(57)【要約】 【課題】エピタキシャル成長層の反り量と反り方向を精度よく制御する。【解決手段】半導体製造方法は、シリコン基板の上に、窒化物半導体の超格子バッファ層およびエピタキシャル成長層を順次成長させる工程と、Ｘ線回折により超格子バッファ層の逆格子空間マップを作成する工程と、逆格子空間マップから得られる超格子バッファ層の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状が予め定めた形状になるように、超格子バッファ層の成長パラメータを調整する工程と、調整した成長パラメータを用いて超格子バッファ層を成長させ、超格子バッファ層の上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、を備える。【選択図】図１
2020181963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の上に、窒化物半導体の超格子バッファ層およびエピタキシャル成長層を順次成長させる工程と、
、Ｘ線回折により前記超格子バッファ層の逆格子空間マップを作成する工程と、
前記逆格子空間マップから得られる前記超格子バッファ層の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状が予め定めた形状になるように、前記超格子バッファ層の成長パラメータを調整する工程と、
調整した前記成長パラメータを用いて前記超格子バッファ層を成長させ、前記超格子バッファ層の上に前記エピタキシャル成長層を形成する工程と、を備える、半導体製造方法。
【請求項２】
前記成長パラメータを調整する工程では、前記エピタキシャル成長層が目標とする反り量になるように、前記超格子バッファ層の成長パラメータを調整する、請求項１に記載の半導体製造方法。
【請求項３】
前記成長パラメータを調整する工程では、前記超格子バッファ層の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状の半値幅にて前記ピーク形状を評価し、前記半値幅が所定の値以下になるように、前記超格子バッファ層の成長パラメータを制御する、請求項１又は２に記載の半導体製造方法。
【請求項４】
前記超格子バッファ層は、複数の組成の異なるＡｌｓＧａｔＮ層（ただし、０≦ｓ、ｔ≦１、ｓ＋ｔ＝１）を重ね合わせたものを複数積層したものであり、
前記成長パラメータを制御する工程では、前記複数の組成の異なるＡｌｓＧａｔＮ層の少なくともいずれかを成長させる際の前記成長パラメータを制御する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体製造方法。
【請求項５】
シリコン基板上に、窒化物半導体の超格子バッファ層およびエピタキシャル成長層が順次形成され、前記超格子バッファ層の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状を表す波形の半値幅が４×１０−３［ＲＬＵ］以下である半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜を再現性良く、広い面積にわたり均一に形成する手法としては、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、分子線エピタクシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）、スパッタリング法など、気相中で製膜する気相成長法がよく知られており、これらは工業的な薄膜形成方法として重要である。
【０００３】
気相成長法を用いて、シリコン基板上に、ＧａＮ層等の窒化物半導体層を形成する技術が注目されている。シリコンと窒化物半導体では、格子定数が大きく異なるため、シリコン基板上に直接窒化物半導体層を成長させても、結晶性のよい窒化物半導体層は得られない。このため、シリコン基板と窒化物半導体層の間に、窒化物半導体からなるバッファ層を設けることがいくつか提案されている。
【０００４】
