层叠膜、包含前述层叠膜的结构体、半导体元件和电子设备以及前述层叠膜的制造方法技术

提供无裂纹的层叠膜和包含该层叠膜的结构体。该层叠膜包含缓冲层和配置在前述缓冲层之上的至少1层的氮化镓系膜。另外，层叠膜整体的压缩应力为

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】层叠膜、包含前述层叠膜的结构体、半导体元件和电子设备以及前述层叠膜的制造方法


[0001]本申请主张基于2020年3月30日提出的日本专利申请2020
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060747号的优先权，其整体的公开内容通过参照而在本说明书中援引。
[0002]本专利技术涉及层叠膜、包含前述层叠膜的结构体、半导体元件和电子设备以及前述层叠膜的制造方法。

技术介绍

[0003]已知在硅(Si)基板、碳化硅(SiC)基板上成膜的氮化镓(GaN)会在高温成膜后的冷却过程中由于热膨胀系数差而对面内方向施加拉伸应力、产生翘曲而产生裂缝(裂纹)。为了应对该问题，以往已知有通过将AlN膜与AlGaN膜交替层叠来减轻拉伸应力，由此防止裂纹的技术(参见非专利文献1)。
[0004]现有技术文献
[0005]非专利文献
[0006]非专利文献1：矢野良树，基于MOCVD的氮化物系电子器件结构在大口径Si基板上的高速生长，太阳日酸技报、No.32(2013)

