DE112018003706T5 - Verbundhalbleitersubstrat und Herstellverfahren für dieses - Google Patents

Verbundhalbleitersubstrat und Herstellverfahren für dieses Download PDF

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Abstract

Ein Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Teilsubstratausbildungsschritt zum von einem kreisartigen ersten Substrat, das aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, erfolgenden Entfernen zumindest eines Teils seines Umfangsrands in derartiger Weise, dass ein Abschnitt inklusive einer Mitte des ersten Substrats als ein erstes Teilsubstrat (12) ausgebildet wird; und einen ersten Bondingschritt zum Ausbilden eines ersten gebondeten Substrats (71), durch Aufreihen und Verbinden von zwei oder mehr der ersten Teilsubstrate (12) auf einem ersten Stützsubstrat (2) mit einem Durchmesser, der größer als der Durchmesser des ersten Substrats ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verbundhalbleitersubstrat und auf ein Herstellverfahren für dieses. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verbundhalbleitersubstrat, das ausgebildet ist durch Verbinden eines Verbundhalbleitersubstrats mit einem Stützsubstrat mit einem größeren Durchmesser, und die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellverfahren für dieses.
  • HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
  • Verbundhalbleitersubstrate haben an Aufmerksamkeit gewonnen, die aus Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) und Galliumoxid (Ga2O3) und dergleichen zusammengesetzt sind, die eine große Bandspaltbreite (band gap width) haben, und die als Substrate für Halbleitervorrichtungen für Hochspannungsanwendungen dienen. In einem derartigen Breitbandspalt-Verbundhalbleiter sind eine Zunahme des Durchmessers des Substrats und eine Verringerung der Kristalldefekte Hauptprobleme. Eine Defektdichte nimmt in einem Substrat mit kleinem Durchmesser zu, aber es ist nicht einfach, die Kristalldefekte in einem Substrat mit großem Durchmesser zu reduzieren. Beispielsweise ist bekannt, dass ein SiC-Substrat eine hohe Wahrscheinlichkeit dahingehend bewirkt, dass eine SiC-Lage bei einer hohen Temperatur von 2000°C oder höher durch ein Gasphasenanwachsen durch ein Sublimationsverfahren ausgebildet wird, und die Aufreihung von Si und C wird während des Kristallanwachsens gestört, was eine hohe Kristalldefektdichte bewirkt. Daher beträgt der Durchmesser des SiC-Halbleitersubstrats im Allgemeinen 4 bis 6 Zoll. Die maximale praktische Größe des Durchmessers des Galliumoxid-Halbleitersubstrats beträgt ungefähr vier Zoll.
  • Außerdem ist beim Ausbilden einer Halbleitervorrichtung, wenn der Waferdurchmesser größer ist, die Produktivität der Halbleitervorrichtungen höher, und es ist erforderlich, dass das Halbleitersubstrat einen großen Durchmesser hat. Die Kostenverringerung eines Halbleitersubstrats für ein Breitbandspaltelement ist ebenfalls ein Problem. Eine Verringerung der Kosten durch ein Substratverbinden ist ebenfalls vorgeschlagen worden (siehe Patentdokument 1). Beispielsweise muss, als ein Substrat aus einer Halbleitervorrichtung, die aus SiC zusammengesetzt ist, lediglich eine Oberflächenlage, auf der die Halbleitervorrichtung ausgebildet ist, einzelkristallin sein. Ein Stützsubstrat kann ein einzelkristallin, polykristallin oder amorph unabhängig von der Kristallinität sein. Patentdokument 1 offenbart ein Herstellverfahren für ein Halbleitersubstrat, bei dem ein einzelkristallines SiC-Substrat und ein polykristallines SiC-Substrat als ein Stützsubstrat verbunden werden, indem die Oberflächen der Substrate modifiziert werden.
  • AUFLISTUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • PATENTDOKUMENTE
  • Patentdokument 1: ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung JP 2015-15401
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHE PROBLEME
  • Da die Anwendung von Hochspannungsantriebs-Verbundhalbleitervorrichtungen zunimmt, sind die Kostenverringerung dieser Elemente und die praktische Anwendung von Elementen mit einer höheren Leistung wichtige Angelegenheiten geworden. Jedoch war es im Stand der Technik schwierig, sowohl eine hohe Qualität als auch einen großen Durchmesser eines Verbundhalbleitersubstrats zu erzielen.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend dargelegte Situation gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbundhalbleitersubstrat mit einer geringen Kristalldefektdichte und einem großen Durchmesser zu schaffen, das ausgebildet ist durch Verbinden eines Verbundhalbleitersubstrats mit einem Stützsubstrat mit einem größeren Durchmesser, und ein Herstellverfahren für das Verbundhalbleitersubstrat zu schaffen.
  • LÖSUNG DER PROBLEME
  • Die vorliegende Erfindung ist wie folgt.
    1. 1. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
      • einen Teilsubstratausbildungsschritt zum von einem kreisartigen ersten Substrat, das aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, erfolgenden Entfernen von zumindest einem Teil seines Umfangsrands in derartiger Weise, dass ein Abschnitt inklusive einer Mitte des ersten Substrats als ein erstes Teilsubstrat ausgebildet wird; und
      • einen ersten Bondingschritt zum Ausbilden eines ersten gebondeten Substrats durch Aufreihen und Verbinden von zwei oder mehr der ersten Teilsubstrate auf einem ersten Stützsubstrat mit einem Durchmesser, der größer als ein Durchmesser des ersten Substrats ist.
    2. 2. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Punkt 1, wobei:
      • in dem Teilsubstratausbildungsschritt das erste Substrat anhand zweier gerader Linien, die senkrecht zueinander an einem Referenzpunkt sind, bei dem ein Abstand von einer Mitte des ersten Substrats gleich wie oder geringer als ein Radius ist, und die in Bezug auf einen Durchmesser gleichwinklig sind, der durch den Referenzpunkt tritt, so geschnitten wird, dass Abschnitte, die die Mitte aufweisen, als die ersten Teilsubstrate ausgebildet werden; und
      • in dem ersten Bondingschritt die vier ersten Teilsubstrate auf dem ersten Stützsubstrat so aufgereiht und verbunden werden, dass bewirkt wird, dass der Referenzpunkt einer ungefähren Mitte des ersten Stützsubstrats entspricht, und bewirkt wird, dass die Abschnitte, die durch die geraden Linien geschnitten werden, in Kontakt miteinander sind.
    3. 3. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Punkt 2, wobei in dem Teilsubstratausbildungsschritt die ersten Teilsubstrate anhand der beiden geraden Linien, die senkrecht zueinander an einem Durchmesser sind, der durch den Referenzpunkt tritt, des Weiteren so geschnitten werden, dass die vierseitigen ersten Teilsubstrate ausgebildet werden.
    4. 4. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Punkt 3, wobei in dem ersten Bondingschritt n2 (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) der ersten Teilsubstrate auf den ersten Stützsubstraten so aufgereiht und verbunden werden, dass ihre Seiten in Kontakt miteinander sind.
    5. 5. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Punkt 4 wobei in dem ersten Bondingschritt die vier ersten Teilsubstrate auf dem ersten Stützsubstrat so aufgereiht und verbunden werden, dass der Referenzpunkt einer ungefähren Mitte des ersten Stützsubstrats entspricht.
    6. 6. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß einem der Punkte 1 bis 5, das des Weiteren die folgenden Schritte aufweist:
      • einen zweiten Bondingschritt für ein Verbinden eines zweiten Stützsubstrats mit Oberflächen der ersten Teilsubstrate, die auf dem ersten Stützsubstrat aufgereiht und verbunden sind; und
      • einen ersten Entfernschritt zum Entfernen des ersten Stützsubstrats zum Ausbilden eines zweiten gebondeten Substrats.