しかしながら、バッファ層を介して結晶性のよい窒化物半導体をシリコン基板上に成長させても、窒化物半導体層に多数のクラックが入り、実際の素子を形成することができないことが通常である。これは窒化物半導体の熱膨張係数がシリコンに比べて大きいことが原因である。つまり、シリコン基板上に成長させた窒化物半導体を、成長温度（〜１０５０℃）から冷却する際に、窒化物半導体がシリコン基板に比べて大きく収縮し、窒化物半導体に成長面内の大きな引っ張り応力が加わり、窒化物半導体層にクラックが発生する。
【０００５】
一方、近年、シリコン基板と窒化物半導体の間のバッファ層の技術開発が進み、窒化物半導体の成長時に圧縮応力を加えることが可能になった。窒化物半導体の成長時に圧縮応力を加えることで、成長後の降温時に発生する引っ張り応力を補償させることが可能となり、上記のクラック発生の問題が大きく改善された。上記の窒化物半導体の成長時に圧縮応力を発生させる技術は、格子定数の異なる窒化物半導体を積層してバッファ層とすることを基本としている。具体的なバッファ層の例としては、Ａｌ組成の異なるいくつかの窒化物半導体を積層する多段バッファ層、２つの窒化物半導体層を交互に多数積層する超格子バッファ層、Ａｌ組成を連続的に変化させるグレーデッドバッファ層、などが挙げられる。この中でデバイスの性能の観点から、電子デバイスへの応用では超格子バッファ層がよく用いられている。
【０００６】
ところで、シリコン基板上にバッファ層を介して窒化物半導体を成長させた半導体ウエハは、室温において必ずしも平坦であればよいというわけではなく、種々の理由から、わずかに上に凸の反りを有する形状、あるいは、わずかに下に凸の反りを有する形状が望まれる場合がある。このため、気相成長法でエピタキシャル成長層を形成する際には、エピタキシャル成長層の反り量と反り方向を精密に制御する必要がある。しかしながら、同様な構造のバッファ層を積層しても、バッファ層の成長条件によってエピタキシャル成長層にかかる応力が変化するため、反り量や反り方向を制御する技術は確立されていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１１９７１５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一態様は、エピタキシャル成長層の反り量と反り方向を精度よく制御できる半導体製造方法及び半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態によればシリコン基板の上に、窒化物半導体の超格子バッファ層およびエピタキシャル成長層を順次成長させる工程と、
Ｘ線回折により前記超格子バッファ層の逆格子空間マップを作成する工程と、
前記逆格子空間マップから得られる前記超格子バッファ層の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状が予め定めた形状になるように、前記超格子バッファ層の成長パラメータを調整する工程と、
調整した前記成長パラメータを用いて前記超格子バッファ層を成長させ、前記超格子バッファ層の上に前記エピタキシャル成長層を形成する工程と、を備える、半導体製造方法が提供される。
【００１０】
前記成長パラメータを調整する工程では、前記エピタキシャル成長層が目標とする反り量になるように、前記超格子バッファ層の成長パラメータを調整してもよい。
【００１１】
前記成長パラメータを調整する工程では、前記超格子バッファ層の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状の半値幅にて前記ピーク形状を評価し、前記半値幅が所定の値以下になるように、前記超格子バッファ層の成長パラメータを制御してもよい。
【００１２】
前記超格子バッファ層は、複数の組成の異なるＡｌｓＧａｔＮ層（ただし、０≦ｓ、ｔ≦１、ｓ＋ｔ＝１）を重ね合わせたものを複数積層したものであり、
前記成長パラメータを制御する工程では、前記複数の組成の異なるＡｌｓＧａｔＮ層の少なくともいずれかを成長させる際の前記成長パラメータを制御してもよい。
【００１３】
