】
また、請求項7に記載の手段によれば、エピタキシャル成長系として、ガリウム(Ga)又はインジウム(In)を塩化水素(HCl)ガスによって異種基板面に輸送するクロライド法を少なくとも一工程含むことを特徴とする。当該方法は、例えば単体のガリウム(Ga)又はインジウム(In)を高温に保持して塩化水素(HCl)を吹きつけ、塩化物を昇華させてエピタキシャル基板まで導くものである。
【0010】
【0011】
【0012】
【作用及び発明の効果】
異種基板を用いてIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させる際、若しくは成長した後に、当該異種基板の裏面からエッチングを行うことで、異種基板の大部分の厚さを薄くすることが可能となる。このうち、エピタキシャル成長とエッチングを同時に行う場合においては、エピタキシャル成長のため、初期段階においては厚い異種基板を用いながら、エピタキシャル成長が十分行われたのちにはあたかも薄い異種基板を用いていたような状態でエピタキシャル成長を終了できることを意味する。即ち、取扱容易な厚さの厚い異種基板を用いてIII族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長を高温で開始しても、エピタキシャル成長を終了させて室温まで降温させる際には薄い異種基板がIII族窒化物系化合物半導体に接合していることとなる。また、エピタキシャル成長後にエッチングを同時に行う場合においては、やはりエピタキシャル成長後の高温の状態でエッチングを開始することにより、同様の効果を得ることができる。このような製造方法を用いることで、異種基板の大部分をエッチングにより除去或いは完全に除去することが可能となる。異種基板の大部分をエッチングにより薄くした状態においては、熱応力によりIII族窒化物系化合物半導体に亀裂(クラック)が生じることを避けることができる。また、異種基板をほとんど除去した場合は、もともと異種基板上にエピタキシャル成長させたIII族窒化物系化合物半導体があたかもエピタキシャル成長用の基板となってIII族窒化物系化合物半導体を成長させた如くなるので、全く熱応力を生ずることがなく、III族窒化物系化合物半導体に亀裂(クラック)が生じることもない
【0013】
エッチング可能な異種基板として安価で品質の一定したものの得やすいシリコン(Si)基板を用いることが望ましい。エッチャントを気体又はガス状とするならばエッチング系に導入することが容易である。特にハロゲン化水素を用いることは取り扱いが容易である。
【0014】
エピタキシャル成長系として、ガリウム(Ga)又はインジウム(In)を塩化水素(HCl)ガスによって異種基板面に輸送するクロライド法は、成長速度が速いので、厚膜のGaxIn1-xN(0≦x≦1)を形成する方法として望ましい。
【0015】
異種基板を配置させることで、原料供給系とエッチャント供給系が実質的に分離される構造を有する気相成長を用いた半導体の製造装置は、上記の製造方法を実現可能とする製造装置である(請求項1)。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下,図面を参照しながら本発明の実施の形態を示す。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0017】
図1は、本発明の具体的な実施例に係る半導体製造装置100の構造を示す断面図である。図1においては、接続部の有無及びその詳細を示さず、概略を示すにとどめ、エピタキシャル成長のための異種基板設置部分の詳細は図2に譲る。
【0018】
図1の半導体製造装置100は、エピタキシャル成長系統101とエッチング系統102とが、異種基板10を設置する前の状態においては連通しており、異種基板10の設置により隔離される構成である。尚、2系統の間においては、完全な気密を要求されるわけではない。半導体製造装置100は、上下2槽の構造である石英反応管110と、異種基板保持具120、エッチングガス導入管130、V族元素導入管140、III族元素塩化物導入部150から構成される。III族元素塩化物導入部150は、塩化水素導入管部151、III族元素ボート152及びIII族塩化物導入管部153から構成される。
【0019】
下槽のエピタキシャル成長系統101は、通常のハライドVPEの構成である。即ち、III族元素ボート152に金属ガリウム又はインジウムを入れ、塩化水素導入管部151から塩化水素(HCl)を導入し、III族塩化物導入管部153からGaClを異種基板10に向け供給する。一方、V族元素導入管140からはアンモニアが供給される。尚、V族元素導入管140、III族元素塩化物導入部150のいずれも、キャリアガスによって希釈した状態で供給しても良い。
【0020】
上槽のエッチング系統102は、エッチングガス導入管130が、均熱板20の中央部の孔21に接続される。詳細は図2の断面図の通りである。円形の異種基板設置孔を有する石英反応管110に、段差を有する円環状の異種基板保持具120が配置される。円環状の異種基板保持具120に、上方から異種基板10が設置される。異種基板10と円環状の異種基板保持具120により、石英反応管110はエピタキシャル成長系統101と、エッチング系統102とに分離される。円環状の異種基板保持具120は、直径方向の断面がZ字又はS字状である。そのより開口部の狭い下部が異種基板10を支える。このとき、異種基板10の下面10aの周縁部が円環状の異種基板保持具120と接する。また、円環状の異種基板保持具120の上部は、最も半径の大きい部分であり、ここで石英反応管110の円形の異種基板設置孔に懸かる構成となる。こうして、エピタキシャル成長系統101には異種基板10の一方の面(下面)10aが、エッチング系統102には異種基板10の他方の面(上面)10bが面することとなる。異種基板10の上面10bに、中央に孔部21と、下部に4つの脚部22を有する台座状の均熱板20が設置される。均熱板20はその重量により異種基板10と異種基板保持具120が石英反応管110の異種基板設置孔から逸脱しないようにすると共に、石英反応管110の外部の熱源からの熱を蓄え、異種基板10を所望の反応温度に保つ働きを有する。
