[發(fā)明專利]氮化鎵系結(jié)晶的生長方法和熱處理裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510050339.7
• 申請(qǐng)日: 2015-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN104821348B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅澤好太;渡邊要介
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L21/02;H01L21/205;H01L21/324
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會(huì)華

本發(fā)明提供氮化鎵系結(jié)晶的生長方法和熱處理裝置。氮化鎵系結(jié)晶的生長方法包括以下工序：以350℃～700℃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；在含有氨或氧的氣氛中加熱所述硅基板和所述中間層，而使所述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；以及以分布在所述硅基板上的所述結(jié)晶核為起點(diǎn)，使氮化鎵系結(jié)晶在所述硅基板上生長。

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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1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。

另外，為了廉價(jià)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(huì)產(chǎn)生回熔蝕刻(日文：メルトバックエッチング)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。

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℃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

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(diǎn)的溫度，從而由于加熱溫度硅基板有時(shí)會(huì)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(shí)非晶質(zhì)的AlN膜的一部分會(huì)結(jié)晶化，從而有時(shí)使AlN膜產(chǎn)生裂縫。在該情況下，硅基板和GaN會(huì)經(jīng)由裂縫而發(fā)生反應(yīng)，從而有可能產(chǎn)生回熔蝕刻。

本申請(qǐng)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(shí)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。

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℃～700℃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(diǎn)在硅基板上生長。

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(duì)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℃～700℃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

附圖是作為本說明書的一部分而編入的，表示本申請(qǐng)的實(shí)施方式，這些附圖用于連同所述一般性說明和后述的實(shí)施方式的詳細(xì)內(nèi)容一起說明本申請(qǐng)的概念。

圖1是表示一實(shí)施方式的氮化鎵系結(jié)晶的生長方法的流程圖。

圖2是概略地表示在實(shí)施一實(shí)施方式的氮化鎵系結(jié)晶的生長方法時(shí)所使用的、另一實(shí)施方式的熱處理裝置的剖視圖。