(57)【要約】  成長プロセス中の成長基板上への第１３−１５族材料のベース層の形成、成長プロセス中のマスク領域およびギャップ領域を有する、ベース層を覆うマスクの形成、ならびに成長プロセス中のマスクに覆われるベース層の一部の優先的除去を含んでなる、半導体基板の形成方法。
2014533651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長プロセス中に、第１３〜１５族材料のベース層を成長基板上に形成する工程、
前記成長プロセス中に、前記ベース層を覆うマスク領域およびギャップ領域を含んでなるマスクを形成する工程、および
前記成長プロセス中に、前記マスクに覆われるベース層の一部を優先的に除去する工程、
を含んでなることを特徴とする、半導体基板の形成方法。
【請求項２】
前記成長基板が、無機材料を含むベース基板を含んでなり、前記ベース基板が、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、オキシ炭化物、オキシホウ化物、オキシ窒化物、及びこれらの組合せからなる群から選択される材料を含んでなり、前記ベース基板がアルミナを含んでなり、前記ベース基板がサファイアを含んでなり、前記ベース基板が実質的にサファイアからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成長基板が、前記ベース層に覆われ、前記ベース基板を覆うバッファ層を含んでなり、前記バッファ層は前記ベース基板の表面と直接接触し、前記バッファ層の形成が、前記ベース基板の主面を覆う材料の堆積を含んでなり、前記堆積が金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記バッファ層が、複数の薄膜を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つの薄膜が、第１３〜１５族材料を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つの薄膜が窒化物材料を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つの薄膜が、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎおよびこれらの混合物からなる群より選択される元素を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つ薄膜が、結晶材料を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つの薄膜が、ケイ素を含んでなる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記バッファ層が、
前記ベース基板の表面と直接接触する、ケイ素を含んでなる第１の薄膜および
前記第１薄膜の表面と直接接触する、第１３〜１５族材料を含んでなる第２の薄膜を含んでなる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ベース層の形成が、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ベース層が第１３〜１５足材料を含んでなり、前記ベース層が窒化物材料を含んでなり、前記ベース層がガリウムを含んでなり、前記ベース層が窒化ガリウムを含んでなり、前記ベース層が本質的に窒化ガリウムからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ベース層が、約５ｍｍ以下の平均厚さを有し、前記ベース層が、約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約０．５ｍｍ以下の平均厚さを有し、前記ベース層が、少なくとも約１ｎｍ、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍ、少なくともやく７０ｎｍの平均厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ベース層の上面において測定した転位密度が、約１×１０８転位／ｃｍ２以下、約１×１０７転位／ｃｍ２以下、少なくとも約１×１０５転位／ｃｍ２、少なくとも約２×１０５転位／ｃｍ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ベース層の形成が、少なくとも５０ミクロン／ｈｒの速度で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ベース層の形成が、３次元成長モードにおける形成を含んでなり、前記ベース層の形成が、半導体材料を含む島機構の形成を含んでなる自発的形成プロセスを含んでなり、前記ベース層の形成が、さらに島機構の半導体材料の連続層への合体を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
マスクの形成が、成長プロセス中、成長チャンバ内にケイ素含有材料を準備することを含んでなり、前記ケイ素含有材料が水素を含んでなり、前記ケイ素含有材料がシラン（ＳｉＨ４）を含んでなり、前記ケイ素含有材料が本質的にシランからなり、さらにケイ素含有材料を、窒素含有材料を含んでなる成長チャンバ内に準備することを含んでなり、前記窒素含有材料が水素を含んでなり、前記窒素含有材料がＮＨ３を含んでなり、前記窒素含有材料が本質的にＮＨ３からなり、前記ＮＨ３がシランと反応し、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記マスク領域が窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を含んでなり、前記マスク領域が本質的に窒化ケイ素からなり、前記方法が前記マスクの第１の形成および前記ベース層の一部の優先的除去を含んでなり、前記マスク領域が互いにランダムな配向性を有し、前記マスクが互いにランダムなサイズを有し、前記ギャップ領域が互いにランダムなサイズを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ベース層の一部の優先的除去がエッチングを含んでなり、前記エッチングが、ハロゲン元素を含む材料をエッチングすることを含んでなり、前記ハロゲン元素が塩素（Ｃｌ）を含み、前記エッチング材料が水素を含んでなり、前記エッチング材料が塩化水素（ＨＣｌ）を含んでなり、前記エッチング材料が本質的に塩化水素からなり、前記エッチング材料が気相種を含んでなり、エッチングがアンモニア（ＮＨ３）を含んでなる雰囲気において行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ベース層の一部の優先的除去が成長温度において行われ、前記エッチングが８００℃内の成長温度、６００℃内の成長温度、５００℃内の成長温度、４００℃内の成長温度、３００℃内の成長温度、２００℃内の成長温度、１００℃内の成長温度、５０℃内の成長温度において行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ベース層の一部の優先的除去が、前記ベース層の上表面におけるくぼみの形成を含んでなり、前記くぼみの少なくとも一部が前記ベース層の厚さ全体に広がり、前記ベース層の一部の除去が前記バッファ層の一部が露出するまで行われ、前記バッファ層がエッチングストップ層であり、前記くぼみが前記ベース層の平均厚さ以下の平均深さを有しており、前記くぼみが約１０ミクロン未満、約８ミクロン未満、約５ミクロン未満、約２ミクロン未満、約１ミクロン未満、約０．８ミクロン未満、約０．５ミクロン未満、約０．２ミクロン未満の平均深さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ベース層の一部の優先的除去が、約２時間以下、約１００分以下、約３０分以下の間のベース層の上表面のエッチングを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ベース層の一部の優先的除去が、前記ベース層の上表面における高転移密度領域の優先的除去を含み、前記優先的除去が、低い欠陥濃度を有する上表面と比べ、高い欠陥濃度を有する前記ベース層の上表面の一部の異方性エッチングを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ベース層の一部の優先的除去が、前記マスクの一部の除去、前記マスク領域の一部の除去をさらに含んでなり、前記ベース層の一部の優先的除去が、マスク領域に覆われる上表面の一部の除去をさらに含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記マスク領域が、前記ベース層の平均厚さ未満の平均厚さを有し、前記マスク領域が、約０．