【0021】
均熱板20はカーボン製であり、エッチングガスに対して耐性を有する。また、孔部21から導入されるエッチングガスは異種基板10の上面10bに放出され、異種基板10の上面10bをエッチングする。その際、エッチング反応により生成するガスは、均熱板20の4つの脚部22の間を抜けて石英反応管110のエッチング系統102内部に放出されたのち、排気として処理系に排出される。
【0022】
半導体製造装置100を用いた、異種基板の裏面をエッチングしながらエピタキシャル成長させる概略は次のとおりである。以下、異種基板10としてシリコン(Si)基板を用い、裏面を塩化水素によりエッチングしながら窒化ガリウム(GaN)をエピタキシャル成長させる様子を図3と共に説明する。
【0023】
外部の熱源によりシリコン(Si)基板10と均熱板20が1000℃に保持される(図3の(a))。次にエピタキシャル系統101に、アンモニア(NH3)と塩化ガリウム(GaCl)を供給すると、シリコン(Si)基板10の面10aに窒化ガリウム(GaN)30がエピタキシャル成長を開始する(図3の(b))。次に、均熱板20の孔部21を通して塩化水素(HCl)がシリコン(Si)基板10の面10bに供給される。すると、供給された塩化水素(HCl)はシリコン(Si)基板10の面10bにおいて反応し、クロロシラン類(HxSiCl4-x、HxSi2Cl6-x、その他)及び水素H2となって、均熱板20の4つの脚部22の間からエッチング系統102内部に排出され、更に石英反応管110の外部の、図示しない排ガス処理装置に排出される。こうして、シリコン(Si)基板10のエッチング系統102に面した側がエッチングされ、中央部付近10cからシリコン(Si)基板10は薄くなっていく(図3の(c))。こうして、所望時間エピタキシャル成長とエッチングを継続すると、シリコン(Si)基板10は均熱板20の4つの脚部22に接している部分付近の他はほとんどエッチングにより薄くなるか、完全に除去されて窒化ガリウム(GaN)30の裏面が析出することとなる(図3の(d))。
【0024】
上記実施例では反応管を石英としたが、本発明は任意の材質による製造装置に適用できる。上記実施例ではいわゆるハライドVPEによるエピタキシャル成長を示したが、エピタキシャル成長の方法は任意である。異種基板としてシリコン(Si)を用いるものを示したが、本発明はエッチング可能な任意の異種基板に適用できる。その際のエッチングガスは、異種基板及び実際の製造装置の材質等に応じ、任意のものが使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の具体的な実施例に係る半導体製造装置の構造を示す断面図。
【図2】 本発明の具体的な実施例に係る半導体製造装置の異種基板設置部分の構造の詳細を示す断面図。
【図3】 本発明の具体的な実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体の製造方法を示す工程図。
【符号の説明】
100 半導体製造装置
101 エピタキシャル成長系統
102 エッチング系統
110 石英反応管
120 異種基板保持具120
130 エッチングガス導入管
140 V族元素導入管
150 III族元素塩化物導入部
151 塩化水素導入管部
152 III族元素ボート
153 III族塩化物導入管部
10 異種基板
20 均熱板
21 孔部
22 脚部
30 窒化ガリウム(GaN)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a group III nitride compound semiconductor. The present invention is particularly effective as a method or apparatus for producing a thick group III nitride compound semiconductor or a group III nitride compound semiconductor having a thickness that can be handled as an epitaxial growth substrate. The group III nitride compound semiconductor is, for example, a binary system such as AlN, GaN, InN, Al x Ga 1-x N, Al x In 1-x N, Ga x In 1-x N (whichever Also includes ternary systems such as 0 <x <1) and quaternary systems of Al x Ga y In 1-xy N (0 <x <1, 0 <y <1, 0 <x + y <1) general formula is Al x Ga y in 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) with those represented. In this specification, unless otherwise specified, the group III nitride compound semiconductor is simply referred to as a group III nitride compound semiconductor doped with an impurity for making the conductivity type p-type or n-type. An expression that also includes