本発明の他の一態様では、シリコン基板上に、窒化物半導体の超格子バッファ層およびエピタキシャル成長層が順次形成され、前記超格子バッファ層の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状を表す波形の半値幅が４×１０−３［ＲＬＵ］以下である半導体装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態による気相成長装置の概略構成を示す図。
【図２】気相成長装置にて製造される半導体装置の一例を示す断面図。
【図３】ＳＬＳ層とＧａＮ層の圧縮応力の強さを矢印のサイズで模式的に示した図。
【図４】気相成長装置にて製造される半導体装置の逆格子空間マップの一例を示す図。
【図５】ＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比と図４の逆格子マッピングのピーク形状との関係を示す図。
【図６】図５の各ピーク形状のピーク位置の高さが同じになるように標準化したピーク形状波形図。
【図７】ＳＬＳ層の結晶表面方向のピーク形状の半値幅との関係と、ＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比とＳＬＳ層の結晶表面方向のピーク高さとの関係を示す図。
【図８】ＳＬＳ層の結晶表面方向のＸ線回折強度のピークの半値幅と基板の反りの曲率との関係を示す図。
【図９】曲率半径と基板の半径と反り量の関係を示す図。
【図１０】本実施形態による半導体製造方法の工程順序を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は一実施形態による気相成長装置１の概略構成を示す図である。本実施形態では、成膜処理を行う基板としてシリコン基板、具体的にはシリコンウエハ（以下、単にウエハと呼ぶ）Ｗを用い、このウエハＷ上に単一の膜を、あるいは複数の薄膜を積層して、成膜する例を説明する。以下では、気相成長方法としてＭＯＣＶＤを例に取って、具体的に説明する。なお、本実施形態は、シリコン基板以外の基板にも適用可能である。また、基板の表面に薄膜を成膜する製法は、ＭＯＣＶＤ以外の製法でもよい。
【００１６】
図１の気相成長装置１は、ウエハＷに成膜を行うチャンバ２と、このチャンバ２内のウエハＷに原料ガスを供給するガス供給部３と、チャンバ２の上部に位置する原料放出部４と、チャンバ２内でウエハＷを支持するサセプタ５と、このサセプタ５を保持して回転する回転部６と、ウエハＷを加熱するヒータ７と、チャンバ２内のガスを排出するガス排出部８と、このガス排出部８からガスを排気する排気機構９と、ウエハＷの温度を測定する放射温度計１０と、各部を制御する制御部１１とを備えている。
【００１７】
チャンバ２は、成膜対象のウエハＷを収納可能な形状（例えば、円筒形状）であり、チャンバ２の内部に、サセプタ５、ヒータ７、回転部６の一部などが収容されている。
【００１８】
ガス供給部３は、複数のガスを個別に貯留する複数のガス貯留部３ａと、これらガス貯留部３ａと原料放出部４とを接続する複数のガス管３ｂと、これらガス管３ｂを流れるガスの流量を調整する複数のガスバルブ３ｃとを有する。各ガスバルブ３ｃは、対応するガス管３ｂに接続されている。複数のガスバルブ３ｃは、制御部１１により制御される。実際の配管は、複数のガス管を結合したり、１本のガス管を複数のガス管に分岐したり、ガス管の分岐や結合を組み合わせるなどの複数の構成を取りうる。
【００１９】
ガス供給部３から供給される原料ガスは、原料放出部４を通って、チャンバ２内に放出される。チャンバ２内に放出された原料ガス（プロセスガス）は、ウエハＷ上に供給され、これにより、ウエハＷ上に所望の膜が形成されることになる。なお、使用する原料ガスの種類は、特に限定されない。
【００２０】
原料放出部４の底面側には、シャワープレート４ａが設けられている。このシャワープレート４ａは、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成することができる。複数のガス管３ｂからのガスは、原料放出部４内で混合されて、シャワープレート４ａのガス噴出口４ｂを通ってチャンバ２内に供給される。なお、シャワープレート４ａにガス流路を複数設け、複数種類のガスを分離したままチャンバ２内のウエハＷに供給してもよい。
【００２１】