５ミクロン未満、約０．３ミクロン未満、約０．１ミクロン未満約０．０８ミクロン未満の平均厚さを有し、かつ少なくとも０．００１ミクロンの平均厚さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記マスクおよび前記ベース層を覆うエピタキシャル層の形成を更に含んでなり、前記エピタキシャル層は窒化物材料を含んでなり、前記エピタキシャル層はガリウムを含んでなり、前記エピタキシャル層は窒化ガリウムを含んでなり、前記エピタキシャル層は本質的に窒化ガリウムからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記エピタキシャル層が、少なくとも５ミクロン以上、少なくとも約１０ミクロン以上、少なくとも約１００ミクロン以上、少なくとも約２００ミクロン以上、少なくとも約４００ミクロン以上、少なくとも約５００ミクロン以上または少なくとも８００ミクロン以上の平均厚さであって、約１０ｍｍ以下、約５ｍｍ以下または約３ｍｍ以下の平均厚さを有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記エピタキシャル層が、前記ベース層の上面の転移密度未満の上面における転移密度を有し、前記エピタキシャル層が、上面において測定された約１ｘ１０８転位／ｃｍ２以下の転移密度を有し、前記エピタキシャル層が、約１ｘ１０７転位／ｃｍ２以下の転移密度を有し、前記エピタキシャル層が、約１ｘ１０６転位／ｃｍ２以下の転移密度を有し、前記エピタキシャル層が、約１ｘ１０５転位／ｃｍ２以下の転移密度を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記エピタキシャル層の形成が、３次元成長モードにおいて実施され、前記形成が２次元成長モードにおける前記エピタキシャル層の形成を含んでなり、前記形成が、成長プロセスパラメータと比較し、エピタキシャル層の成長の間の前記成長プロセスパラメータの少なくとも１度の変更を含んでなる。
【請求項２５】
前記ベース層、マスク、およびエピタキシャル層の少なくとも１つの形成の間に、前記成長基板からの前記ベース層、マスク、およびエピタキシャル層の分離を更に含んでなり、前記分離が、前記成長基板およびベース層との間のバッファ層の少なくとも一部の熱的分離を含んでなる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
ａ）成長基板上への第１３−１５族材料のベース層の形成、
ｂ）前記ベース層を覆う、窒化物材料を含んでなるマスクの形成、ならびに
ｃ）前記マスク形成後の、前記ベース層およびマスクの一部のエッチングおよび優先的除去を含んでなる、半導体基板の形成方法であって、
前記の工程ａ）、ｂ）およびｃ）は、成長チャンバ内での単一操作の間にｉｎ−ｓｉｔｕで実施されることを特徴とする、方法。
【請求項２７】
半導体基板の形成方法であって、
成長プロセス中の、ＧａＮを含んでなるベース層の成長基板上への形成であって、前記成長基板がサファイア系ベース基板を含んでなるベース層の形成および
前記成長基板を覆い、前記成長基板と前記ベース基板との間に配置されるバッファ層の形成、
マスク領域およびマスク領域の間のギャップ領域を含んでなる、前記ベース層を覆うマスクの形成、ならびに
前記マスクに覆われる前記ベース層の一部の優先的除去を含んでなることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、半導体基板の形成方法、詳細には、マスクを用いる半導体基板の形成方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）および窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌＮ）などの三元化合物、さらに四元化合物（ＡｌＧａＩｎＮ）などの第１３−１５族材料を含む半導体系化合物は、直接バンドギャップ半導体である。そのような材料は短波長発光の大きな可能性を有すると認識されてきており、そのため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、紫外線検出器、および高温電子機器の製造での使用に適している。
【０００３】
しかしながら、そのような半導体材料の開発は、そのような材料の工程、詳細には、オプトエレクトロニクスにおいて短波長発光の製造に必要な材料の高品質な単結晶形の形成、を取り巻く困難性によって阻まれてきた。ＧａＮは自然発生の化合物として見ることができず、そのため、ブール様ケイ素、ガリウムヒ素、またはサファイアから融解し取り出すことができない。というのは、常圧でのその理論的融解温度がその解離温度を超えるためである。別の方法として、業界はエピタキシャル成長プロセスの使用によるバルクＧａＮ結晶の形成に取り組んできた。しかしながら、依然として、適切な低欠陥密度バルクＧａＮ材料の形成に関する問題が残っている。
【０００４】
拡張欠陥（貫通転位、積層欠陥、および逆位相境界）の存在は、著しく劣化した性能の原因となり、結果として装置の動作寿命の短縮をもたらす。具体的には、転位は非放射中心としてふるまい、そのため、これらの材料からなる発光ダイオードおよびレーザダイオードの発光効率が低下する。また、これらの転位は暗電流も増加させる。貫通転位は高輝度の発光ダイオードの開発を妨げなかったが、転位は、高電子移動度トランジスタ、電界効果トランジスタ、及び他の電子デバイスなどのｐ−ｎ接合デバイスにおいて、過剰な逆バイアス漏れ電流を引き起こす。さらに、転位はキャリアに対する強い散乱中心として作用する可能性があり、電子及び正孔の移動度を減少させ、多くの半導体デバイスの性能を制限する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
半導体基板の形成方法は、成長プロセスの間の成長基板上への第１３−１５族材料のベース層の形成、成長プロセスの間におけるベース層を覆う、マスク領域およびギャップ領域を含んでなるマスクの形成、ならびに成長プロセスの間のマスクに覆われたベース層の一部の優先的除去を含んでなる。
【０００６】
その他の態様において、半導体基板の形成方法は、ａ）成長基板上への第１３−１５族材料のベース層の形成、ｂ）ベース層を覆う、窒化物材料を含んでなるマスクの形成、ならびにｃ）マスク形成後の、エッチングおよびベース層およびマスクの一部の優先的除去を含んでなる。前記の工程ａ）、ｂ）およびｃ）は、成長チャンバ内での単一操作の間にｉｎ−ｓｉｔｕで実施することができる。
【０００７】
別の態様において、半導体基板の形成方法は、成長プロセスの間における、サファイア系ベース基盤を有する成長基盤上へのＧａＮ含有ベース層および成長基盤を覆うバッファ層であって、ベース基盤とベース層との間に配置されるバッファ層の形成を含んでなる。
【０００８】
本方法は、さらに、ベース層を覆うマスク領域およびマスク領域間のギャップ領域を含んでなるマスクの形成、ならびにマスクに覆われたベース層の一部の優先的除去を含んでなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付図面を参照することにより、本開示はよりよく理解され、その多くの特徴および利点は当業者に明らかとなりうる。
【００１０】
【図１】実施形態による、電子デバイスのための半導体基板材料を形成する方法を提供するフローチャートである。
【図２Ａ】実施形態による、半導体基板形成プロセスの図である。
【図２Ｂ】実施形態による、半導体基板形成プロセスの図である。
【図２Ｃ】実施形態による、半導体基板形成プロセスの図である。
【図２Ｄ】実施形態による、半導体基板形成プロセスの図である。
【００１１】
異なる図面における同じ参照記号の使用は、同様のまたは同一の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の説明は包括的には基板材料に関し、詳細には、複数の半導体材料を含んでなる基板、またそれは複数の半導体層（すなわち、半導体基板）を含んでいてもよい基板、及びそのような物品を形成する方法に関する。半導体基板は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む、第１３−１５族材料を含むことができる。第１３−１５族材料を参照することは、ＩＵＰＡＣ周期表（２０１１年１月２１日版）に基づいて、元素の周期表の第１３族からの少なくとも１つの元素と、元素の周期表の第１５族からの少なくとも１つの元素とを含む化合物を含むことは理解されるであろう。