[0002]
[Prior art]
For example the general formula Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) III nitride compound semiconductors in order to obtain the epitaxial growth is the substrate Although necessary, a handleable group III-nitride compound semiconductor substrate is not commercially available. For this reason, inexpensive sapphire substrates, silicon carbide (SiC) substrates, silicon (Si) substrates and other dissimilar substrates are used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, an inexpensive heterogeneous substrate has a lattice constant greatly different from that of a group III nitride compound semiconductor. Therefore, it is common to epitaxially grow a group III nitride compound semiconductor after forming a so-called buffer layer on these different substrates. However, even in such a case, when epitaxial growth is performed at an extremely high temperature of 1000 ° C. or higher and then the temperature is returned to room temperature, a great thermal stress is generated due to a difference in thermal expansion coefficient between the heterogeneous substrate and the group III nitride compound semiconductor. . In other words, even if good epitaxial growth is performed at a high temperature stage, the thermal expansion coefficient of the heterogeneous substrate differs from that of the group III nitride compound semiconductor when cooling to room temperature. Many crystal defects or cracks (cracks) are generated inside the physical compound semiconductor layer.
[0004]
In fact, the linear expansion coefficient is about 5.6 × 10 -6 / K for gallium nitride (GaN), about 4.2 × 10 -6 / K for aluminum nitride (AlN), and sapphire (α -SiO 2 ) is about 7.5 × 10 −6 / K, and silicon (Si) is about 3.6 × 10 −6 / K. Then, if a thick GaN film is formed on a sapphire (α-SiO 2 ) substrate or a silicon (Si) substrate and then cooled by 1000 K (or ° C.), a shrinkage difference of 0.2% occurs in the a-axis direction. This is to form a GaN having a thickness of several mm on a sapphire (α-SiO 2) substrate or a silicon (Si) substrate, GaN in thermal stress caused by cooling and sapphire (α-SiO 2) substrate or a silicon (Si) It is inevitable that a crack is generated in the substrate.
