氮化镓系结晶的生长方法和热处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氮化镓系结晶的生长方法和热处理装置。
【背景技术】
[0002]作为发光器件等半导体器件的构成材料而公知有氮化镓(GaN)。通常，为了使GaN系结晶生长，作为成为基底的基板而使用蓝宝石基板。例如，作为第I以往例而公知有如下一种方法:通过向反应管内供给三甲基镓(TMGa)气体和氮(N2)气并使这些气体在已经在反应管内被加热的蓝宝石基板上发生反应，从而在蓝宝石基板上形成GaN结晶层。
[0003]另外，为了廉价地制造大面积的GaN系半导体器件，能够想到使GaN系结晶在硅
(Si)基板上生长。但是，由于Si和GaN的反应性较高，因此，若使GaN系结晶直接在硅基板上生长，则会产生回熔蚀刻(日文:7少卜A、y夕工、y于 > 夕')反应，其结果，难以使优质的GaN结晶在硅基板上生长。为了解决这样的问题，公知有如下一种技术:通过使与Si和GaN这两者的亲和性较高的中间层介于硅基板与GaN结晶层之间，从而防止产生回熔蚀刻。
[0004]例如，作为第2以往例，公知有一种在硅基板上依次层叠初始缓冲区域、多层缓冲区域、以及GaN单结晶层而成的半导体器件。该初始缓冲区域包括AlN单结晶层。该AlN单结晶层是通过如下方式形成的:将三甲基铝(TMA)和氨(NH3)用作原料气体，在1100°C的条件下进行气相生长。在第2以往例的半导体器件中，通过将AlN单结晶层作为中间层介于硅基板与GaN单结晶层之间，从而防止产生回熔蚀刻。
【发明内容】
[0005]在第2以往例中，为了使AlN结晶化，以较高的成膜温度形成AlN单结晶层。但是，为了使AlN结晶化，需要将硅基板加热至接近熔点的温度，从而由于加热温度硅基板有时会发生熔融。因此，能够想到在硅基板上以低温形成非晶质的AlN膜并使GaN单结晶在AlN膜之上生长。但是，在以低温形成了 AlN膜的情况下，在使GaN的结晶在AlN膜上生长时非晶质的AlN膜的一部分会结晶化，从而有时使AlN膜产生裂缝。在该情况下，硅基板和GaN会经由裂缝而发生反应，从而有可能产生回熔蚀刻。
[0006]本申请的技术方案提供能够抑制在使氮化镓系结晶在硅基板上生长时产生回熔蚀刻的氮化镓系结晶的生长方法和热处理装置。
[0007]在一技术方案中，提供一种氮化镓系结晶的生长方法。该方法包括以下工序:(a)以350°C?700°C的成膜温度在硅基板上进行含有氮化铝或氧化铝的中间层的成膜；(b)在含有氨或氧的气氛中加热硅基板和中间层，而使中间层所含有的氮化铝或氧化铝的结晶核分布在该硅基板上；以及(C)使氮化镓系结晶以结晶核为起点在硅基板上生长。
[0008]一技术方案的热处理装置包括:处理容器；气体供给部，其用于向处理容器内供给气体；加热部，其用于对容纳在处理容器内的被处理体进行加热；以及控制部，其用于控制气体供给部和加热部，控制部以如下方式控制气体供给部和加热部:向处理容器内供给含有铝的气体和含有氮或氧的气体，并将被处理体加热至350°C?700°C的温度；向处理容器内供给含有氨或氧的气体，并加热被处理体；以及向处理容器内供给含有镓的气体和含有氮的气体，并加热被处理体。
【附图说明】
[0009]附图是作为本说明书的一部分而编入的，表示本申请的实施方式，这些附图用于连同所述一般性说明和后述的实施方式的详细内容一起说明本申请的概念。
[0010]图1是表示一实施方式的氮化镓系结晶的生长方法的流程图。
[0011]图2是概略地表示在实施一实施方式的氮化镓系结晶的生长方法时所使用的、另一实施方式的热处理装置的剖视图。
[0012]图3是详细地表示图2所示的阀组、流量控制器组、以及气体源组的图。
[0013]图4的(a)是表示在工序SI中准备的硅基板的图。
[0014]图4的(b)是表示在工序S2中在硅基板上形成中间层后的被处理体的图。
[0015]图4的(C)是表示在工序S3中进行加热处理后的被处理体的图。
[0016]图5是表示结晶核的分布的情形的硅基板的放大俯视图。
[0017]图6是表示在工序S4中使GaN系结晶沿纵向生长后的被处理体的图。
[0018]图7是表示在工序S4中使GaN系结晶沿横向生长后的被处理体的图。
【具体实施方式】
[0019]以下，参照附图详细说明各种实施方式。此外，在各附图中，对于相同或相当的部分标注相同的附图标记。在下述详细的说明中，为了能够充分地理解本申请而进行了较多具体的详细说明。然而，不言自明的是，对于本领域的技术人员而言，能够在没有这样的详细说明的情况下得到这些实施方式。在其他例子中，为了避免不易理解各种实施方式，没有详细地示出公知的方法、步骤、系统以及构成要件。
[0020]图1是表示一实施方式的氮化镓系结晶的生长方法的流程图。图1所示的方法Ml能够用于制造例如发光器件、功率器件等，其包括工序SI?工序S4。
[0021]以下，说明能够用于实施图1所示的方法Ml的热处理装置I。图2是概略地表示另一实施方式的热处理装置I的剖视图。如图2所示，热处理装置I包括外管10、内管11、晶圆支承体16、以及加热部20。
[0022]外管10由例如石英玻璃构成并成为上方闭合的圆筒形状。在外管10的下部设有开口。外管10的侧壁的下端与以包围外管10的开口的方式延伸的凸缘1f相连接。凸缘1f通过固定工具12固定于底板13。