【００１３】
図１は、実施形態による半導体基板材料を形成する方法を示すフローチャートである。図示されるように、プロセスは、ステップ１０１において成長基板を用意することによって開始する。成長基板は、その上の複数の層を支持するのに適した構造とすることができる。成長基板はさらに、その上の半導体層のヘテロエピタキシャル成長を実施するのに適した構造及び表面を提供することができる。一実施形態によれば、成長基板は、１以上の構造または材料の種類を含んでなる複合体であってもよい。例えば、成長基板は、ベース基板および該ベース基板を覆うバッファ層を含んでいてもよい。
【００１４】
一実施形態によれば、ベース基板は、無機材料を含んでなることができる。適切な無機材料には、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、オキシ炭化物、オキシホウ化物、オキシ窒化物、及びその組合せを含めることができる。場合によっては、ベース基板はアルミナを含んでなることができ、より具体的には、単結晶アルミナ（すなわち、サファイア）を含んでなることができる。一実施形態は、本質的にサファイアからなる基板を利用する。
【００１５】
成長基板のバッファ層は、ベース基板を覆うことができる。図２Ａを手短に参照すると、実施形態による半導体基板２００が示される。とりわけ、半導体基板２００は、ベース基板２０２と該ベース基板２０２を覆うバッファ層２０３を含んでなる成長基板２０１を含んでなることができる。具体的には、バッファ層２０３は、ベース基板２０２の上側主面の上を覆うことができ、より具体的には、バッファ層２０３は、ベース基板２０２の上側主面に直に接触することができる。
【００１６】
一実施形態によれば、成長基板２０１は、製造業者から得ることができ、代替的には、その他の工程を実施する前に形成させることができる。例えば、バッファ層２０３は、堆積プロセスを用いてベース基板２０２の上面に形成させることができる。例えば、反応チャンバ内において、バッファ層２０３を、ベース基板２０２の上側主面上に堆積させることができる。あるプロセスによれば、そのベース基板２０２を反応チャンバ内に装填させることができ、反応チャンバ内に適切な環境を提供した後に、ベース基板２０２上にバッファ層２０３が堆積させることができる。一実施形態によれば、適切な堆積技法は、化学気相成長を含むことができる。特定の事例では、堆積プロセスは、金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）を含むことができる。
【００１７】
特定の例において、バッファ層２０３は複数の薄膜から形成されてもよい。例えば、図２Ａに示されるように、バッファ層２０３は、薄膜２０４と、薄膜２０６とを含むことができる。一実施形態によれば、薄膜２０４のうちの少なくとも１つは、結晶材料を含むことができる。より具体的な事例では、薄膜２０４は、基板２０１の表面に直に接触することができ、ケイ素を含んでなることができ、本質的にケイ素からなることができる。薄膜２０４は、基板２０１と、本明細書において説明されるような薄膜２０４の上に重なる半導体層との分離を容易にすることができる。
【００１８】
図２Ａに示されるように、薄膜２０６は薄膜２０４の上に重ねることができ、より具体的には、薄膜２０４と直に接触させることができる。薄膜２０６は、その上の層のエピタキシャル形成に適した結晶学的特徴を有することができる。とりわけ、一実施形態では、薄膜２０４は半導体材料を含むことができる。適切な半導体材料は、第１３−１５族材料を含むことができる。１つの特定の事例では、薄膜２０６は窒化物材料を含むことができる。異なる例では、薄膜２０６は、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及びその組合せを含むことができる。さらに、１つの特定の実施形態では、薄膜２０６は窒化アルミニウムを含むことができ、より具体的には、薄膜２０６は、基本的に窒化アルミニウムからなることができる。
【００１９】
従って、例示的な構造では、バッファ層２０３は、薄膜２０４がケイ素を含んでなり、基板２０１の主面と直に接触するように形成させることができる。さらに、薄膜２０６は、薄膜２０４の或る表面と直に接触することができ、窒化アルミニウムを含んでなることができる。
【００２０】
ステップ１０１において基板を提供した後に、そのプロセスはステップ１０３において、成長基板を覆うベース層を形成することによって継続することができる。図２Ａを手短に参照すると、半導体基板２００は、ベース基板２０２およびバッファ層２０３を含んでなる成長基板２０１を覆うベース層２０５を含んでなることができる。具体的には、ベース層２０５は、バッファ層２０３の或る表面を覆うように形成させることができ、より具体的には、ベース層２０５はバッファ層２０３の薄膜２０６と直に接触することができる。
【００２１】
一実施形態によれば、バッファ層２０３の適切な形成にあたり、基板２０１及びバッファ層２０３を反応チャンバ内に置き、連続的成長プロセスを実施することができる。連続的成長プロセスは、チャンバから工作物（例えば、半導体基板）を取り出すことなく、単一のチャンバ内で実行されるプロセスを含んでなることができる。また、連続的成長プロセスは、エピタキシャル成長プロセスなどの成長プロセスも含んでなることができ、そのプロセスでは、全ての層が互いにｉｎ−ｓｉｔｕで形成され得るように、工作物を成長温度から著しく冷却することなく、一連の半導体層が形成され得る。連続的成長プロセスは、さらに、全ての半導体層が同じプロセス（例えば、水素化気相エピタキシー）を用いて、同じ温度範囲内で、すなわち、実質的に同じ成長温度において形成される成長プロセスを含んでなることができる。
【００２２】
実施形態によれば、連続的成長プロセスは、エピタキシャル成長プロセスを利用することができる。より具体的には、その連続的成長プロセスは、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）を含んでなることができる。したがって、ベース層２０５は、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）などのエピタキシャル成長プロセスを通して形成させることができる。このようなプロセスは、欠陥密度の小さく厚いベース層２０５の形成にとって特に有用であり、詳細には、平均厚さが約１０〜２０ミクロン以上のベース層２０５の形成にとって有用である。
【００２３】
代替的には、ベース層２０５は、化学気相蒸着のような蒸着プロセスを用いて形成させることができる。ある特定の実施形態において、ベース層２０５は、有機金属気相蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって形成させることができる。特定の事例においては、ＭＯＣＶＤは、例えば、平均厚が約１０ミクロン未満、より具体的には、約３ミクロン未満である、特に薄いベース層２０５を形成させるために用いることができる。
【００２４】
１つの特定の事例では、ベース層２０５は第１３−１５族材料から形成され得る。幾つかの適切な第１３−１５族材料は窒化物材料を含んでなることができる。さらに、ベース層２０５は、ガリウムを含んでなることができる。特定の事例では、ベース層２０５は窒化物ガリウム（ＧａＮ）を含んでなることができ、より具体的には、本質的に窒化ガリウムからなることができる。
【００２５】
ベース層２０５を形成する特定の方法を行うことができる。例えば、ＨＶＰＥプロセスを利用するとき、種々の成長モードにおいてベース層材料の形成が実施され得る。例えば、一実施形態では、ベース層は、最初に、３次元（３Ｄ）成長モードにおいて成長したエピタキシャル層として形成される。３Ｄ成長モードは、複数の結晶学的方向に沿ったベース層２０５の材料の同時成長を含んでなることができる。そのような例では、３Ｄ成長プロセスにおけるベース層２０５の形成は、バッファ層２０３上の島機構の自発的形成を含んでなることができる。自発的に形成された島機構はバッファ層２０３上にランダムにさせることができ、複数のファセットを有する種々のメサと、メサ間の谷部とを画定する。
【００２６】
