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公開番号2024124923
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-13
出願番号2023032914
出願日2023-03-03
発明の名称半導体装置の製造方法及び基板
出願人富士通株式会社
代理人弁理士法人扶桑国際特許事務所
主分類H01L 21/20 20060101AFI20240906BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】GaN基板に高品質の窒化物半導体層を形成する。
【解決手段】N極性面10bとそれとは反対側のGa極性面10aとを有するGaN基板10の、N極性面10b側に、非晶質のAl_xGa_1-xN(0<x≦1)を含む非晶質層60が形成される。N極性面10b側に非晶質層60が形成されたGaN基板10の、Ga極性面10a側に、窒化物半導体層20が形成される。例えば、窒化物半導体層20は、GaN基板10を非晶質層60側から加熱するMOCVD装置200を用いて成長される。その際、GaN基板10は、非晶質層60により、N極性面10b側のN脱離及びそれに起因したGaドロップレットの発生による融解が抑えられる。これにより、Ga極性面10a側における窒化物半導体層20の成長面内温度分布の均一性悪化が抑えられ、それに起因した窒化物半導体層20の品質低下が抑えられる。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板の、前記Ｎ極性面側に、非晶質のＡｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層を形成する工程と、
前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記窒化物半導体層を形成する工程は、有機金属化学気相成長法を用いて、前記Ｇａ極性面側に、前記窒化物半導体層を形成する工程を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記窒化物半導体層を形成する工程は、少なくとも水素及びアンモニアを含む雰囲気中、前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側の温度を９５０℃以上にする工程を含む、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記窒化物半導体層を形成する工程は、
前記ＧａＮ基板を、有機金属化学気相成長装置に、前記Ｎ極性面側に形成された前記非晶質層が前記有機金属化学気相成長装置の熱源側となるように配置する工程と、
前記熱源によって前記非晶質層側から加熱される前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、前記窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記非晶質層を形成する工程は、有機金属化学気相成長法、スパッタ法及び原子層堆積法のうちのいずれかの方法を用いて、前記ＧａＮ基板の前記Ｎ極性面側に前記非晶質層を形成する工程を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記窒化物半導体層を形成する工程は、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に、第１窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第１窒化物半導体層の、前記ＧａＮ基板側とは反対の面側に、前記第１窒化物半導体層とはバンドギャップが異なる第２窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記窒化物半導体層を形成する工程後に、前記窒化物半導体層と接続される電極を形成する工程を更に含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物半導体層を形成する工程後に、前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板を、前記非晶質層側から研磨し、前記非晶質層と前記ＧａＮ基板の一部とを除去する工程を更に含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｎ極性面側に設けられ、非晶質のＡｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層と、
前記ＧａＮ基板の前記Ｇａ極性面側に設けられる窒化物半導体層と、
を含む、基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法及び基板に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（窒化ガリウム）等のIII族窒化物半導体からなる基板の、III族極性面側に、アモルファス又は多結晶のＡｌＮ（窒化アルミニウム）等からなる高耐熱性の保護層を設け、Ｎ（窒素）極性面側に、ＧａＮ等の半導体層をエピタキシャル成長させる技術が知られている（特許文献１）。
【０００３】
また、サファイア基板等の基板の、裏面側に、多結晶又はアモルファスのIII族窒化物半導体からなり基板とは線膨張係数が異なる層を形成し、表面側に、単結晶のIII族窒化物半導体からなり基板とは線膨張係数が異なる層を形成する技術が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－６３００７号公報
国際公開第２０１７／２１６９９７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化物半導体を用いる半導体装置の製造では、所定の基板上に、ＧａＮ等の窒化物半導体層が成長される。例えば、ＧａＮ基板のＧａ（ガリウム）極性面側に、ＧａＮ等の窒化物半導体層を成長する方法が知られている。この方法では、比較的転位が少ないＧａＮ基板を用いることで、そのＧａ極性面側に成長される窒化物半導体層に導入される転位数を抑え、高品質な窒化物半導体層を得ることが期待されている。
【０００６】
しかし、窒化物半導体層の成長では、ＧａＮ基板上への成長時の雰囲気や温度等の条件、及び、成長時のＧａＮ基板の配置等に起因して、ＧａＮ基板の、窒化物半導体層が成長されるＧａ極性面側とは反対のＮ極性面側に、融解が発生することがある。ＧａＮ基板の融解は、窒化物半導体層の成長面内における温度分布の均一性を悪化させ、成長される窒化物半導体層の結晶構造や組成等の品質を低下させる恐れがある。
【０００７】
１つの側面では、本発明は、ＧａＮ基板に高品質の窒化物半導体層を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、Ｎ極性面と、前記Ｎ極性面とは反対側のＧａ極性面とを有するＧａＮ基板の、前記Ｎ極性面側に、非晶質のＡｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎ（０＜ｘ≦１）を含む非晶質層を形成する工程と、前記Ｎ極性面側に前記非晶質層が形成された前記ＧａＮ基板の、前記Ｇａ極性面側に、窒化物半導体層を形成する工程と、を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
１つの側面では、ＧａＮ基板に高品質の窒化物半導体層を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
基板上に成長される窒化物半導体層の例について説明する図である。
半導体装置の例について説明する図である。
ＧａＮ基板上への窒化物半導体層の成長プロセスの一例について説明する図である。
第１実施形態に係る基板の一例について説明する図である。
第１実施形態に係る基板への窒化物半導体層の成長プロセスの一例について説明する図である。
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図（その１）である。
第２実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例について説明する図（その２）である。
第３実施形態に係るＨＥＭＴを備えた半導体装置の構成例について説明する図である。
第３実施形態に係るダイオードを備えた半導体装置の構成例について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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