氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法使II1-V族氮化物半導(dǎo)體的多層膜生長。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化物半導(dǎo)體層通常形成于低價的硅基板上或藍(lán)寶石基板上。但是，這些半導(dǎo)體基板的晶格常數(shù)與氮化物半導(dǎo)體層的晶格常數(shù)差別較大，并且熱膨脹系數(shù)也不同。因此，于通過在半導(dǎo)體基板上進(jìn)行外延生長而形成的氮化物半導(dǎo)體層，將產(chǎn)生較大的應(yīng)變能。其結(jié)果為，氮化物半導(dǎo)體層容易產(chǎn)生裂縫或結(jié)晶品質(zhì)降低。
[0003]為了解決上述問題，提出以下方法:于由硅基板與由氮化物半導(dǎo)體所構(gòu)成的功能層之間，配置已積層有氮化物半導(dǎo)體層的緩沖層(例如參照專利文獻(xiàn)I)。為了形成該緩沖層，采用以下方法:固定V族元素(也稱為VA族元素)的原料也就是氨(NH3)氣的流量，并切換III族元素(也稱為IIIA族元素)的原料氣體的流量。因此，V族元素與III族元素的比值，是取決于III族元素的原料氣體的供給量。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-218479號公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007][發(fā)明所要解決的課題]
[0008]于通常的制造條件下，在緩沖層的現(xiàn)今的主流也就是氮化鎵(GaN)層與氮化鋁(AlN)層的積層體的形成、或氮化鋁鎵(AlGaN)層與AlN層的積層體的形成中，鋁(Al)的原料也就是三甲基銷(trimethylaluminum,TMA)氣體的蒸氣壓，小于鎵(Ga)的原料也就是三甲基鎵(trimethylgallium，TMG)氣體的蒸氣壓。因此，AlN層生長時的V族元素原料氣體相對于III族元素原料氣體的比例(以下稱作“V/III比”)，大于GaN層生長時的V/III比。此處，AlN層生長時的V/III比，是將氨氣的供給摩爾數(shù)除以TMA氣體的供給摩爾數(shù)所得的值。GaN層生長時的V/III比，是將氨氣的供給摩爾數(shù)除以TMG氣體的供給摩爾數(shù)所得的值。
[0009]為了減低在GaN層的氮空位(nitrogen vacancy)，要求GaN層具有高V/III比。另一方面，若提高AlN層的V/III比，則無助于成膜的寄生反應(yīng)的影響會增大。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其使II1-V族氮化物半導(dǎo)體層的積層結(jié)構(gòu)體，以適合各層的V/III比來生長。
[0011][解決課題的方法]
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一方案，提供一種氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其于導(dǎo)入有III族元素原料氣體和V族元素原料氣體的反應(yīng)爐內(nèi)，使II1-V族氮化物半導(dǎo)體的多層膜生長，其中，所述氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法包括以下步驟:(a)以V族元素原料氣體的第I原料氣體流量和第I載氣(載體氣體，carrier gas)流量，使第I氮化物半導(dǎo)體層生長的步驟.’及，(b)以比V族元素原科氣體少的第I原料氣體流量的第2原料氣體流量、和比第I載氣流量多的第2載氣流量，使第2氮化物半導(dǎo)體層生長的步驟并且，積層第I氮化物半導(dǎo)體層與第2氮化物半導(dǎo)體層。
[0013][發(fā)明的效果]
[0014]根據(jù)本發(fā)明，可提供一種氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其使II1-V族氮化物半導(dǎo)體層的積層結(jié)構(gòu)體以適合各層的V/III比來生長。
【附圖說明】
[0015]圖1是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法制造而成的積層體的結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。
[0016]圖2是表示用以說明本發(fā)明的實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法的氣體流量的圖表。
[0017]圖3是表示用以說明比較例的制造方法的氣體流量的圖表。
[0018]圖4是表示分別通過本發(fā)明的實(shí)施方式的制造方法與比較例的制造方法制造而成的氮化物半導(dǎo)體裝置的特性的比較結(jié)果的圖表。