[0023]内管11容纳于外管10内。内管11用作容纳被处理体W的处理容器。内管11由例如石英玻璃构成并成为上方闭合的圆筒形状。在内管11的下部设有开口。在内管11的侧面形成有与外管10相连通的孔或狭缝(未图示)。另外，在内管11的侧面的一部分上设有使该侧面向外侧突出而成的扩展部11a。内管11的下端与沿着上下方向、即内管11的长度方向延伸的凸缘Ilf相连接。凸缘Ilf借助固定环71固定于凸缘10f。由此，将内管11固定于外管10。内管11能够经由设于外管10的下部的开口插入到外管10内。
[0024]晶圆支承体16容纳于内管11内。晶圆支承体16具有至少3根在互相离开相等距离的位置上沿着内管11的圆筒轴线方向延伸的支柱16a。在多根支柱16a上，分别在铅垂方向上以大致等间隔形成有缺口(未图示)。在晶圆支承体16中，通过将被处理体W插入到形成于多根支柱16a的缺口，从而在圆筒轴线方向上以大致等间隔支承被处理体W。在一实施方式中，晶圆支承体16能够支承117张被处理体W。具体而言，在117张被处理体W之中，能够将100张被处理体W作为处理对象的被处理体W，并将其余的17张被处理体W作为仿真晶圆。对于处理对象的晶圆即100张被处理体W，以25张被处理体W为I个组并编组为4个组，在编组了的状态下将被处理体W支承于晶圆支承体16。在晶圆支承体16的最上部和最下部的位置分别配置有4张仿真晶圆，且在处理对象的被处理体W的各组之间分别配置有3张仿真晶圆。此外，被处理体W的张数和配置位置并不限定于这样的形态，而能够为任意的张数和配置位置。
[0025]另外，晶圆支承体16被支承杆19自下方支承。支承杆19支承于框体15，该框体15以能够利用升降装置进行升降的方式构成。通过利用该升降装置来使框体15升降，能够将晶圆支承体16经由设于内管11的下部的开口而输入到内管11内或将晶圆支承体16自内管11输出。在框体15和支承杆19上升到最上方的位置，框体15抵接于外管10的凸缘1f的下表面而将外管10密闭。
[0026]多根(在图2中为4根)引导管1a?1d以与外管10内相连通的方式连接于外管10的侧面。引导管1a?引导管1d沿着外管10的长度方向排列。在引导管1a?引导管1d内分别插入有气体供给管17a?气体供给管17d。气体供给管17a?气体供给管17d的一端以与内管11内相连通的方式连接于内管11的扩展部11a。气体供给管17a?气体供给管17d的另一端分别经由一系列的阀组34和流量控制器组32而连接于气体源组30。气体供给管17a?气体供给管17d将来自气体源组30的气体分别向内管11内的被处理体W的各组供给。
[0027]图3是详细地表示图2所示的阀组34、流量控制器组32、以及气体源组30的图。如图3所示，气体源组30具有多个(例如4个)气体源30a?30d。气体源30a是含铝(Al)气体的气体源，气体源30b是含镓(Ga)气体的气体源，气体源30c是含氮气体的气体源，气体源30d是含氧气体的气体源。作为含Al气体，能够例示出三甲基铝(TMAl)气体。作为含镓(Ga)气体，能够例示出三氯化镓(GaCl3)、三甲基镓(TMGa)、以及三乙基镓(TEGa)。作为含氮气体，能够例示出氨(NH3)气、氮(N2)气。作为含氧气体，能够例示出O2气体、臭氧
(O3)气体、或者02和H 2的混合气体。
[0028]流量控制器组32具有多个(例如4个)流量控制器32a?32d。流量控制器组32的流量控制器32a?流量控制器32d用于对自对应的气体源供给过来的气体的流量进行控制。这些流量控制器32a?流量控制器32d既可以是质量流量控制器(MFC)，也可以是流量控制系统(FCS)。阀组34具有多个(例如4个)阀34a?34d。多个气体源30a?30d分别经由多个流量控制器32a?32d和多个阀34a?34d而与气体供给管17a?气体供给管17d相连接。多个气体源30a?30d的气体经由气体供给管17a?气体供给管17d的一端向内管11内喷射。这些气体源组30、流量控制器组32、以及阀组34用作向内管11内供给气体的气体供给部。此外，气体供给部也可以还具有气体源30a?气体源30d以外的气体源。
[0029]如图2所示，在扩展部Ila与晶圆支承体16之间设有气体扩散板lib。气体扩散板Ilb是由例如石英玻璃构成的板状构件。在气体扩散板Ilb的与气体供给管17a?气体供给管17d的一端面对的位置上分别形成有沿气体扩散板Ilb的厚度方向贯穿气体扩散板Ilb的多个狭缝(未图示)。气体扩散板I Ib通过使自多个气体源30a?30d经由气体供给管17a?气体供给管17d供给至内管11的气体在狭缝处扩散，从而提高向内管11内供给的气体的均匀性。
[0030]另外，在外管10的下部设有排气口 He。排气口 14e将通过气体供给管17a?气体供给管17d和内管11的狭缝而供给至外管10内的气体排出。排气口 14e经由排气管14与排气装置36相连接。排气装置36具有涡轮分子泵等真空泵，排气装置36能够将外管10和内管11内减压至期望的真空度。
[0031]加热部20具有圆筒部23、绝缘部24、发热部25以及盖部26。加热部20用于对容纳在内管11内的被处理体W进行加热。圆筒部23具有圆筒形状并以包围外管10的外侧的方式配置。圆筒部23