[0005]
On the other hand, in order to obtain an excellent single crystal group III nitride compound semiconductor, particularly gallium nitride (GaN), by epitaxial growth, it is considered to be almost essential to perform at a high temperature of 1000 ° C. or higher. Accordingly, an object of the present invention is to provide a group III nitride compound that does not cause cracks in the group III nitride compound semiconductor layer even after cooling at a temperature difference of about 1000 ° C. or higher after epitaxial growth. it is to provide a semiconductor manufacturing apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the means of claim 1, in the group III nitride compound semiconductor manufacturing apparatus, dissimilar substrates for epitaxial growth of the group III nitride compound semiconductor are arranged. , a raw material supply system for epitaxial growth of group III nitride-based compound semiconductor has a structure in which a etchant supply system for separating, one or more group III nitride compound semiconductor on a surface of the heterogeneous substrate The other surface of the heterogeneous substrate can be etched during or after the epitaxial growth. According to a second aspect of the present invention, the heterogeneous substrate is mounted horizontally, and the raw material supply system is at the lower part and the etchant supply system is at the upper part.
[0007]
Further, according to the means of claim 3 , in the method for producing a group III nitride compound semiconductor, the group III nitride compound semiconductor which can be etched using the production apparatus according to claim 1 or claim 2. different substrates (heterogeneous substrate), so that the one surface is in contact with the III group nitride-based compound semiconductor epitaxial growth system, and to the manufacturing apparatus as the other surface is in contact with the etching system, which is separated from the epitaxial growth system and Place one or more Group III nitride compound semiconductors on one side of a heterogeneous substrate in the epitaxial growth system of Group III nitride compound semiconductors, or after etching, dissimilar in etching system The other surface of the substrate is etched to reduce the thickness of most of the different types of substrates . During this, it is also encompassed by the present invention by repeating the one or more Group III nitride compound semiconductor etching the other surface of it and the substrate different to be laminated on one surface of different substrates.
[0008]
According to a fourth aspect of the present invention, the heterogeneous substrate is a silicon (Si) substrate. According to the means described in claim 5 , a gas or a gaseous etchant is used in the etching system. Here, the gaseous state includes a sprayed state (sprayed state). According to a sixth aspect of the present invention, gaseous hydrogen halide is mainly used in the etching system. Here, mainly means that it may be diluted with a carrier gas or the like inert to the reaction system.
[0009]
Further, according to the means described in claim 7 , the epitaxial growth system includes at least one step of a chloride method for transporting gallium (Ga) or indium (In) to a different substrate surface by hydrogen chloride (HCl) gas. And In this method, for example, single gallium (Ga) or indium (In) is held at a high temperature, and hydrogen chloride (HCl) is blown to sublimate the chloride and lead to the epitaxial substrate.
[0010]
[0011]
[0012]
[Operation and effect of the invention]
When epitaxially growing a group III nitride compound semiconductor using a heterogeneous substrate, or after growth, etching from the back surface of the heterogeneous substrate makes it possible to reduce the thickness of most of the heterogeneous substrate. . Of these, when epitaxial growth and etching are performed at the same time, the epitaxial growth is performed in a state where a thin heterogeneous substrate is used after the epitaxial growth is sufficiently performed while using a thick heterogeneous substrate for the initial growth. Means you can exit. That is, even if epitaxial growth of a III-nitride compound semiconductor is started at a high temperature using a thick heterogeneous substrate that is easy to handle, the thin dissimilar substrate will be group III nitride when the epitaxial growth is terminated and the temperature is lowered to room temperature. It is bonded to a physical compound semiconductor. In the case where etching is simultaneously performed after epitaxial growth, the same effect can be obtained by starting etching at a high temperature after epitaxial growth. By using such a manufacturing method, it is possible to remove or completely remove most of the different substrates by etching. In the state where most of the different types of substrates are thinned by etching, it is possible to avoid the occurrence of cracks in the group III nitride compound semiconductor due to thermal stress. In addition, when the heterogeneous substrate is almost removed, the group III nitride compound semiconductor originally grown epitaxially on the heterogeneous substrate becomes a substrate for epitaxial growth, as if the group III nitride compound semiconductor was grown. No thermal stress is generated, and no crack is generated in the group III nitride compound semiconductor .