代替的に、又はそれに加えて、ベース層２０５の形成は、２次元（２Ｄ）成長モードにおけるエピタキシャル成長を含んでなることができる。２Ｄ成長モードは、１つの結晶学的方向における材料の優先的成長と、他の結晶学的方向に沿った結晶材料の限定的成長とによって特徴付けられる。例えば、一実施形態では、２Ｄ成長モードにおけるＧａＮを含むベース層２０５の形成は、ｃ面（０００１）におけるＧａＮの優先的成長を含み、それにより、ベース層材料の縦方向の成長は、横方向の成長よりも安定化され得る。
【００２７】
さらに、ベース層を形成することは、３Ｄ成長モード及び２Ｄ成長モードの組合せを組み込むことができる。例えば、まず、ベース層２０５は３Ｄ成長モードにおいて形成させることができ、島機構は不連続材料層としてバッファ層２０３上に自発的に形成される。３Ｄ成長モード後に、成長パラメータを変更し、２Ｄ成長モードに変更することができ、横方向成長よりも縦方向成長が加速される。３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに切り替えると、自発的に形成された島は均一な厚さの連続層に合体することができる。３Ｄ成長モードと２Ｄ成長モードとを組み合わせることにより、特定の転位密度など、所望の特性を有するベース層の形成を容易にすることができる。
【００２８】
特定の成長パラメータは、成長温度、成長速度、気相反応物材料及び非反応物材料の圧力、反応雰囲気内の反応物材料と非反応物材料との比、成長チャンバ圧、ならびにその組合せを含む。本明細書において言及される反応物材料は、アンモニアなど、窒素含有材料などの反応物材料を含む。他の反応物材料は、例えば、塩化ガリウムなどの金属ハロゲン化物成分を含む、ハロゲン化物相成分を含むことができる。非反応物材料は、例えば、希ガス、不活性ガスなどを含む、特定のタイプのガスを含んでなることができる。特定の事例では、非反応物材料は、窒素及び／又は水素などのガスを含むことができる。
【００２９】
３Ｄ成長モードにおけるベース層２０５の製造を含むベース層２０５の形成中に、成長温度は少なくとも約７５０℃とすることができる。他の実施形態では、成長温度は、少なくとも約８００℃、少なくとも約８５０℃、少なくとも約８７５℃、少なくとも約９００℃、さらには少なくとも約９２５℃などとさらに高くすることができる。一形成方法によれば、ベース層２０５の形成中の成長温度は、１２００℃以下、例えば、約１１５０℃以下、約１１２５℃以下、約１０５０℃以下、さらには約１０００℃以下などとすることができる。成長温度は、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの間の範囲内に入ることができることは理解されるであろう。
【００３０】
特定のプロセスの場合、成長温度が変更され、３Ｄ成長モードと２Ｄ成長モードとの間の変更を容易にすることができる。例えば、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際に、その温度は、少なくとも約５℃、例えば、少なくとも約１０℃、少なくとも約１５℃、少なくとも約２０℃、少なくとも約３０℃、少なくとも約３５℃、さらには少なくとも約４０℃などと変更することが可能である。さらに他の実施形態では、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際に、成長温度は、約１００℃以下、例えば、約９０℃以下、約８０℃以下、約７０℃以下、さらには約６０℃以下などと変更することが可能である。成長温度の変化は、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際の成長温度の上昇を含んでなることができる。成長温度の変更は、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの間の範囲内に入ることができることは理解されるであろう。
【００３１】
実施形態によれば、ベース層２０５を形成するプロセスは、少なくとも毎時５０ミクロンの成長速度で実施され得る。他の実施形態では、ベース層２０５の形成速度は、少なくとも毎時７５ミクロン、少なくとも毎時１００ミクロン、少なくとも毎時１５０ミクロン、少なくとも毎時２００ミクロン、さらには少なくとも毎時約２５０ミクロンなどとさらに速くすることができる。別の実施形態では、ベース層２０５を形成するプロセスは、毎時約１ｍｍ以下、例えば、毎時７５０ミクロン以下、毎時５００ミクロン以下、さらには毎時約３００ミクロン以下などの速度で実施され得る。ベース層を形成するプロセスは、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの間の範囲内の速度で実施され得ることは理解されるであろう。
【００３２】
特定のプロセスの場合、成長速度を変更し、３Ｄ成長モードと２Ｄ成長モードとの間の変更を容易にすることができる。例えば、３Ｄ成長から２Ｄ成長に変更する際に、少なくとも毎時約５ミクロンに成長速度を変更することができ、例えば、少なくとも毎時約５ミクロン（すなわち、ミクロン／ｈｒ）、例えば、少なくとも毎時約１０ミクロン、少なくとも毎時約１５ミクロン、少なくとも毎時約２０ミクロン、少なくとも毎時約４０ミクロン、少なくとも毎時約５０ミクロン、さらには少なくとも毎時約７５ミクロンなどと成長速度を変更することを含むことができる。さらに他の実施形態では、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際に、成長速度は、毎時約２００ミクロン以下、例えば、毎時約１７５ミクロン以下、毎時約１５０ミクロン以下、毎時約１２５ミクロン以下、さらには毎時約１００ミクロン以下などと変更可能である。成長速度の変更は、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更するときに、成長速度を下げることとすることができることは理解されるであろう。成長速度の変化は、先に言及された最小値から最大値のいずれかの間の範囲内とすることができることは理解されるであろう。
【００３３】
他の実施形態によれば、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更するプロセスは、少なくとも２倍に成長速度を変更することによって引き起こされる場合がある。例えば、成長速度は、３Ｄ成長モードから２Ｄ成長モードに変更する際に少なくとも２分の１に下げられることができる。他の実施形態では、成長速度は、少なくとも約３分の１、少なくとも約４分の１、さらには少なくとも約５分の１に下げられてもよい。特定の事例では、成長速度の下げは、約８分の１以下、約７分の１以下、又は約６分の１以下である。成長速度を変更する際に、先に特定された因子のうちの１つ又は複数が変更され得ることは理解されるであろう。例えば、成長温度が変更可能であるが、成長速度は安定した状態に保たれる。代替的には、成長速度が変更可能であるが、成長温度は保持される。さらに別の実施形態では、成長速度及び成長温度の両方が変更され、成長モードの変更を達成することができる。
【００３４】
ベース層２０５は、更なるプロセスおよび本明細書の実施例に基づく高品質材料の形成を促進させる特定の厚さを有するように形成させることができる。例えば、ベース層２０５は、約５ｍｍ以下の平均厚であってもよい。その他の実施形態において、ベース層２０５は、約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下のような、約１ｍｍ以下、約０．５ｍｍ以下、約０．２ｍｍ以下、約１００ミクロン以下、約５０ミクロン以下、約１ミクロン以下、約０．１ミクロン以下の平均厚であってもよい。また、別の実施例においては、ベース層２０５を、少なくとも約１０ｎｍ、少なくとも約２０ｎｍ、少なくとも約５０ｎｍまたは少なくとも７０ｎｍの平均厚を有するように形成させることができる。ベース層２０５は、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの間の範囲内の平均厚を有することができることは理解されるであろう。
【００３５】
ベース層２０５は、特定の転位密度を有するように形成され得る。ベース層２０５の転位密度は、形成時にベース層の上側表面において測定可能である。転位密度を測定する適切な方法は、室温において操作されるカソードルミネッセンス顕微鏡と、１０ＫｅＶ電子ビーム、スポットサイズ７０において、モノクロメータを用いない多色光検出とを使用することを含み、その機器は、ＪＥＯＬ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されるＳＥＭ  ＪＳＭ−５５１０である。約１０８ｃｍ−２の転位密度測定値の場合、倍率は４０００Ｘであり、面積は通常７００μｍ２である。約１０６ｃｍ−２の転位密度測定値の場合、倍率は通常５００〜１０００Ｘであり、面積は通常０．１ｍｍ２である。