    7. 7. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Punkt 6, das des Weiteren die folgenden Schritte aufweist:
      • einen Wasserstofflagenausbildungsschritt zum Ausbilden einer Wasserstofflage bei einer vorbestimmten Tiefe von den Oberflächen der ersten Teilsubstrate des ersten gebondeten Substrats oder des zweiten gebondeten Substrats;
      • einen dritten Bondingschritt zum Verbinden eines dritten Stützsubstrats mit den Oberflächen der ersten Teilsubstrate; und
      • einen Separierschritt zum Separieren der ersten Teilsubstrate in der Wasserstofflage, um ein drittes gebondetes Substrat zu erlangen, das das dritte Stützsubstrat und eine erste dünne Filmlage aufweist, die auf dem dritten Stützsubstrat ausgebildet ist und aus dem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht.
    8. 8. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß einem der Punkte 1 bis 7, wobei der Verbundhalbleiter ein Verbundhalbleiter aus SiC, Galliumoxid oder GaN ist.
    9. 9. Verbundhalbleitersubstrat mit:
      • einem Stützsubstrat; und
      • einer ersten dünnen Filmlage, die auf dem Stützsubstrat verbunden ist und aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht;
      • wobei:
        • die erste dünne Filmlage in zwei oder mehr erste dünne Teilfilmlagen geteilt ist; und
        • die ersten dünnen Teilfilmlagen auf dem Stützsubstrat so aufgereiht sind, dass sie miteinander in Kontakt stehen.
    10. 10. Verbundhalbleitersubstrat gemäß Punkt 9 wobei:
      • die erste dünne Filmlage in die vier ersten dünnen Teilfilmlagen geteilt ist, die jeweils eine fächerförmige Oberfläche mit einem Mittenwinkel von 90 Grad haben; und
      • die ersten dünnen Teilfilmlagen so aufgereiht sind, dass sie miteinander um eine Mitte des Stützsubstrats herum in Kontakt stehen.
    11. 11. Verbundhalbleitersubstrat gemäß Punkt 9 oder 10, wobei der Verbundhalbleiter ein Verbundhalbleiter aus SiC, Galliumoxid oder GaN ist.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Das Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Teilsubstratausbildungsschritt, bei dem von einem aus einem Einzelkristall und einem Verbundhalbleiter zusammengesetzten kreisartigen ersten Substrat zumindest ein Teil seines Umfangsrands so entfernt wird, dass ein Abschnitt ausgebildet wird, der eine Mitte des ersten Substrats als ein erstes Teilsubstrat hat; und einen ersten Bondingschritt (Verbindungsschritt) zum Ausbilden eines ersten gebondeten Substrats durch Aufreihen und Verbinden von zwei oder mehr der ersten Teilsubstrate auf einem ersten Stützsubstrat mit einem Durchmesser, der größer ist als jener des ersten Substrats. Daher kann ein Einzelkristallsubstrat mit großem Durchmesser ausgebildet werden durch Kombinieren des ersten Substrats mit kleinem Durchmesser, das aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, auf dem ersten Stützsubstrat. Das erste gebondete Substrat kann zu einem kreisartigen oder scheibenförmigen Halbleitersubstrat ausgebildet werden durch schließlich erfolgendes Einstellen der Form des Umfangsrands des Substrats durch solche Schritte wie beispielsweise ein Verbinden mit wiederum einem anderen Stützsubstrat und ein Separieren. Die Herstellkosten für das Kombinieren der Substrate bewirken zunehmende Herstellkosten. Jedoch kann, wenn das hergestellte erste gebondete Substrat nicht als ein Elementsubstrat als solches (so, wie es ist) angewendet wird, sondern als ein sogenanntes Startsubstrat (Seedsubstrat) für ein Konfigurieren des gebondeten Substrats verwendet wird, das erste gebondete Substrat bei einer hohen Anzahl an gebondeten Substraten angewendet werden, wodurch ein gebondetes Substrat mit großem Durchmesser kostengünstig erzielt werden kann. Ein Einzelkristallsubstrat mit kleinem Durchmesser hat eine geringere Kristalldefektdichte, wodurch die Kristalldefektdichte eines Substrats, das mit dem Einzelkristallsubstrat mit kleinem Durchmesser kombiniert ist, reduziert werden kann.