技术实现思路

[0007]专利技术要解决的问题
[0008]在作为以往的氮化镓成膜方法的有机金属化学气相沉积法中，在1000℃以上的高温下成膜。因此，在从成膜温度冷却至室温时基板与氮化镓之间会产生热膨胀系数差，由于该热膨胀系数差，在氮化镓薄膜中会产生内部应力。特别是在热膨胀系数比GaN更小的Si、SiC等基板上成膜氮化镓时，在冷却过程中会对氮化镓产生拉伸应力，在氮化镓膜中容易产生裂纹。另外，作为裂纹对策提出的将AlN膜与AlGaN膜交替层叠的方法中，由于多层膜结构会增加膜厚，因此，有成本变高的担心。
[0009]本专利技术人等获得了包含缓冲层和氮化镓系膜且具有特定的压缩应力的层叠膜无裂纹的见解，至此完成了本专利技术。
[0010]本专利技术的课题在于，提供包含缓冲层和氮化镓系膜的无裂纹的层叠膜和包含该层叠膜的结构体。
[0011]用于解决问题的方案
[0012]本专利技术包括下面(1)～(11)的方式。需要说明的是，本说明书中“～”的表述包含其两端的数值。即“X～Y”与“X以上且Y以下”同义。
[0013](1)一种层叠膜，其包含缓冲层和配置在前述缓冲层之上的至少1层的氮化镓系膜，前述层叠膜整体的压缩应力为
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2.0GPa以上且5.0GPa以下。
[0014](2)根据上述(1)的层叠膜，其中，前述压缩应力为
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1.4以上且5.0GPa以下。
[0015](3)根据上述(1)或(2)的层叠膜，其中，构成前述层叠膜的层数为100层以下。
[0016](4)一种结构体，其包含基板和配置在前述基板上的上述(1)～(3)中任一项的层叠膜。
[0017](5)根据上述(4)的结构体，其中，前述基板的热膨胀系数小于前述氮化镓系膜的热膨胀系数。
[0018](6)一种半导体元件，其具备上述(1)～(3)中任一项的层叠膜、或上述(4)或(5)的结构体。
[0019](7)一种电子设备，其包含上述(6)的半导体元件。
[0020](8)根据上述(1)～(3)中任一项的层叠膜，其中，前述氮化镓系膜为通过溅射法成膜的膜，所述溅射法使用以氮化镓作为主成分的溅射靶。
[0021](9)根据上述(4)或(5)的结构体，其中，前述氮化镓系膜为通过溅射法成膜的膜，所述溅射法使用以氮化镓作为主成分的溅射靶。
[0022](10)一种上述(1)～(3)和(8)中任一项的层叠膜的制造方法，其中，
[0023]将具备缓冲层的基板配置于腔室内部，在相对于与前述基板的面垂直的方向倾斜10
°
以上且60
°
以下的范围内的位置上配置以氮化镓作为主成分的靶，在保持前述基板与前述靶之间的相对位置关系的状态下，以5.0Pa以下的气体压力通过溅射法在前述缓冲层之上形成氮化镓系膜。
[0024](11)一种上述(4)、(5)和(9)中任一项的结构体的制造方法，其中，
[0025]将具备缓冲层的基板配置于腔室内部，在相对于与前述基板的面垂直的方向倾斜10
°
以上且60
°
以下的范围内的位置上配置以氮化镓作为主成分的靶，在保持前述基板与前述靶之间的相对位置关系的状态下，以5.0Pa以下的气体压力通过溅射法在前述缓冲层之上形成氮化镓系膜。
[0026]专利技术的效果
[0027]根据本专利技术，提供包含缓冲层和氮化镓系膜的无裂纹的层叠膜和包含该层叠膜的结构体。
附图说明
[0028]图1示出层叠膜和结构体的构成的一例。
具体实施方式
[0029]针对本专利技术的具体实施方式(以下称为“本实施方式”)进行说明。需要说明的是，本专利技术不限于以下的实施方式，可以在不变更本专利技术主旨的范围内进行各种变更。
[0030]＜＜1.层叠膜＞＞
[0031]本实施方式的层叠膜包含缓冲层和配置在该缓冲层之上的至少1层的氮化镓系膜。该层叠膜整体的压缩应力为
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2.0GPa以上且5.0GPa以下。通过包含缓冲层，可以防止构成基板的原子向氮化镓系膜内的扩散，其结果，可以提高氮化镓系膜的结晶性。由此，可以通过氮化镓系膜所具有的压缩应力进行应力控制，得到无裂纹的层叠膜。
[0032]缓冲层的材质没有特别限定。可列举出金刚石膜、氧化锌膜、石墨烯膜、氧化镓膜、氮化硼系膜、氮化铝系膜、氮化铟系膜和氮化铊系膜等。作为氮化铝系膜，可列举出氮化铝膜、或包含铝和氮以外的元素的氮化铝膜。具体而言，可例示出氮化铝膜、氮化铝镓膜、氮化
铝铟镓膜等。作为氮化铟系膜，可列举出氮化铟膜、或包含铟和氮以外的元素的氮化铟膜。具体而言，可例示出氮化铟膜或氮化铟镓膜等。从生产率的观点出发，缓冲层优选氮化铝系膜，特别优选制造成本低的氮化铝膜。
[0033]缓冲层的膜厚没有特别限定。从抑制原子从基板向氮化镓膜的扩散的观点出发，优选3nm以上，更优选5nm以上，进一步优选10nm以上、15nm以上、20nm以上、30nm以上、50nm以上。另外，从生产率的观点出发，优选1000nm以下，更优选500nm以下，进一步优选300nm以下。需要说明的是，对于缓冲层的膜厚，可以为上述上限值和下限值的任意的组合。例如，可以为3nm以上且1000nm以下，也可以为3nm以上且500nm以下。
[0034]本实施方式的层叠膜除缓冲层以外包含至少1层的氮化镓系膜。该氮化镓系膜配置在缓冲层之上。在氮化镓系膜与缓冲层之间可以夹设其他层。但是，氮化镓系膜优选以不隔着其他层而与缓冲层接触的方式配置。
[0035]氮化镓系膜由氮化镓、或包含镓和氮以外的原子的氮化镓构成。例如，可列举出氮化镓膜、氮化铝镓膜、氮化铟镓膜、氮化铝铟镓膜、或含有镁、硅等杂质的氮化镓膜等。其中，优选不易产生裂纹的氮化镓膜或氮化铝镓膜，特别优选结晶性容易提高的氮化镓膜。从改善表面平坦性的观点出发，氮化钾系膜优选为以立方晶111面或六本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种层叠膜，其包含缓冲层和配置在所述缓冲层之上的至少1层的氮化镓系膜，所述层叠膜整体的压缩应力为
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2.0GPa以上且5.0GPa以下。2.根据权利要求1所述的层叠膜，其中，所述压缩应力为
‑
1.4以上且5.0GPa以下。3.根据权利要求1或2所述的层叠膜，其中，构成所述层叠膜的层数为100层以下。4.一种结构体，其包含基板和配置在所述基板上的权利要求1～3中任一项所述的层叠膜。5.根据权利要求4所述的结构体，其中，所述基板的热膨胀系数小于所述氮化镓系膜的热膨胀系数。6.一种半导体元件，其具备权利要求1～3中任一项所述的层叠膜、或权利要求4或5所述的结构体。7.一种电子设备，其包含权利要求6的半导体元件。8.根据权利要求1～3中任一项所述的层叠膜，其中，所述氮化镓系膜为通过溅射法成膜的膜，所述溅射法使用以氮化镓作为主成分的溅射靶。9.根据权利要求4或5所述的结构体，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：末本祐也，上冈义弘，召田雅实，
申请(专利权)人：东曹株式会社，
类型：发明
国别省市：