TWI463537B

Compound semiconductor substrate, semiconductor device, and process for producing the semiconductor device

Abstract

The compound semiconductor substrate 10 of the present invention is composed of a group III nitride and has a surface layer 12 on the surface. The surface layer 12 contains 200×10 in terms of Cl.10Pcs/cm2Above and 12000×1010Pcs/cm2The following chlorides and oxides that are 3.0at% or more and 15.0at% or less in terms of O. After painstaking research, the inventors found that when the surface layer 12 on the surface of the compound semiconductor substrate 10 contains 200×1010Pcs/cm2Above and 12000×1010Pcs/cm2The following chlorides and oxides of 3.0at% or more and 15.0at% or less in terms of O can reduce Si at the interface between the compound semiconductor substrate 10 and the epitaxial layer 14 formed thereon, thereby reducing Resistance on the interface.

TWI463537B, drawing sheet 1
Sheet 1 of 23

Term

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26 claims: 8 independent, 18 dependent

  1. 1
    一種化合物半導體基板,其係含III族氮化物且表面具有表面層,於該表面層中含有以Cl換算為200×10 10 個/cm 2 以上且12000×10 10 個/cm 2 以下之氯化物及以O換算為3.0at%以上且15.0at%以下之氧化物。
  2. 2
    如請求項1之化合物半導體基板,其中於上述表面層中含有以Cl換算為300×10 10 個/cm 2 以上且8000×10 10 個/cm 2 以下之上述氯化物。
  3. 3
    如請求項1之化合物半導體基板,其中於上述表面層中含有以O換算為5.0at%以上且12.0at%以下之上述氧化物。
  4. 4
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其中上述表面層之表面粗糙度(RMS)為3nm以下。
  5. 5
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其中上述表面層之表面粗糙度(RMS)為1nm以下。
  6. 6
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其中距離表面之深度為10nm以上且100nm以下之刮痕的密度為2條/cm以下。
  7. 7
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其中距離表面之深度為2nm以上且20nm以下、且直徑為0.2μm以上且5μm以下之加工坑的密度為50×10 5 個/cm 2 以下。
  8. 8
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其中表面之除寬度為5mm之外周部以外的中央部圓形區域的刮痕之最大深度為100nm以下。
  9. 9
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其中表面之潛傷密度為40條/cm以下。
  10. 10
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其中表面上具有加工變質層,且上述加工變質層之厚度為20nm以下。
  11. 11
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其具有低位錯密度區域及高位錯密度區域交替排列之構造。
  12. 12
    如請求項11之化合物半導體基板,其中表面之平坦面區域比率為60%以上。
  13. 13
    如請求項1至3中任一項之化合物半導體基板,其進而具有形成於上述表面層上且含III族氮化物之磊晶層。
  14. 14
    一種化合物半導體基板之製造方法,其於含III族氮化物之化合物半導體基板的表面上形成表面層,於該表面層中含有以Cl換算為200×10 10 個/cm 2 以上且12000×10 10 個/cm 2 以下之氯化物及以O換算為3.0at%以上且15.0at%以下之氧化物。
  15. 15
    如請求項14之化合物半導體基板之製造方法,其中上述表面層之表面粗糙度(RMS)為3nm以下。
  16. 16
    如請求項14或15之化合物半導體基板之製造方法,其中於存在含有Si元素與由C、N及O所組成之群中之至少1種元素的化合物之腔室內,使用氯系氣體對上述化合物半導體基板之表面進行乾式蝕刻,形成上述表面層。
  17. 17
    如請求項16之化合物半導體基板之製造方法,其中上述乾式蝕刻為反應性離子蝕刻, 其蝕刻條件為:當將上述腔室內之壓力設為P(Pa)、將氣體流量設為Q(sccm)、將腔室容積設為V(L)時滿足下述式之關係:0.05≦PV/Q≦3.0。
  18. 18
    如請求項14或15之化合物半導體基板之製造方法,其中使用含有氯系化合物之溶液,對表面經過研磨之上述化合物半導體基板進行表面處理,形成上述表面層,上述含有氯系化合物之溶液於將pH值設為x、將氧化還原電位之值設為y(mV)時滿足下述二式之關係:-50x+1000<y<-50x+1800(1≦x≦6)…(1) -50x+800<y<-50x+1500(8.5≦x≦14)…(2)且黏度為2mPa˙s以上且30mPa˙s以下。
  19. 19
    如請求項18之化合物半導體基板之製造方法,其中上述含有氯系化合物之溶液係僅由H、C、O、N及Cl中之任意元素構成之化合物與純水的溶液,且上述表面處理係使用壓縮率為1.5%以上且20%以下之研磨墊、以30g/cm 2 以上且800g/cm 2 以下之壓力進行研磨。
  20. 20
    如請求項14或15之化合物半導體基板之製造方法,其中於上述表面層上形成含III族氮化物之磊晶層。
  21. 21
    一種半導體裝置,其包括:含III族氮化物且表面具有表面層之化合物半導體基板,於該表面層中含有以Cl換算為200×10 10 個/cm 2 以上且12000×10 10 個/cm 2 以下之氯化物、及以O換算為3.0at%以上且15.0at%以下之氧化物,且該化合物半導體基 板具有形成於上述表面層上且含III族氮化物之磊晶層;及形成於上述化合物半導體基板之上表面及下表面中之至少一面上的電極。
  22. 22
    一種半導體裝置之製造方法,該半導體裝置包含含III族氮化物之化合物半導體基板,該半導體裝置之製造方法包括以下步驟:於表面具有表面層的上述化合物半導體基板之上述表面層上,形成含III族氮化物之磊晶層,於該表面層中含有以Cl換算為200×10 10 個/cm 2 以上且12000×10 10 個/cm 2 以下之氯化物及以O換算為3.0at%以上且15.0at%以下之氧化物;及於上述化合物半導體基板之上表面及下表面中之至少一面上形成電極。
  23. 23
    一種化合物半導體基板,其中於含III族氮化物之基底基板與磊晶層之界面的Cl原子濃度為5×10 15 個/cm 3 以上且1×10 18 個/cm 3 以下。
  24. 24
    一種化合物半導體基板,其中於含III族氮化物之基底基板與磊晶層之界面的O原子濃度為5×10 16 個/cm 3 以上且1×10 18 個/cm 3 以下。
  25. 25
    一種化合物半導體基板,其中於含III族氮化物之基底基板與磊晶層之界面的Si原子濃度為1×10 15 個/cm 3 以上且5×10 19 個/cm 3 以下。
  26. 26
    一種半導體裝置,其包括:如請求項23至25中任一項之化合物半導體基板;及 形成於上述化合物半導體基板之上表面及下表面中之至少一面上的電極。
Independent claims26