【００３６】
例えば、ベース層２０５は、ベース層２０５の上側表面において測定されるときに、約１×１０８転位／ｃｍ２以下の転位密度を有することができる。他の実施形態では、ベース層２０５の転位密度は、約１×１０７転位／ｃｍ２以下、約６×１０６転位／ｃｍ２以下、さらには約１×１０６転位／ｃｍ２以下などとさらに小さくすることができる。さらに、ベース層２０５は、少なくとも約１×１０５転位／ｃｍ２、例えば、少なくとも２×１０５転位／ｃｍ２、少なくとも３×１０５転位／ｃｍ２、さらには少なくとも５×１０５転位／ｃｍ２などの転位密度を有することができる。ベース層は、先に言及された最大値及び最小値のいずれかの範囲内の転位密度を有することができることは理解されるであろう。
【００３７】
再度、図１を参照すると、ステップ１０３におけるバッファ層を覆うベース層の形成後、そのプロセスは、ステップ１０５において、ベース層を覆うマスクを形成することによって継続することができる。マスクを形成するプロセスは、成長チャンバ内への特定の化学種の導入を含んでなる。
【００３８】
特定の実施形態に関して、マスクを形成するプロセスは、成長チャンバ内へのケイ素含有材料の提供を含んでなる。
【００３９】
特定の例において、ケイ素含有材料は、成長プロセスの間において、ｉｎ−ｓｉｔｕで、使用される成長チャンバ内へ提供される。より具体的には、成長プロセスの間、ケイ素含有材料を導入することができ、ベース層２０５の成長は、ケイ素含有材料の導入により中断させることができる。
【００４０】
一実施形態において、ケイ素含有材料は、水素を含んでなる。あるプロセスにおいて、ケイ素含有材料は、例えば、シランのようなケイ素と水素の結合体を含んでなる。より具体的には、ある非限定的な実施形態において、ケイ素含有材料は、本質的にシランからなる。
【００４１】
ケイ素含有材料の導入に加えて、その他の材料を成長チャンバへ導入し、マスクの形成を促進させることができる。例えば、成長チャンバは、窒素含有材料、より具体的には、水素を含む窒素含有材料を含んでいてよい。例えば、窒素含有材料はアンモニア（ＮＨ３）を含んでなるものであってもよい。
【００４２】
一特定の実施形態において、窒素含有材料は本質的にアンモニアからなるものであってもよい。
【００４３】
マスクの形成が、窒素含有材料とケイ素含有材料との間の化学反応の結果によるものであってもよいということは理解されよう。例えば、一特定の例において、ケイ素含有材料は、窒素含有材料と反応し、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を形成し、マスクはこの窒化ケイ素を含んでなる。
【００４４】
図２Ｂを簡潔に参照すると、一実施形態による処理の間の半導体基板の一部の断面図が提供される。図示されるように、半導体基板２２０は成長基板２０１、前記成長基板２０１を覆うベース層２０５、ならびにマスク領域２２２およびギャップ領域２２３を有し、ベース層２０５の上表面２２４を覆うマスク２２１を含んでなる。実施形態によれば、マスク２２１は、ベース層２０５の形成に用いられる成長温度と実質的に近い温度において形成させることができる。例えば、マスク形成プロセスは、ベース層２０５の形成に用いられる成長温度である８００℃の温度において実施することができる。他の実施形態において、マスク形成のプロセスは、少なくとも５００℃以内の成長温度、少なくとも約４００℃以内の成長温度、少なくとも約３００℃以内の成長温度、または少なくとも約２００℃以内の成長温度のような、６００℃以内成長温度において実施することができる。
【００４５】
一実施形態に関して、マスク領域２２２は、ケイ素および窒素を含んでなることができる。一例においては、マスク領域２２２は窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）から形成することができ、より具体的にはマスク領域２２２は本質的に窒化ケイ素からなることができる。
【００４６】
また、図示されるように、複数のマスク領域２２２は、互いにランダムな配向性を有するよう形成させることができる。例えば、マスク領域２２２は、短い範囲のオーダーまたは長い範囲のオーダーを本質的に含まないようにすることができる。より具体的には、マスク領域２２２を、識別可能なパターンまたは反復配列が存在することのないよう、互いに配置することができる。さらに、マスク領域２２２は、互いの間に、ギャップ領域２２３の大きさで定義付けられる、ランダムな隙間を有していてよい。
【００４７】
複数のマスク領域２２２は、互いに対しておよびベース層２０５の結晶学的方位に対して様々な大きさを有する。例えば、各マスク領域は、少なくとも約０．５ｎｍまたは約１ｎｍの幅（Ｗ）を有することができる。各マスク領域は、例えば、約０．８ミクロン以下、約０．５ミクロン以下、または約０．１ミクロン以下のようなサブミクロンサイズの幅（Ｗ）を有することができる。マスク領域２２２の大部分は、上記した最小値と最大値との間の範囲の大きさを有することができることは理解されよう。
【００４８】
さらに、マスク領域２２２は、複数のマスク領域２２２の間に広がるギャップ領域により定義され、前記ベース層２０５の上表面２２４が露出され、マスク領域２２２により覆われていない開口部を定義する。複数のギャップ領域２２３を、ベース層２０５の表面２２４上にランダムに配置することができる。すなわち、ある例において、複数のギャップ領域２２３は様々な幅を有することができ、互いに関連する配向性を有することができる。ギャップ領域２２３はまた、ギャップ領域が結晶学的方位またはベース層の平面と同調する必要がないように、ベース層２０５の１以上の結晶学的方位に関連するランダムな配向性を有することができる。
【００４９】
一実施形態に関して、各ギャップ領域２２３は、少なくとも約０．５ｎｍまたは少なくとも約１ｎｍの幅（Ｗｇ）を有することができる。各ギャップ領域は、例えば、約０．８ミクロン以下、約０．５ミクロン以下、または約０．１ミクロン以下のようなサブミクロンサイズの幅（Ｗｇ）を有することができる。ギャップ領域２２３の大部分は、上記した最小値と最大値との間の範囲の大きさを有することができることは理解されよう。
【００５０】
他の実施形態において、マスク２２１を、マスク領域２２２が特定の平均厚さ（ｔｍ）を有するように形成させることができる。一実施例に関して、マスク領域２２２を、ベース層の平均厚さ（ｔｂ）未満の平均厚さを有するように形成させることができる。他の例においては、マスク領域２２２を、約０．５ミクロン未満、約０．３ミクロン未満、約０．１ミクロン未満または約０．０８ミクロン未満の平均厚さを有するように形成させることができる。マスク領域２２２は、少なくとも約０．００１ミクロンの平均厚さを有することができる。一実施形態に関して、マスク領域２２２は、上記最小値および最大値との範囲内の平均厚さを有することができる。
【００５１】
一実施形態において、マスク２２１を形成するプロセスは、特定の期間の実施することができる。例えば、該期間には、マスク２２１の形成に用いられる材料の導入に適切な時間が含まれうる。少なくとも一実施形態に関して、マスク２２１を形成するプロセスは、約６０分以下、約２０分以下、約１０分以下、または約５分以下の間、継続することができる。
【００５２】
さらに、成長チャンバ内のその他の処理条件を制御し、マスク２２１の適切な形成の促進は図ることができる。例えば、マスクの形成中、成長雰囲気内の圧力を約５０〜約８００トールの範囲内とすることができる。
【００５３】
ステップ１０５におけるマスク形成後、ステップ１０７において、ベース層の一部を優先的に除去することによりプロセスを継続することができる。一実施形態に関して、ベース層の一部を優先的に除去するプロセスは、エッチングプロセスを含んでなることができる。一実施形態において、エッチングプロセスは、成長チャンバ内にエッチング材料（etchant material）を導入することを含んでなることができる。
【００５４】
いくつかの適切なエッチング材料は、ハロゲン元素、より具体的には塩素を含んでなる組成物を含んでなることができる。他の実施形態においては、エッチング材料は水素を含んでなることができる。代表的実施形態において、エッチング材料は塩化水素（ＨＣｌ）を含んでなることができ、より具体的には、本質的に塩化水素からなりうる。
【００５５】