[0013]
Inexpensive yet was desirable to use easily obtained silicon (Si) substrate that constant quality as etchable foreign substrates. If the etchant with a gas or gaseous Ru readily der be introduced into the etching system. Especially, a hydrogen halide Ru easy der handle.
[0014]
As an epitaxial growth system, the chloride method for transporting gallium (Ga) or indium (In) to a heterogeneous substrate surface by hydrogen chloride (HCl) gas has a high growth rate, so that a thick film Ga x In 1-x N (0 ≦ It was desired as a method for forming the x ≦ 1).
[0015]
A semiconductor manufacturing apparatus using vapor phase growth having a structure in which a material supply system and an etchant supply system are substantially separated by disposing different types of substrates is a manufacturing apparatus that can realize the above manufacturing method. ( Claim 1 ).
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to a following example.
[0017]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor manufacturing apparatus 100 according to a specific embodiment of the present invention. In FIG. 1, the presence or absence of the connection portion and the details thereof are not shown, but only an outline is shown, and the details of the dissimilar substrate installation portion for epitaxial growth are given in FIG.
[0018]
The semiconductor manufacturing apparatus 100 of FIG. 1 is configured such that the epitaxial growth system 101 and the etching system 102 communicate with each other before the dissimilar substrate 10 is installed, and are isolated by the dissimilar substrate 10 being installed. Note that complete airtightness is not required between the two systems. The semiconductor manufacturing apparatus 100 includes a quartz reaction tube 110 having a structure of two upper and lower tanks, a heterogeneous substrate holder 120, an etching gas introduction tube 130, a group V element introduction tube 140, and a group III element chloride introduction unit 150. . The group III element chloride introduction part 150 includes a hydrogen chloride introduction pipe part 151, a group III element boat 152, and a group III chloride introduction pipe part 153.
[0019]
The lower tank epitaxial growth line 101 has a normal halide VPE configuration. That is, metal gallium or indium is put into the group III element boat 152, hydrogen chloride (HCl) is introduced from the hydrogen chloride introduction pipe part 151, and GaCl is supplied from the group III chloride introduction pipe part 153 toward the heterogeneous substrate 10. On the other hand, ammonia is supplied from the group V element introduction pipe 140. Note that both the group V element introduction pipe 140 and the group III element chloride introduction section 150 may be supplied in a state diluted with a carrier gas.
[0020]
In the etching system 102 of the upper tank, an etching gas introduction pipe 130 is connected to the hole 21 at the center of the soaking plate 20. The details are as shown in the sectional view of FIG. An annular heterogeneous substrate holder 120 having a step is disposed in a quartz reaction tube 110 having a circular heterogeneous substrate installation hole. The heterogeneous substrate 10 is installed on the annular heterogeneous substrate holder 120 from above. The quartz reaction tube 110 is separated into an epitaxial growth system 101 and an etching system 102 by the heterogeneous substrate 10 and the annular heterogeneous substrate holder 120. The annular dissimilar substrate holder 120 has a Z-shaped or S-shaped cross section in the diameter direction. The lower part with the narrower opening supports the heterogeneous substrate 10. At this time, the peripheral edge portion of the lower surface 10 a of the different substrate 10 contacts the annular different substrate holder 120. The upper part of the annular dissimilar substrate holder 120 is the portion with the largest radius, and is configured to hang over the circular dissimilar substrate mounting hole of the quartz reaction tube 110. Thus, one surface (lower surface) 10a of the heterogeneous substrate 10 faces the epitaxial growth system 101, and the other surface (upper surface) 10b of the heterogeneous substrate 10 faces the etching system 102. A pedestal-shaped heat equalizing plate 20 having a hole 21 at the center and four legs 22 at the bottom is installed on the upper surface 10 b of the different substrate 10. The heat equalizing plate 20 prevents the different substrate 10 and the different substrate holder 120 from deviating from the different substrate mounting hole of the quartz reaction tube 110 due to its weight, and stores heat from a heat source outside the quartz reaction tube 110 to store different types of heat. It has a function of keeping the substrate 10 at a desired reaction temperature.