原料放出部４の構造は、成膜された膜の均一性、原料効率、再現性、製作コストなどを勘案して選定されるべきであるが、これらの要求を満たすものであれば特に限定されるものではなく、公知の構造のものを適宜用いることもできる。
【００２２】
サセプタ５は、回転部６の上部に設けられており、サセプタ５の内周側に設けられた座ぐり内にウエハＷを載置して支持する構造になっている。なお、図１の例では、サセプタ５は、その中央に開口部を有する環状形状であるが、開口部のない略平板形状でもよい。
【００２３】
ヒータ７は、サセプタ５および／またはウエハＷを加熱する加熱部である。加熱対象を所望の温度および温度分布に加熱する能力、耐久性などの要求を満たすものであれば、特に限定されない。具体的には、抵抗加熱、ランプ加熱、誘導加熱などが挙げられる。
【００２４】
排気機構９は、ガス排出部８を介してチャンバ２の内部から反応後の原料ガスを排気し、排気バルブ９ｂと真空ポンプ９ｃの作用により、チャンバ２内を所望の圧力に制御する。
【００２５】
放射温度計１０は、原料放出部４の上面に設けられている。放射温度計１０は、光源からの光をウエハＷに照射し、ウエハＷからの反射光を受光して、ウエハＷの反射光強度を測定する。このように、放射温度計１０は、膜成長面の反射率を測定する反射率計として機能する。また、放射温度計１０は、ウエハＷの膜成長面Ｗａからの熱輻射光を受光して、熱輻射光強度を測定する。放射温度計１０は、その内部にデータ演算部を有する。このデータ演算部は、熱輻射光強度と反射率から、ウエハＷの温度を求める。データ演算部は、例えば、汎用のコンピュータにより構成可能である。
【００２６】
原料放出部４の上面には、光透過窓２ａが設けられており、放射温度計１０の光源からの光と、ウエハＷからの反射光および熱輻射光は、この光透過窓２ａを通過する。光透過窓２ａは、スリット形状や矩形状、円形状などの任意の形状を取り得る。窓には、放射温度計１０で計測する光の波長範囲で透明な部材を用いる。室温から１５００℃程度の温度を測定する場合には、可視領域から近赤外領域の光の波長を計測するのが好ましく、その場合には窓の部材としては石英ガラスなどが好適に用いられる。
【００２７】
制御部１１は、気相成長装置１内の各部を集中的に制御するコンピュータと、成膜処理に関する成膜処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。制御部１１は、成膜処理情報や各種プログラムに基づいて、ガス供給部３や回転部６の回転機構、排気機構９などを制御し、ヒータ７によるウエハＷの加熱などを制御する。
【００２８】
図１の気相成長装置１は、ウエハＷ上への種々の膜の成膜に利用できるが、以下では、一例として、シリコン基板上にＡｌＮ層を含むＡｌＧａＮバッファ層と、超格子バッファ層（ＳＬＳ：Strained Layer Superlattice構造、以下、ＳＬＳ層と呼ぶことがある）を形成し、その上にエピタキシャル成長層であるＧａＮ層をエピタキシャル成長させる例について説明する。ＳＬＳ層とは、組成の異なるＡｌｓＧａｔＮ層（ただし、０≦ｓ、ｔ≦１、ｓ＋ｔ＝１）とＡｌｓ‘Ｇａｔ’Ｎ層（ただし、０≦ｓ’、ｔ’≦１、ｓ’＋ｔ’＝１）を交互に複数層ずつ積層した層である。
【００２９】
図２は気相成長装置１にて製造される半導体装置２０の一例を示す断面図である。図２の半導体装置２０は、シリコン基板２１の上に形成されるＡｌＮ層２２と、ＡｌＮ層２２の上に形成されるＡｌＧａＮ層２３と、ＡｌＧａＮ層２３の上に形成される超格子バッファ層２４であるＳＬＳ層２５と、ＳＬＳ層２５の上に成長されるエピタキシャル成長層２６であるＧａＮ層２７と、ＧａＮ層２７の上に形成されるＡｌＧａＮ層２８とを備えている。
【００３０】
図２に示すＳＬＳ層２５はＡｌｓ‘Ｇａｔ’Ｎ層がＡｌＮ層３０である場合である。ＡｌＧａＮ層２９、ＡｌＮ層３０は例えば５〜５０ｎｍ程度の膜厚を有し、ＡｌＧａＮ層２９、ＡｌＮ層３０は例えば２０〜３００ペア程度積層されてＳＬＳ層２５が形成されている。
【００３１】