いくつかの例において、エッチング材料は、複合物を含んでなることができる。例えば、エッチング材料は、塩化水素および窒素含有材料との複合物を含んでなることができる。ある適切な窒素含有材料は、アンモニア（ＮＨ３）を含んでなることができる。特定の例において、エッチング材料を、気相種として、成長チャンバ内に導入することができることは理解されよう。さらに、他の実施形態において、エッチング材料は、処理状況によっては、液相種でありうる。
【００５６】
一実施形態において、ベース層の一部を優先的に除去するプロセスは、成長温度と実質的に同じ温度において行うことができる。他の実施形態において、ベース層の一部を優先的に除去するプロセスは、昇温状態、より具体的には、ベース層２０５の形成に利用される成長温度に近い温度において行うことができる。例えば、ベース層の一部を優先的に除去するプロセスは、８００℃以内の成長温度、６００℃以内の成長温度、５００℃以内の成長温度、４００℃以内の成長温度、３００℃以内の成長温度、２００℃以内の成長温度、１００℃以内の成長温度または５０℃以内の成長温度においてでさえ行うことができる。
比限定的な実施形態において、ベース層の一部を優先的に除去するプロセスは６００℃〜１１００℃の間の温度において行うことができる。
【００５７】
本明細書で言及したように、ベース層の一部を優先的に除去するプロセスはエッチング操作を含んでなることができる。とりわけ、エッチングプロセスによりベース層２０５の一部を選択的に除去することができる。一実施形態においては、エッチングのプロセスは、約２時間以下、約１００分以下、約９０分以下、約７０分以下、約６０分以下、３０分以下、１０分以下または１分以下の間継続することができる。とりわけ、エッチングの期間は、例えば、成長チャンバ内のエッチング材料の濃度などを含む他の要因に依存しうる。
【００５８】
図２Ｃは、一実施形態におけるベース層の一部の優先的除去プロセスを実施した後の半導体基板の横断面図を含む。図示されるように、半導体基板２５０は、成長基板２０１、成長基板２０１に重なるベース層２０５およびベース層２０５に重なるマスク２２１を含んでなることができる。図示されるように、ベース層２０５の一部を優先的に除去するプロセスは、ベース層２０５の上表面２２４において、くぼみ２５３の形成を含んでなることができる。
【００５９】
一実施形態において、くぼみ２５３は、プロセスの状況に応じて、一定の深さを有するように形成させることができる。
【００６０】
一実施形態において、くぼみ２５３は、プロセスの状況に応じて、それぞれが異なる深さを有するように形成させることができる。
【００６１】
非限定的な実施形態において、くぼみ２５３はベース層２０５の平均厚さ（ｔｂ）未満の平均深さ（ｄ）を有することができる。特定の例において、くぼみ２５３は、約１０ミクロン未満、約８ミクロン未満、約５ミクロン未満、約２ミクロン未満、約１ミクロン未満、約０．８ミクロン未満、約０．５ミクロン未満または約０．２ミクロン未満の平均深さを有するように形成させることができる。さらに、くぼみ２５３の平均深さは少なくとも約１ｎｍとすることができる。くぼみ２５３の深さを上記最小値と最大値との間の範囲内とすることができることは理解されよう。
【００６２】
特定の他の例において、図２Ｃには図示されていないが、くぼみ２５３の少なくとも一部が、ベース層２０５の厚さ全体に渡り広がっていてもよい。つまり、例えば、ベース層２０５の一部を優先的に除去するプロセスの間、いくつかのエリアにおいて、重なっているバッファ層２０３の一部が露出するまで、実質的にベース層のすべてを除去することができる。
【００６３】
より具体的な例において、バッファ層２０３は、エッチング材料がバッファ層２０３に到達した場合に、くぼみ２５３の深さを調整するエッチングストップ層として機能することができる。このような実施形態は、例えば、約１０ミクロン未満、約５ミクロン未満、約１ミクロン未満または約０．１ミクロン未満のような特定の厚さを有するベース層２０５に特に適している。すなわち、特定の例においては、エッチングプロセスは、くぼみ２５３が、マスク領域２２２およびギャップ領域２２３の平均幅と実質的に等しい（測定値の１０％以内または測定値の５％以内）深さ（ｄ）を有することができるように、行うことができる。
【００６４】
ベース層２０５の一部を優先的に除去するプロセスは、ベース層２０５の上表面２２４の一部の優先的除去を含んでなることができる。より具体的には、優先的除去プロセスは、ベース層２０５の上表面２２４における、高転移密度領域２５４の優先的除去を含んでなることができる。例えば、エッチング材料は、低い欠陥濃度（すなわち、低い転移密度）を有するベース層２０５の上表面２２４の領域２２５と比較した場合に、高い転移密度（すなわち、高い欠陥濃度）を有するベース層２０５の上表面２２４における領域を優先的に除去することができる。
【００６５】
したがって、優先的除去のプロセスは、上表面２２４における高欠陥領域を取り除き、選択的除去のプロセス前の上表面２２４と比較した場合に、全体として顕著に低い欠陥濃度を有するベース層２０５の新しい（すなわち、エッチングされた）上表面の形成を促進することができる。
【００６６】
実施形態において、ベース層２０５の一部を優先的に除去するプロセスは、マスク２２１の一部、より顕著には、マスク領域２２２の一部の優先的除去を含んでなることもできる。例えば、図２Ｃにおいて示されるように、高い転移密度を有する領域２５４内において、マスク部分２５２が、処理後、残存するように、領域２５４内のマスク領域の一部（マスク領域２２２として先に図示された）を除去することができる。図２Ｃにおいて示されるように、マスク部分２５２は、ベース層２０５の一部の選択的除去プロセスにより少なくとも部分的に除去され、小径化されたマスク領域２２２を表す。
【００６７】
ベース層の一部の優先的除去のプロセスは、高い転移密度を有する領域が、低い転位密度を有する領域の前に優先的に除去されるように、上表面２２４の異方性エッチングを含んでなることができる。さらに、図２Ｃにおいて示されるように、ベース層の一部の優先的除去プロセスは異方性エッチングプロセスを含んでなることができ、マスク領域２２２に覆われるベース層２０５の一部を除去することができる。例えば、エッチング材料は、マスク部分２５２が、該材料が完全に除去されているベース層２０５において、広がり、領域を覆うことができるように、マスク部分２５２を除去する前にベース層２０５の一部を優先的に除去しうる。
【００６８】
再度図１を参照すると、ステップ１０７におけるベース層の一部の優先的除去の後、エピタキシャル層を形成することによりステップ１０９におけるプロセスを継続することができる。エピタキシャル層は、マスク部分２５２およびベース層２０５を覆うように、エピタキシャル層を形成することができる。より具体的には、処理後に、ベース層２０５の改質された（例えば、エッチング）上表面からエピタキシャル層がエピタキシャルに成長できるように、エピタキシャル層を形成させることができる。特に、エピタキシャル層は、優先的除去プロセスによりベース層２０５の高転移密度の実質的な部分は取り除かれているため顕著に低い転移密度を有するベース層２０５の領域から形成させることができる。
【００６９】
図２Ｄを参照すると、リリースベース層２０５（the release base layer 205）およびマスク部分２５２上に形成されているようにエピタキシャル層２７１が描かれている。特定の例において、エピタキシャル層２７１を、マスク部分２５２の間のベース層２０５の上表面と直接接するように形成させることができる。エピタキシャル層２７１は、まず、ベース層２０５の表面において形成するくぼみ２５３から成長させることができる。さらに図示されるように、エピタキシャル層２７１の成長の初期の間、ボイド２６１をマスク部分２５２の間に形成させることができる。必ずしもそうではないが、ボイドは最終製品に存在する。
【００７０】
エピタキシャル層２７１の形成プロセスは、本明細書で言及されたような１以上の成長モードを利用するエピタキシャル成長プロセスを含んでなることができる。例えば、エピタキシャル層２７１の形成は、３Ｄ成長モード、２Ｄ成長モードまたは３Ｄおよび２Ｄ成長モードを組み合わせたもの経ての形成を含んでなることができる。
【００７１】
一実施形態において、エピタキシャル層２７１の形成は、２Ｄ成長モードにおいて完全に終了させることができる。
【００７２】
エピタキシャル層２７１の形成は、その場（in-situ）で他の半導体層（例えば、ベース層２０５）と共にエピタキシャル層２７１が形成されるように、連続的成長プロセスにより行うことができる。すなわち、該プロセスは連続的であり得、ベース層２０５の形成、マスクの形成およびエピタキシャル層２７１の形成の間、該プロセスを同じチャンバ内において行うことができる。