[0019]圖5是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式的制造方法制造而成的氮化物半導(dǎo)體裝置的一個實(shí)例的示意剖面圖。
[0020]圖6是表示通過本發(fā)明的實(shí)施方式的制造方法制造而成的氮化物半導(dǎo)體裝置的其它例的示意剖面圖。
[0021]圖7是表示用以說明本發(fā)明的實(shí)施方式的其它氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法的氣體流量的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0022]其次，參照附圖，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。在以下附圖的記載中，對相同或相似的部分，附加相同或相似的符號。但應(yīng)注意附圖為示意，厚度與平面尺寸的關(guān)系、各部分長度的比率等與實(shí)物不同。因此，具體的尺寸應(yīng)參考以下說明來判斷。又，在附圖相互之間，當(dāng)然也包含尺寸的關(guān)系或比率互不相同的部分。
[0023]又，以下所示的實(shí)施方式，例示出用于將本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的裝置和方法，本發(fā)明的技術(shù)思想的構(gòu)成零件的形狀、結(jié)構(gòu)及配置等，并非特定于下述構(gòu)成零件的形狀、結(jié)構(gòu)、及配置等。在權(quán)利要求書中，本發(fā)明的實(shí)施方式可施加各種變更。
[0024]通過本發(fā)明的實(shí)施方式的制造方法制造而成的氮化物半導(dǎo)體裝置I的結(jié)構(gòu)，例示于圖1中。氮化物半導(dǎo)體裝置1，具備半導(dǎo)體基板10、及配置于半導(dǎo)體基板10上的積層體20。積層體20為II1-V族氮化物半導(dǎo)體的多層膜，具體而言，是將第I氮化物半導(dǎo)體層21與第2氮化物半導(dǎo)體層22交替積層而成的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體基板10具有與積層體20不同的晶格常數(shù)，例如為娃基板。
[0025]為了形成積層體20，將半導(dǎo)體基板10容置于有機(jī)金屬氣相沉積(metalorganicchemical vapor deposit1n,MOCVD)裝置等成膜裝置的反應(yīng)爐100內(nèi)。并且，重復(fù)以下工序:向反應(yīng)爐100內(nèi)供給III族元素原料氣體、V族元素原料氣體及載氣，使第I氮化物半導(dǎo)體層21與第2氮化物半導(dǎo)體層22生長。載氣是使用氮與氫的混合氣體等。
[0026]此處，相較于第2氮化物半導(dǎo)體層22，第I氮化物半導(dǎo)體層21更容易脫落氮，而容易產(chǎn)生氮空位。以下，針對下述情況例示說明:第I氮化物半導(dǎo)體層21是由GaN所構(gòu)成，第2氮化物半導(dǎo)體層22是由AlN所構(gòu)成。由于相較于Ga，Al與氮的鍵結(jié)力更強(qiáng)，因此，相較于AlN層，GaN層更容易脫落氮。
[0027]在使GaN層生長的工序中，利用載氣，將III族元素也就是鎵(Ga)的原料氣體、及V族元素也就是氮的原料氣體，供給至反應(yīng)爐100內(nèi)。在使AlN層生長的工序中，利用載氣，將III族元素也就是Al的原料氣體、及氮的原料氣體，供給至反應(yīng)爐100內(nèi)。例如，氮的原料氣體可采用氨(NH3)氣。又，鎵的原料氣體可采用三甲基鎵(TMG)氣體，Al的原料氣體可采用三甲基鋁(TMA)氣體。
[0028]參照圖2，說明氮化物半導(dǎo)體裝置I的積層體20的制造方法的一個實(shí)例。圖2所示的圖表的縱軸為各氣體的流量，橫軸為時間。
[0029]時刻tl?t2為條件變更期間，將殘留于反應(yīng)爐100內(nèi)的原料氣體，自反應(yīng)爐100排出。由此，于后續(xù)成膜工序中，可使V/III比急劇變化。
[0030]于時刻t2?t3中，使由GaN所構(gòu)成的第I氮化物半導(dǎo)體層21生長。具體而言，將V族元素原料氣體也就是氨氣，以第I原料氣體流量NI，與III族元素原料氣體也就是TMG氣體一同供給至反應(yīng)爐100。此時，載氣的流量為第I載氣流量Cl。在第I氮化物半導(dǎo)體層21的成膜中，不供給TMA氣體。
[0031]于時刻t3?t4中，使由AlN所構(gòu)成的第2氮化物半導(dǎo)體層22生長。具體而言，將V族元素原料氣體也就是氨氣，以比第I原料氣體流量NI少的第2原料氣體流量N2，與III族元素原料氣體也就是TMA氣體一同供給至反應(yīng)爐100。此時，載氣的流量為比第I載氣流量Cl多的第2載氣流量C2。在第2氮化物半導(dǎo)體層22的成膜中，不供給TMG氣體。
[0032]如上所述，關(guān)于供給至反應(yīng)爐100內(nèi)的氨氣，第2原料氣體流量N2被設(shè)定為少于第I原料氣體流量NI。氨