[0021]
The soaking plate 20 is made of carbon and has resistance to an etching gas. In addition, the etching gas introduced from the hole 21 is released to the upper surface 10b of the foreign substrate 10, and the upper surface 10b of the foreign substrate 10 is etched. At this time, the gas generated by the etching reaction passes between the four legs 22 of the soaking plate 20 and is released into the etching system 102 of the quartz reaction tube 110, and then is discharged to the processing system as exhaust.
[0022]
The outline of epitaxial growth using the semiconductor manufacturing apparatus 100 while etching the back surface of a different substrate is as follows. Hereinafter, a state in which a silicon (Si) substrate is used as the heterogeneous substrate 10 and gallium nitride (GaN) is epitaxially grown while etching the back surface with hydrogen chloride will be described with reference to FIG.
[0023]
The silicon (Si) substrate 10 and the soaking plate 20 are held at 1000 ° C. by an external heat source ((a) of FIG. 3). Next, when ammonia (NH 3 ) and gallium chloride (GaCl) are supplied to the epitaxial system 101, gallium nitride (GaN) 30 starts epitaxial growth on the surface 10a of the silicon (Si) substrate 10 (FIG. 3B). ). Next, hydrogen chloride (HCl) is supplied to the surface 10 b of the silicon (Si) substrate 10 through the hole 21 of the soaking plate 20. Then, the supplied hydrogen chloride (HCl) is reacted in the plane 10b of silicon (Si) substrate 10, chlorosilanes (H x SiCl 4-x, H x Si 2 Cl 6-x, etc.) and hydrogen H 2 Thus, it is discharged into the etching system 102 from between the four legs 22 of the soaking plate 20, and further discharged to an exhaust gas treatment device (not shown) outside the quartz reaction tube 110. In this way, the side of the silicon (Si) substrate 10 facing the etching system 102 is etched, and the silicon (Si) substrate 10 becomes thinner from the central portion 10c (FIG. 3C). Thus, if the epitaxial growth and etching are continued for a desired time, the silicon (Si) substrate 10 is almost thinned by etching except for the portion in contact with the four leg portions 22 of the soaking plate 20, or is completely removed and nitrided. The back surface of gallium (GaN) 30 is deposited ((d) in FIG. 3).
[0024]
In the above embodiment, the reaction tube is made of quartz, but the present invention can be applied to a manufacturing apparatus made of any material. In the above embodiment, the epitaxial growth by the so-called halide VPE is shown, but the epitaxial growth method is arbitrary. Although silicon (Si) is used as the heterogeneous substrate, the present invention can be applied to any heterogeneous substrate that can be etched. As the etching gas at that time, any gas can be used according to the material of the different substrate and the actual manufacturing apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor manufacturing apparatus according to a specific embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the structure of a dissimilar substrate installation portion of a semiconductor manufacturing apparatus according to a specific embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process chart showing a method for producing a group III nitride compound semiconductor according to a specific example of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor manufacturing apparatus 101 Epitaxial growth system 102 Etching system 110 Quartz reaction tube 120 Heterogeneous substrate holder 120
130 Etching gas introduction pipe 140 Group V element introduction pipe 150 Group III element chloride introduction section 151 Hydrogen chloride introduction pipe section 152 Group III element boat 153 Group III chloride introduction pipe section 10 Dissimilar substrate 20 Soaking plate 21 Hole 22 Leg Part 30 Gallium Nitride (GaN)

Claims (7)

III族窒化物系化合物半導体の製造装置において、
III族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させるための異種基板を配置することで、III族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させるための原料供給系と、エッチャントの供給系とが分離する構造を有し、
前記異種基板の一方の面に1又は複数のIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させながら、若しくは成長した後に、前記異種基板の他方の面をエッチング可能としたことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体の製造装置。
In the group III nitride compound semiconductor manufacturing equipment,
By disposing a heterogeneous substrate for epitaxially growing a group III nitride compound semiconductor, a material supply system for epitaxially growing a group III nitride compound semiconductor and an etchant supply system are separated,
Group III nitride, wherein the while one or more Group III nitride compound semiconductor on a surface of the heterogeneous substrate is epitaxially grown, or after growing, and the other surface of the substrate different to allow etched ring Physical compound semiconductor manufacturing equipment.