【００７３】
一実施形態において、エピタキシャル層２７１は第１３〜１５族の材料を含んでなることができる。特定の例において、エピタキシャル層は窒化物材料を含んでなることができる。さらに他の実施形態において、エピタキシャル層はガリウム、より具体的には窒化ガリウムを含んでなることができる。特定のエピタキシャル層は、窒化ガリウムから本質的になる。
【００７４】
一実施形態において、エピタキシャル層２７１をベース層２０５と実質的に同じ速度で成長させることができる。エピタキシャル層２７１を、少なくともベース層２０５と同じ平均厚さ（ｔｅ）またはベース層２０５の平均厚さより著しく大きい平均厚さを有するように形成させることができる。例えば、エピタキシャル層２７１を少なくとも約５ミクロンの平均厚さを有するように形成させることができる。
【００７５】
他の実施形態においては、平均厚さを、少なくとも約１０ミクロン、少なくとも約５０ミクロン、少なくとも約１００ミクロン、少なくとも約２００ミクロン、少なくとも約４００ミクロン、少なくとも約５００ミクロンまたは少なくとも約８００ミクロンより大きくすることができる。さらに、エピタキシャル層２７１を、約１０ｍｍ以下、約５ｍｍ以下、約３ｍｍ以下または約２ｍｍ以下となるように形成させることができる。エピタキシャル層２７１が、上記最小値と最大値とのいずれかの間の範囲内の平均厚さを有することができることは理解されるであろう。
【００７６】
エピタキシャル層２７１を、上表面で測定されるような特定の転移密度を有するように形成させることができる。例えば、エピタキシャル層２７１は、約１ｘ１０８転位／ｃｍ２以下、例えば、約１ｘ１０７転位／ｃｍ２以下、さらには約１ｘ１０６転位／ｃｍ２以下などである転位密度を有することができる。
【００７７】
他の実施形態では、エピタキシャル層２７１は、少なくとも約１ｘ１０５転位／ｃｍ２、例えば、少なくとも約２ｘ１０５転位／ｃｍ２、さらには少なくとも約５ｘ１０５転位／ｃｍ２などである転位密度を有することができる。エピタキシャル層２７１は、先に言及された最大値から最小値のいずれかの間の範囲内の転位密度を有することができることは理解されるであろう。
【００７８】
例えば、ベース層２０５、マスク２２１およびエピタキシャル層２７１の形成プロセスの間、成長基板２０１をベース層２０５から分離することができる。分離は、バッファ層２０３の一部、特にはバッファ層２０３内の薄膜の解離により促進することができる。
【００７９】
一実施形態において、バッファ層２０３は、ケイ素のような薄膜を含んでなることができ、連続的成長プロセスの間に利用される昇温状態において、薄膜は熱的に解離される。熱的解離は、基板２０１と複数の半導体層との間の分離を促進する。したがって、連続的成長プロセスの完了時に、ベース層２０５、マスク２２１及びエピタキシャル層２７１は、基板２０１から完全に除去され得る。
【実施例】
【００８０】
サファイア基板上にＭＯＶＰＥによって２つの部分バッファ層を最初に成長させることによって、一実施形態によるサンプルが形成される。バッファ層はサファイア基板上に直に存在する第１のケイ素層と、その後にエピタキシャル成長するＡｌＮとを含む。ＭＯＶＰＥ反応器内にサファイア基板を装填した後に、サファイア基板は、ケイ素膜を成長させる前に、Ｎ２下でアニールされなければならない。好ましくは、その温度は８７０℃である。１００ｔｏｒｒにおけるＮ２雰囲気内でのシランの熱分解から、約０．４ミクロンの厚みまでのケイ素成長が形成される。
【００８１】
温度は約１１４０℃まで上げられ、成長蒸気は７０ｔｏｒｒにおいて純粋なＮ２のままである。最初にＮＨ３が反応チャンバ内に導入され、その後、ＴＭＡｌ有機金属材料が導入され、ケイ素上にＡｌＮ層を形成し始める。約２０分の成長後に、Ｓｉ層の上に０．２μｍ厚のＡｌＮ層が堆積され、バッファ層を形成する。
【００８２】
約３〜１０ミクロンの厚さのベース層を、ＭＯＣＶＤを用いてバッファ層上に形成させる。ベース層の形成後、おおよそ１０００℃において、約３０分間の間シラン（ＳｉＨ４）およびＮＨ３を成長チャンバへ同時に導入することにより、ＳｉＮｘマスクを形成させる。成長チャンバはまず、ＧａＮベース層の成長に用いられるガス成分でパージされる。マスクは、それぞれが、様々なサイズ、形および配向性のマスク領域であることを特徴とする、ＳｉＮｘナノネットの形状である。マスクにおけるギャップ領域はおおよそ１ナノメートルから１００ナノメートルのサイズである。マスク領域はおおよび１〜５０ナノメートルの間の厚さを有する。
【００８３】
マスクの形成後、ウエハをＨＶＰＥ成長チャンバ内に導入し、エッチングプロセスを、ＨＣｌを用いて実施する。成長チャンバ内には、ＮＨ３が存在しうる。エッチングプロセスは、低い転移の濃度を有するベース層の上表面の領域と比較した場合に、高い転移の濃度を有するベース層の上表面の領域を優先的除去する。エッチングは、約１〜１０分の間、おおよそ４００〜１０００℃において行われ、約１ミクロン未満の深さのＧａＮをベース層の表面から除去する。バッファ層は、顕著な深さのマスクの下のベース層において形成される特定のくぼみのためにエッチングストップ層のように働く。
【００８４】
エッチングプロセスの後、低い転移密度を有する透明な高品質のＧａＮを用いて、ベース層の多孔性のＧａＮ上表面が作成される。エピタキシャル層は、マスクのギャップ領域（例えば、開口部）において、低い転移密度領域から、ＨＶＰＥによって形成される。エピタキシャル層は、３Ｄと２Ｄ成長モードとの間の交代を少なくとも１度含んでなる、例えば、次のシーケンス：３５０μｍ３Ｄ＋５０μｍ２Ｄ＋３５０μｍ３Ｄ＋５０μｍ２Ｄ＋２００μｍ３Ｄの少なくとも一部を使用することを含んでなる、ＧａＮベース層の成長に用いられるパラメータと同じものを用いて形成される。エピタキシャル層は少なくとも１ｍｍの厚さを有するように形成される。
【００８５】
本明細書における実施形態は、最深技術からの脱却を表す。特定のＥＬＯ成長プロセスが過去にマスクを使用した間、このようなマスクは、精度良く形成された開口部を有するマスクの形成を促進するフォトリソグラフィを含んでなる特定の技術により形成されている。
【００８６】
本出願は、複数の層および最終エピタキシャル層の品質改善に貢献する、成長プロセスの中盤に形成される介在性のマスクを含んでなる化合物半導体基板（compound semiconductive substrate）を形成するためのプロセスを開示する。すなわち、マスク形成方法およびマスク形成後の下位層の一部の優先的除去を効率的かつ、さらに最終的に形成するエピタキシャル層の品質を向上するように実施することができる。
【００８７】
本明細書の実施形態のプロセスは、成長速度、反応物材料の比、非反応物材料の比、成長モード、成長温度、成長圧力、部品材料、マスク形成の条件、およびエッチング条件などを含む成長プロセスの特定の組み合わせを利用する。
【００８８】
上記の説明において、具体的な実施形態、及び特定の構成要素の接続を参照するのは例示である。結合又は接続されるような構成要素を参照することは、本明細書において論じられるような方法を実行するために理解されるような、構成要素間の直接接続、又は１つ又は複数の介在する構成要素を通しての間接接続を開示することを意図することは理解されるであろう。したがって、先に開示された発明内容は例示と見なされるべきであり、限定するものと見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に入る、全てのそのような変更形態、改善形態、及び他の実施形態を包含することを意図している。したがって、法律によって許される最大限の範囲で、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の最も広い容認可能な解釈によって決定されるべきであり、これまでの詳細な説明によって限定又は制限されるべきでない。
【００８９】
要約書及び開示は特許法に準拠するために提供されており、特許請求の範囲又は請求項の意味を解釈又は制限するために用いられないという了解の下で提示される。さらに、これまでの詳細な説明において、本開示を簡素化する目的で、種々の特徴は群にまとめられる場合があるか、又は単一の実施形態において説明される場合がある。本開示は、特許請求される実施形態が各請求項において明記される特徴よりも多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、発明内容は、開示される実施形態のいずれかの実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴に向けられる場合がある。添付の特許請求の範囲は詳細な説明に組み込まれており、各請求項はそのままで別々に特許請求される発明内容を規定するものとして有効である。