ＳＬＳ層２５の上にエピタキシャル成長されるＧａＮ層２７と、ＳＬＳ層２５を構成するＡｌＧａＮ層２９及びＡｌＮ層３０の格子定数は、大きい順に、ＧａＮ＞ＡｌＧａＮ＞ＡｌＮである。あるいはＡｌｓＧａｔＮ中のＡｌ組成比（ｓ）が大きいほど格子定数は小さいと言ってもよい。格子定数の大きい層を格子定数の小さい層の上に成長すると、格子定数の大きい層に圧縮応力が発生し、成長中の基板が上に凸の形状に変形する。図３はＳＬＳ層２５とＧａＮ層２７の圧縮応力の強さを矢印のサイズで模式的に示した図である。図示のように、格子定数が大きい層は、格子定数が小さい層に格子整合しようとして圧縮応力が働く。
【００３２】
ＳＬＳ層２５の上にＧａＮ層２７をエピタキシャル成長させる工程は、加熱した状態で行われるため、エピタキシャル成長後に温度を下げると、窒化物半導体はシリコンに比べて熱膨張係数が大きいことから、シリコンより縮み量が大きくなる。よって、成長中に上に凸の形状であった基板が平坦になったり、あるいは下に凸の形状になる。下に凸の形状になると、場合によっては、ＧａＮ層２７にクラックが入るおそれもある。
【００３３】
ＧａＮ層２７等のエピタキシャル成長層２６を形成した後に温度を下げた状態での最終的な基板形状は、使用用途等に応じて、平坦であることが望まれる場合と、所定のサイズの反り量だけ上又は下に凸であることが望まれる場合とがあり、所望の基板形状に制御できることが重要である。ところが、ＳＬＳ層２５の結晶表面方向の結晶性が悪い場合には、種々の成長パラメータを調整しても、基板形状を所望の形状にすることができない。よって、ＳＬＳ層２５の結晶表面方向の結晶性をよくすることが、基板形状を所望の形状にする上で重要になる。ＳＬＳ層２５の結晶表面方向の結晶性がよければ、種々の成長パラメータを調整することにより、基板の反り量と反り方向を制御することが可能となる。なお、成長パラメータの具体的内容については、後述する。
【００３４】
そこで、本発明者は、Ｘ線回折によりＳＬＳ層２５の逆格子空間マップを作成し、逆格子空間マップから得られる超格子バッファ層２４の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状によって、結晶表面方向の結晶性を評価する手法を見出した。逆格子空間マップでは、結晶表面方向の情報を把握することができる。より具体的には、逆格子空間マップを用いることで、結晶表面方向に格子定数が揃っているか否かと、結晶表面方向の結晶性がよいか悪いかを評価することができる。
【００３５】
図４は、超格子バッファ層２４であるＳＬＳ層２５と、エピタキシャル成長層２６であるＧａＮ層２７の逆格子空間マップの一例を示す図である。反射の指数は（−１、−１，４）である。図４の逆格子空間マップは、ＧａＮ層２７のピーク付近の様子を示しており、図４の縦方向は結晶成長方向すなわち積層方向であり、横方向は結晶表面方向である。図４では、Ｘ線回折強度を等高線で表している。図４から、ＧａＮ層２７はＸ線回折強度のピークが明瞭な点状であるのに対し、ＳＬＳ層２５はピークが結晶表面内方向に広がっているのがわかる。
【００３６】
ＳＬＳ層２５は、アンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の各原料ガスを気相成長装置１に供給することにより形成される。このとき、ＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比を変えることで、Ｘ線回折強度のピーク形状を変化させることができる。
【００３７】
図５はＡｌＮ層３０とＡｌＧａＮ層２９を積層したＳＬＳにおいて、ＡｌＧａＮ層２９の成長時のＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比と図４の逆格子マッピングのピーク形状との関係を示す図である。図５には、４種類のモル供給量比のそれぞれに対応する４つのピーク形状ｗ１〜ｗ４が図示されている。図５の横軸は結晶表面方向の逆格子空間座標、縦軸はＸ線回折強度である。図５のピーク形状ｗ１〜ｗ４に示す各試料については、ＳＬＳ層２５中のＡｌＧａＮ層２９成長中のＴＭＧとＴＭＡのモル供給比が異なること以外は同じになるように調整している。つまり、ＡｌＧａＮ層２９の膜厚を含めて各試料中に含まれるすべての層の膜厚は各試料間で同じになるように調整している。
【００３８】
