JP2003007619A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法及び製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板との熱膨張係数の差による熱応力を回避し
た半導体の製造方法。 【解決手段】アンモニア(NH3)と塩化ガリウム(GaCl)を
供給すると、Si基板１０の面１０ａに窒化ガリウム(Ga
N)３０がエピタキシャル成長を開始する(b)。次に、均
熱板２０の孔部２１を通して塩化水素(HCl)がSi基板１
０の面１０ｂに供給されと、クロロシラン類(HxSiC
l4-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
内部に排出される。こうして、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１
０ｃからSi基板１０は薄くなっていく(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、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(d)。
た半導体の製造方法。 【解決手段】アンモニア(NH3)と塩化ガリウム(GaCl)を
供給すると、Si基板１０の面１０ａに窒化ガリウム(Ga
N)３０がエピタキシャル成長を開始する(b)。次に、均
熱板２０の孔部２１を通して塩化水素(HCl)がSi基板１
０の面１０ｂに供給されと、クロロシラン類(HxSiC
l4-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
内部に排出される。こうして、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１
０ｃからSi基板１０は薄くなっていく(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、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(d)。
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、Ga
N、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn
1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn
1-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。
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、Ga
N、InNのような２元系、AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、GaxIn
1-xN（いずれも0＜x＜1）のような３元系、AlxGayIn
1-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。
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。
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-Si
O2)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-SiO
2)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。
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-Si
O2)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-SiO
2)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方法又は製造装置を提供するこ
とである。
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方法又は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
合物半導体の製造方法において、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）を用
い、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、
異種基板の他方の面をエッチングして、異種基板の大部
分の厚さを薄くしたことを特徴とする。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。
め、請求項１に記載の手段によれば、III族窒化物系化
合物半導体の製造方法において、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）を用
い、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、
異種基板の他方の面をエッチングして、異種基板の大部
分の厚さを薄くしたことを特徴とする。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。
【０００７】また、請求項２に記載の手段によれば、II
I族窒化物系化合物半導体の製造方法において、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）を用い、当該異種基板をその一方の面がII
I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。ここで分
離されたとは、各々完全な気密を言うものでなく、他方
での反応を実質的に妨害しない程度を言うものとする。
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。
I族窒化物系化合物半導体の製造方法において、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）を用い、当該異種基板をその一方の面がII
I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。ここで分
離されたとは、各々完全な気密を言うものでなく、他方
での反応を実質的に妨害しない程度を言うものとする。
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３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４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５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。
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４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５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６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。
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】また、請求項７に記載の手段によれば、気
相成長を用いた半導体の製造装置において、当該半導体
を気相成長させるための異種基板を配置することで、当
該半導体を気相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
方の面に当該半導体を気相成長させながら、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。こ
こで分離する構造とは、各々完全な気密を言うものでな
く、他方での反応を実質的に妨害しない程度で良い。こ
れは請求項８に記載の手段でも同様である。
相成長を用いた半導体の製造装置において、当該半導体
を気相成長させるための異種基板を配置することで、当
該半導体を気相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
方の面に当該半導体を気相成長させながら、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。こ
こで分離する構造とは、各々完全な気密を言うものでな
く、他方での反応を実質的に妨害しない程度で良い。こ
れは請求項８に記載の手段でも同様である。
【００１１】また、請求項８に記載の手段によれば、II
I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可能としたことを特徴
とする。
I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可能としたことを特徴
とする。
【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。（請求項１、
２）。
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。（請求項１、
２）。
【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（請求項３）。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（請求項４）。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（請求項５）。
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（請求項３）。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（請求項４）。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（請求項５）。
【００１４】エピタキシャル成長系として、ガリウム(G
a)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（請求項６）。
a)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（請求項６）。
【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、請求項１乃至
請求項５に記載の製造方法を実現可能とする製造装置で
ある（請求項７、８）。
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、請求項１乃至
請求項５に記載の製造方法を実現可能とする製造装置で
ある（請求項７、８）。
【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。
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。
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。
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。
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１
２０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。
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１
２０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。
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。
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１
０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））。
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１
０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。
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。
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。
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。
化合物半導体の製造方法を示す工程図。
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)
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F041 CA33 CA34 CA40 CA67 CA74
5F045 AA02 AB09 AB14 AB24 AC12
AC13 AF03 BB13 DQ06 DQ08
HA03 HA13
Claims (8)
- 【請求項１】 III族窒化物系化合物半導体の製造方法
において、 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）を用い、 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方法。 - 【請求項２】 III族窒化物系化合物半導体の製造方法
において、 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）を用い、 当該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。 - 【請求項３】 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２に記載のIII族窒化物系化合
物半導体の製造方法。 - 【請求項４】 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２
又は請求項３に記載のIII族窒化物系化合物半導体の製
造方法。 - 【請求項５】 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
２又は請求項３に記載のIII族窒化物系化合物半導体の
製造方法。 - 【請求項６】 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２乃至請求項５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。 - 【請求項７】 気相成長を用いた半導体の製造装置にお
いて、 当該半導体を気相成長させるための異種基板を配置する
ことで、当該半導体を気相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当該半導体を気相成長させな
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半導体の製造
装置。 - 【請求項８】 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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001191554A JP3758528B2 (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造装置及びそれを用いたｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
| US10/178,853 US6897138B2 (en) | 2001-06-25 | 2002-06-25 | Method and apparatus for producing group III nitride compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001191554A JP3758528B2 (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造装置及びそれを用いたｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003007619A true JP2003007619A (ja) | 2003-01-10 |
| JP3758528B2 JP3758528B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=19030159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001191554A Expired - Fee Related JP3758528B2 (ja) | 2001-06-25 | 2001-06-25 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造装置及びそれを用いたｉｉｉ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3758528B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006008500A (ja) * | 2004-05-21 | 2006-01-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板 |
| US7468103B2 (en) | 2003-10-07 | 2008-12-23 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method of manufacturing gallium nitride-based single crystal substrate |
| CN114174567A (zh) * | 2019-03-05 | 2022-03-11 | 学校法人关西学院 | SiC衬底的制造方法及其制造装置 |
-
2001
- 2001-06-25 JP JP2001191554A patent/JP3758528B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7468103B2 (en) | 2003-10-07 | 2008-12-23 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Method of manufacturing gallium nitride-based single crystal substrate |
| JP2006008500A (ja) * | 2004-05-21 | 2006-01-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | 窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体基板 |
| CN114174567A (zh) * | 2019-03-05 | 2022-03-11 | 学校法人关西学院 | SiC衬底的制造方法及其制造装置 |
| CN114174567B (zh) * | 2019-03-05 | 2023-12-15 | 学校法人关西学院 | SiC衬底的制造方法及其制造装置 |
| US12065758B2 (en) | 2019-03-05 | 2024-08-20 | Kwansei Gakuin Educational Foundation | Method for manufacturing a SiC substrate by simultaneously forming a growth layer on one surface and etching another surface of a SiC base substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3758528B2 (ja) | 2006-03-22 |
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