前記異種基板は水平に載置され、前記原料供給系が下部に、前記エッチャントの供給系が上部になる構造であることを特徴とする請求項1に記載の2. The structure according to claim 1, wherein the heterogeneous substrate is placed horizontally, and the raw material supply system is in a lower part and the etchant supply system is in an upper part. IIIIII 族窒化物系化合物半導体の製造装置。Group nitride compound semiconductor manufacturing equipment. III族窒化物系化合物半導体の製造方法において、
請求項1又は請求項2に記載の製造装置を用い、
エッチング可能なIII族窒化物系化合物半導体と異なる基板(異種基板)を、その一方の面がIII族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長系に接するように、且つ他方の面が前記エピタキシャル成長系と分離されたエッチング系に接するように前記製造装置に載置し、
III族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長系にて1又は複数のIII族窒化物系化合物半導体を前記異種基板の一方の面に積層する最中、若しくは積層した後に、前記エッチング系にて前記異種基板の他方の面をエッチングして、前記異種基板の大部分の厚さを薄くすることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。
In the method for producing a group III nitride compound semiconductor,
Using the manufacturing apparatus according to claim 1 or claim 2,
Etchable III nitride compound semiconductor different substrate (foreign substrate), one surface is in contact with the III group nitride-based compound semiconductor epitaxial growth system, it is and separated the other surface and the epitaxial growth system Placed on the manufacturing apparatus so as to contact the etching system,
During or after stacking one or a plurality of group III nitride compound semiconductors on one surface of the heterogeneous substrate in an epitaxial growth system of group III nitride compound semiconductor, the heterogeneous substrate is etched by the etching system. A method for producing a group III nitride compound semiconductor, comprising etching the other surface of the substrate to reduce a thickness of a large part of the heterogeneous substrate.
前記異種基板がシリコン(Si)基板であることを特徴とする請求項3に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。4. The method for producing a group III nitride compound semiconductor according to claim 3 , wherein the heterogeneous substrate is a silicon (Si) substrate. 前記エッチング系においては気体又はガス状のエッチャントを用いることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。5. The method for producing a group III nitride compound semiconductor according to claim 3 , wherein a gas or a gaseous etchant is used in the etching system. 前記エッチング系においては、主として気体のハロゲン化水素を用いることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。5. The method for producing a group III nitride compound semiconductor according to claim 3 , wherein gaseous hydrogen halide is mainly used in the etching system. 前記エピタキシャル成長系として、ガリウム(Ga)又はインジウム(In)を塩化水素(HCl)ガスによって前記異種基板面に輸送するクロライド法を少なくとも一工程含むことを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製造方法。7. The method according to claim 3 , wherein the epitaxial growth system includes at least one step of a chloride method for transporting gallium (Ga) or indium (In) to the surface of the heterogeneous substrate with hydrogen chloride (HCl) gas. A method for producing a group III nitride compound semiconductor according to claim 1.
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