特許ウォッチ

公開番号2025007662
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023109212
出願日2023-07-03
発明の名称GaNエピタキシャル膜の製造方法及び半導体デバイスの製造方法
出願人信越半導体株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 29/38 20060101AFI20250109BHJP(結晶成長)
要約【課題】
大直径でありながら、反りやクラックがなく、転位密度が1.0×10⁶/cm²以下のGaN厚膜を、低コストで簡易なプロセスにより生産するGaNエピタキシャル膜の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
GaNエピタキシャル膜の製造方法であって、直径150mm以上、且つ窒化物セラミックスからなるコアが封止層で封止された、厚さ1mm未満の支持基板を準備する準備工程と、支持基板上に平坦化層と、SiC単結晶からなる種結晶層とを順番に積層してエピタキシャル成長用基板を得る基板製造工程と、エピタキシャル成長用基板上に厚さ7μm以上のGaNエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル工程と、を含むことで転位密度が1.0×10⁶/cm²以下のGaNエピタキシャル膜を製造することを特徴とするGaNエピタキシャル膜の製造方法。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ＧａＮエピタキシャル膜の製造方法であって、
直径１５０ｍｍ以上、且つ窒化物セラミックスからなるコアが封止層で封止された、厚さ１ｍｍ未満の支持基板を準備する準備工程と、
前記支持基板上に平坦化層と、ＳｉＣ単結晶からなる種結晶層とを順番に積層してエピタキシャル成長用基板を得る基板製造工程と、
前記エピタキシャル成長用基板上に厚さ７μｍ以上のＧａＮエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル工程と、
を含むことで転位密度が１．０×１０
６
／ｃｍ
２
以下の前記ＧａＮエピタキシャル膜を製造することを特徴とするＧａＮエピタキシャル膜の製造方法。
続きを表示（約 480 文字）【請求項２】
前記エピタキシャル工程において、
島状のＳｉＮ層を形成する形成ステップと、該ＳｉＮ層をマスクにＧａＮ層を成長させるＥＬＯステップを実施し、その後、最表層の前記ＳｉＮ層または前記ＧａＮ層上にＧａＮエピタキシャル膜を成長させる成長ステップを実施することを特徴とする請求項１に記載のＧａＮエピタキシャル膜の製造方法。
【請求項３】
前記エピタキシャル工程において、
前記形成ステップと前記ＥＬＯステップを交互に実施することを特徴とする請求項２に記載のＧａＮエピタキシャル膜の製造方法。
【請求項４】
前記ＳｉＣ単結晶として、０°～４°のオフ角度のものを用いることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮエピタキシャル膜の製造方法。
【請求項５】
請求項１～４のいずれか一項に記載のＧａＮエピタキシャル膜の製造方法で製造した前記ＧａＮエピタキシャル膜にデバイスを作製した後、前記平坦化層をエッチングすることで前記支持基板から前記デバイスを分離することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮエピタキシャル膜の製造方法及び半導体デバイスの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ＧａＮエピタキシャル膜を形成する基板としてＳｉ、ＧａＡｓ、Ｓａｐ（サファイア）バルク基板系は、大直径基板が得られ、コスト面も安価であるため有望だが、エピタキシャル膜の低転位化のために厚くエピタキシャル膜を成長させようとすると、基板の反りやクラックが問題となる。また、これを克服しようとするとバッファ工程が非常に複雑になり生産性が落ちる。
【０００３】
一方、熱膨張係数も格子定数も近いＧａＮやＡｌＮバルク基板系は、物性的に有望だが、１５０ｍｍ以上の直径のものは量産出来ておらず高価である。また特許文献１のように、ＶＡＳ(Void-Assisted Separation)法により異種基板上に転位密度の低いＧａＮ膜を作り、これを基板とする方法があるが、大直径化できるか不明であり、工程は複雑である。また非特許文献１においてＧａＮｏｎＳｉ基板では欠陥密度が高いため、これをＧａＮｏｎＧａＮで改善する例があるが、大直径化できるか不明である。
【０００４】
特許文献２や特許文献３のように、成膜する結晶と熱膨張係数が略同じセラミックコアを持つ基板を使用すると、厚膜は形成できるが、Ｓｉ等の種結晶と成膜する結晶の格子定数差により、結晶を１．０×１０
６
／ｃｍ
２
以下の転位密度とすることが難しい。
【０００５】
なお、セラミックコアを持つ基板を使用した場合、特許文献４に記載のようにセラミックコアを含む支持基板をイオン注入により分離して、縦型トランジスタを作製する方法がある。また特許文献５に記載のようにセラミックコアを含む支持基板を平坦化層（ＳｉＯ
２
層）のエッチングにより分離して、紫外線発光用素子を作製する方法もある。
【０００６】
また、特許文献４や特許文献６にはセラミックコア含有の支持基板上の単結晶層として、Ｓｉ以外にも、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、Ａｌ
２
Ｏ
３
などを用いることができ、格子定数が近いものが好ましいこと等が記載されているが、転位密度を下げられるかは記載がない。
【０００７】
また、転位密度を減少させる手段としてはＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）も知られている。例えば特許文献７、特許文献８には特許文献２の支持基板上で島状ＳｉＮを用いたＥＬＯ成長の記述がある。また特許文献９、特許文献１０には、概念として島状ＳｉＮを含むＳｉ含膜上にＧａＮを２段階島状成長させＥＬＯ成長させることで低転位化する記述があり、ＧａＮの２段階島状成長部のＳｉ（ドーピング）濃度は１．０×１０
１７
～１０
２０
／ｃｍ
３
の記述がある。
【０００８】
特許文献１１ではＳｉＮなどのマスクは使用せず、成長条件で島状ＧａＮを作ってＥＬＯ成長により低転位化する記述があり、１回でＴＤ（貫通転位）密度５．０×１０
６／
ｃｍ
２
、３回で５．０×１０
５／
ｃｍ
２
のＧａＮ膜が得られる記述がある。
【０００９】
しかしながらこれらの技術はＳｉ上にＥＬＯを形成するものであり、転位密度を下げるためには複数回のＥＬＯを実施する必要があった。
【００１０】
転位密度を減少させる手段として、下地層として、下からの転位がそのまま伝搬しやすい（０００１）面を成長させず、傾斜面で構成された膜を形成することで、転位を減らす手段も知られており、島状ＳｉＮ等のマスクを利用するか（特許文献１、特許文献１２～１３）、マスク層等のパターン加工なしで成長条件によって傾斜面膜の成長を実現している（特許文献１４～１７）。尚、使用している基板は、一度Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｓａｐ等の基板上にＶＡＳ法で作製したＧａＮ自立基板である。しかしながら大直径化が可能か否かは不明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許