【図１】
2014533651.tif 000003
【図２Ａ】
2014533651.tif 000004
【図２Ｂ】
2014533651.tif 000005
【図２Ｃ】
2014533651.tif 000006
【図２Ｄ】
2014533651.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月30日(2014.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長プロセス中に、第１３〜１５族材料のベース層を成長基板上に形成する工程、
前記成長プロセス中に、前記ベース層を覆うマスク領域およびギャップ領域を含んでなるマスクを形成する工程、および
前記成長プロセス中に、前記マスクに覆われるベース層の一部を優先的に除去する工程、
を含んでなることを特徴とする、半導体基板の形成方法。
【請求項２】
前記成長基板が、前記ベース層に覆われ、前記ベース基板を覆うバッファ層を含んでなり、前記バッファ層は前記ベース基板の表面と直接接触し、前記バッファ層の形成が、前記ベース基板の主面を覆う材料の堆積を含んでなり、前記堆積が金属有機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）を含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バッファ層が、複数の薄膜を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つの薄膜が、第１３〜１５族材料を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つの薄膜が窒化物材料を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つの薄膜が、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎおよびこれらの混合物からなる群より選択される元素を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つ薄膜が、結晶材料を含んでなり、前記複数の薄膜の少なくとも一つの薄膜が、ケイ素を含んでなる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記バッファ層が、
前記ベース基板の表面と直接接触する、ケイ素を含んでなる第１の薄膜および
前記第１薄膜の表面と直接接触する、第１３〜１５族材料を含んでなる第２の薄膜を含んでなる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ベース層が第１３〜１５族材料を含んでなり、前記ベース層が窒化物材料を含んでなり、前記ベース層がガリウムを含んでなり、前記ベース層が窒化ガリウムを含んでなり、前記ベース層が本質的に窒化ガリウムからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ベース層の上面において測定した転位密度が、約１×１０８転位／ｃｍ２以下、約１×１０７転位／ｃｍ２以下、少なくとも約１×１０５転位／ｃｍ２、少なくとも約２×１０５転位／ｃｍ２である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ベース層の形成が、少なくとも約５０ミクロン／ｈｒの速度で行われる、請求項１に記載の方法。
Ｈ３がシランと反応し、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記マスク領域が窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を含んでなり、前記マスク領域が本質的に窒化ケイ素からなり、前記方法が前記マスクの第１の形成および前記ベース層の一部の優先的除去を含んでなり、前記マスク領域が互いにランダムな配向性を有し、前記マスクが互いにランダムなサイズを有し、前記ギャップ領域が互いにランダムなサイズを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ベース層の一部の優先的除去がエッチングを含んでなり、前記エッチングが、ハロゲン元素を含む材料をエッチングすることを含んでなり、前記ハロゲン元素が塩素（Ｃｌ）を含み、前記エッチング材料が水素を含んでなり、前記エッチング材料が塩化水素（ＨＣｌ）を含んでなり、前記エッチング材料が本質的に塩化水素からなり、前記エッチング材料が気相種を含んでなり、エッチングがアンモニア（ＮＨ３）を含んでなる雰囲気において行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ベース層の一部の優先的除去が、前記ベース層の上表面におけるくぼみの形成を含んでなり、前記くぼみの少なくとも一部が前記ベース層の厚さ全体に広がり、前記ベース層の一部の除去が前記バッファ層の一部が露出するまで行われ、前記バッファ層がエッチングストップ層であり、前記くぼみが前記ベース層の平均厚さ以下の平均深さを有しており、前記くぼみが約１０ミクロン未満、約８ミクロン未満、約５ミクロン未満、約２ミクロン未満、約１ミクロン未満、約０．８ミクロン未満、約０．５ミクロン未満、約０．２ミクロン未満の平均深さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ベース層の一部の優先的除去が、前記ベース層の上表面における高転移密度領域の優先的除去を含み、前記優先的除去が、低い欠陥濃度を有する上表面と比べ、高い欠陥濃度を有する前記ベース層の上表面の一部の異方性エッチングを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ベース層の一部の優先的除去が、前記マスクの一部の除去、前記マスク領域の一部の除去をさらに含んでなり、前記ベース層の一部の優先的除去が、マスク領域に覆われる上表面の一部の除去をさらに含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記マスクおよび前記ベース層を覆うエピタキシャル層の形成を更に含んでなり、前記エピタキシャル層は窒化物材料を含んでなり、前記エピタキシャル層はガリウムを含んでなり、前記エピタキシャル層は窒化ガリウムを含んでなり、前記エピタキシャル層は本質的に窒化ガリウムからなり、
前記エピタキシャル層が、少なくとも５ミクロン以上、少なくとも約１０ミクロン以上、少なくとも約１００ミクロン以上、少なくとも約２００ミクロン以上、少なくとも約４００ミクロン以上、少なくとも約５００ミクロン以上または少なくとも８００ミクロン以上の平均厚さであって、約１０ｍｍ以下、約５ｍｍ以下または約３ｍｍ以下の平均厚さを有し、
前記エピタキシャル層が、前記ベース層の上面の転移密度未満の上面における転移密度を有し、前記エピタキシャル層が、上面において測定された約１ｘ１０８転位／ｃｍ２以下の転移密度を有し、前記エピタキシャル層が、約１ｘ１０７転位／ｃｍ２以下の転移密度を有し、前記エピタキシャル層が、約１ｘ１０６転位／ｃｍ２以下の転移密度を有し、前記エピタキシャル層が、約１ｘ１０５転位／ｃｍ２以下の転移密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ａ）成長基板上への第１３−１５族材料のベース層の形成、
ｂ）前記ベース層を覆う、窒化物材料を含んでなるマスクの形成、ならびに
ｃ）前記マスク形成後の、前記ベース層およびマスクの一部のエッチングおよび優先的除去を含んでなる、半導体基板の形成方法であって、
前記の工程ａ）、ｂ）およびｃ）は、成長チャンバ内での単一操作の間にインサイチュ（in-situ）で実施されることを特徴とする、方法
【請求項１５】
半導体基板の形成方法であって、
成長プロセス中の、ＧａＮを含んでなるベース層の成長基板上への形成であって、前記成長基板がサファイア系ベース基板を含んでなるベース層の形成および
前記成長基板を覆い、前記成長基板と前記ベース基板との間に配置されるバッファ層の形成、
マスク領域およびマスク領域の間のギャップ領域を含んでなる、前記ベース層を覆うマスクの形成、ならびに
前記マスクに覆われる前記ベース層の一部の優先的除去を含んでなることを特徴とする、方法。
【国際調査報告】
2014533651.tif 000008
2014533651.tif 000009