図６は図５の各ピーク形状ｗ１〜ｗ４のピーク位置の高さが同じになるように標準化した（normalized）ピーク形状図である。図６の各ピーク形状ｗ１’〜ｗ４’は、ピーク位置とピークの鋭さがそれぞれ異なっている。
【００３９】
本発明者は、Ｘ線回折強度のピーク形状を評価するために、図６のピーク形状ｗ１’〜ｗ４’の半値幅（ＦＷＨＭ）を検出した。図７はＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比とＳＬＳ層２５の結晶表面方向のＸ線回折強度のピーク形状の半値幅との関係（○印）と、ＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比とＳＬＳ層２５の結晶表面方向のＸ線回折強度のピーク位置との関係（□印）を示す図である。図７に示す各プロットは、図６の各ピーク形状ｗ１’〜ｗ４’に対応している。図示のように、ＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比が小さいほど、すなわちＡｌの組成比が高いほど、半値幅が大きくなり、結晶性が悪くなる。結晶性が悪くなると、想定した通りにＡｌＧａＮ層２９やＧａＮ層２７に圧縮応力が働かなくなり、基板の反りの制御が困難になる。
【００４０】
図８はＳＬＳ層２５の結晶表面方向のＸ線回折強度のピークの半値幅と基板の反りの曲率との関係を示す図である。図８の横軸は半値幅［１０-3ｒｌｕ］、縦軸は曲率［１／ｍ］である。図８の各プロットは、図６の各ピーク形状ｗ１’〜ｗ４’に対応している。図８の縦軸の曲率は、曲率半径の逆数（＝１／曲率半径）である。曲率半径とは、基板の反り形状を球面とした場合の球の半径であり、下に凸の場合は正の値になり、上に凸の場合は負の値になる。
【００４１】
図９に示すように、曲率半径をＲ、基板の半径をｒ、反り量をｄとすると、Ｒがｒより十分大きい場合、以下の（１）式が成り立つ。通常、Ｒは１０ｍ以上、ｒは０．１ｍ以下なので、この仮定が成り立つ。
【数１】
2020181963.tif 000003
【００４２】
図６の４つのピーク形状ｗ１’〜ｗ４’は、ＳＬＳ層２５の結晶表面方向の結晶性が比較的よい例を示している。図７に示すように、いずれのピーク形状でも、ＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比によって、結晶表面方向のＸ線回折強度のピーク形状の半値幅を制御できる。また、図８に示すように半値幅を制御することにより、基板の反り量を制御できる。
【００４３】
なお、図７ではＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比を制御することで、ＳＬＳ層２５の結晶表面方向のＸ線回折強度のピークの半値幅を制御できることを示しているが、半値幅を制御する成長パラメータは、ＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比だけではない。
【００４４】
半値幅を制御するための成長パラメータは、例えば、ＳＬＳ層２５を成長させる際の成長圧力、成長温度、成長速度、成長に用いられるキャリアガスの種類の少なくとも一つを含んでいてもよい。
【００４５】
あるいは、ＡｌＧａＮ層２９、ＡｌＮ層３０の一方を成長させた後、他方の成長を開始するまでの期間の長さ、すなわち成長中断時間の長短によっても、上述した半値幅を制御することができる。
【００４６】
このように、逆格子空間マップから得られる超格子バッファ層２４の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状が予め定めた形状になるように制御される成長パラメータには種々のものが考えられる。本実施形態では、エピタキシャル成長層２６が目標とする反り量になるように、超格子バッファ層２４の成長パラメータを制御する。より具体的には、超格子バッファ層２４の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状の半値幅にてピーク形状を評価し、半値幅が所定の値以下になるように、超格子バッファ層２４の成長パラメータを制御する。所定の値は、例えば（−１、−１，４）反射の逆格子空間マップの場合、４×１０−３［ＲＬＵ］以下である。
【００４７】
図１０は本実施形態による半導体製造方法の工程順序を示すフローチャートである。このフローチャートは、図２の半導体装置２０のＳＬＳ層２５、その上に成長されるＧａＮ層２７とＡｌＧａＮ層２８を形成する際の詳細な工程順序を示している。
【００４８】
まず、シリコン基板２１上にバッファ層であるＡｌＮ層２２，ＡｌＧａＮ層２３を成長させる（ステップＳ１）。次に、超格子バッファ層２４であるＳＬＳ層２５を成長させる（ステップＳ２）。ここでは、基板温度を７００〜１２００℃程度に設定し、キャリアガスとして例えば水素を供給するとともに、アンモニア、ＴＭＧ及びＴＭＡの各原料ガスを適量ずつ供給し、ＳＬＳ層２５を構成するＡｌ組成の異なる２つのＡｌＧａＮ層２９、ＡｌＮ層３０を交互に例えば１００層ずつ成長させる。Ａｌ組成の異なる２つのＡｌＧａＮ層２９、ＡｌＮ層３０では、ＴＭＧとＴＭＡのモル供給量比を切り替える。
【００４９】
次に、ＧａＮ層２７とＡｌＧａＮ層２８を順次エピタキシャル成長させる（ステップＳ３）。
【００５０】
これらの層の成長が終了した（ステップＳ４）のち、試料の逆格子空間マップを作成する（ステップＳ５）。逆格子空間マップは、例えば図４に示すようなものである。
【００５１】
次に、逆格子空間マップに基づいて、結晶表面方向におけるＸ線回折強度のピーク形状を検出する（ステップＳ６）。ピーク形状は、例えば図６に示すようなものである。
【００５２】
次に、ピーク形状の半値幅が所定の値であるか否かを判定する（ステップＳ７）。所定の値とは、例えば（−１、−１，４）反射の場合、４×１０−３［ＲＬＵ］である。半値幅が所定の値と異なる場合には、ＳＬＳ層２５の成長パラメータの調整値を決める（ステップＳ８）。成長パラメータとは、上述の例ではＳＬＳ層を成長する際のＴＭＧとＴＭＡの供給量であるが、そのほかにも例えば、ＳＬＳ層２５を成長させる際の成長圧力、成長温度、成長速度、成長に用いられるキャリアガスの種類などを挙げることができる。成長パラメータを調整値に変更した後に、ステップＳ１〜ステップＳ８の処理を繰り返す。
【００５３】
上記のようにＳＬＳ層の成長パラメータを逆格子空間マップを用いて調整することで、試料の反りを精密に制御することができる。
【００５４】
このように、本実施形態では、シリコン基板２１上に、ＳＬＳ層２５等の超格子バッファ層２４を成長させ、その上にＧａＮ層２７等のエピタキシャル成長層２６を成長させる際、成長途中の超格子バッファ層２４に照射されたＸ線の回折強度に基づいて超格子バッファ層２４の結晶表面方向の逆格子空間マップを作成し、逆格子空間マップから得られる超格子バッファ層２４の結晶表面方向におけるＸ線の回折強度のピーク形状が予め定めた形状になるように、超格子バッファ層２４の成長パラメータを制御する。これにより、超格子バッファ層２４の結晶表面方向の結晶性をよくすることができ、超格子バッファ層２４の上にエピタキシャル成長層２６を形成した基板の反り量と反り方向を所望の値に制御することができる。
【００５５】
本実施形態では、超格子バッファ層２４の一例として組成の異なる２つのＡｌＧａＮを交互に積層する例を示したが、超格子バッファ層２４としては組成の異なる窒化物層を積層する構造であれば特に限定されるものではない。具体的には、積層する層は特にＡｌＧａＮ層に限定するものではなく、また積層する層の種類数は特に２つに限定するものではない。
【００５６】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１  気相成長装置、２  チャンバ、３  ガス供給部、４  原料放出部、５  サセプタ、６  回転部、７  ヒータ、８  ガス排出部、９  排気機構、１０  放射温度計、１１  制御部、２１  シリコン基板、２２  ＡｌＮ層、２３  ＡｌＧａＮ層、２４  超格子バッファ層、２５  ＳＬＳ層、２６  エピタキシャル成長層、２７  ＧａＮ層、２８  ＡｌＧａＮ層、２９  ＡｌＧａＮ層、３０  ＡｌＮ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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