  • In dem Teilsubstratausbildungsschritt wird das erste Substrat anhand von zwei geraden Linien, die senkrecht zueinander an einem Referenzpunkt sind, bei dem ein Abstand von der Mitte des ersten Substrats gleich wie oder geringer als ein Radius ist, und die gleichwinklig in Bezug auf einen Durchmesser sind, der durch den Referenzpunkt tritt, so geschnitten, dass die Abschnitte inklusive der Mitte als die ersten Teilsubstrate ausgebildet werden; und in dem ersten Bondingschritt werden die vier ersten Teilsubstrate aufgereiht und auf dem ersten Stützsubstrat so verbunden, dass bewirkt wird, dass der Referenzpunkt einer ungefähren Mitte des ersten Stützsubstrats entspricht, und bewirkt wird, dass die anhand der geraden Linien geschnittenen Abschnitte in Kontakt miteinander sind. In diesem Fall können die ersten Teilsubstrate ausgebildet werden, die so ausgebildet sind, dass das erste Substrat so geschnitten wird, dass zumindest zwei Seiten senkrecht zueinander sind, und dass sie eine beliebige Form wie beispielsweise eine Fächerform oder ein Viereck haben. Zwei oder mehr der ersten Teilsubstrate können auf der Oberfläche des ersten Stützsubstrats kombiniert werden, um das erste gebondete Substrat auszubilden. Eine Kristalldiskontinuität ist in einem Grenzlinienteil vorhanden, an dem die ersten Teilsubstrate miteinander in Kontakt stehen, jedoch kann die Diskontinuität auf eine Anreißlinie angewendet werden, wenn die Halbleitervorrichtung ausgebildet wird, um den Verlust (bei) der Halbleitervorrichtung zu verhindern.
  • In dem Teilsubstratausbildungsschritt werden die ersten Teilsubstrate anhand der beiden geraden Linien, die senkrecht zueinander an einem Durchmesser sind, der durch den Referenzpunkt tritt, weiter geschnitten, um die vierseitigen ersten Teilsubstrate auszubilden. In diesem Fall kann das erste Teilsubstrat in einem Viereck wie beispielsweise ein Quadrat in Abhängigkeit von den Größen des ersten Substrats und des ersten Stützsubstrats ausgebildet werden, wodurch die Handhabbarkeit des ersten Teilsubstrats verbessert werden kann.
  • Bei dem ersten Bondingschritt werden n2 (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) der ersten Teilsubstrate aufgereiht und auf dem ersten Stützsubstrat so verbunden, dass seine Seiten miteinander in Kontakt sind. In diesem Fall können 4, 9 und 16 und dergleichen der ersten Teilsubstrate ordnungsgemäß (in Reihenfolge) in Abhängigkeit von der Größe des ersten Stützsubstrats aufgereiht werden.
  • In dem ersten Bondingschritt werden die vier ersten Teilsubstrate aufgereiht und auf dem ersten Stützsubstrat verbunden, wobei der Referenzpunkt der ungefähren Mitte des ersten Stützsubstrats entspricht. In diesem Fall kann der Grenzlinienteil der ersten Stützsubstrate als die Anreißlinie verwendet werden, wenn die Halbleitervorrichtung ausgebildet wird.
  • Das Herstellverfahren umfasst des Weiteren: einen zweiten Bondingschritt zum Verbinden eines zweiten Stützsubstrats mit Oberflächen der ersten Teilsubstrate, die aufgereiht und auf dem ersten Stützsubstrat verbunden sind; und einen ersten Entfernschritt zum Entfernen des ersten Stützsubstrats, um ein zweites gebondetes Substrat auszubilden. In diesem Fall kann das zweite gebondete Substrat ausgebildet werden, das erlangt wird, indem das zweite Stützsubstrat als das Stützsubstrat verwendet wird und das erste Teilsubstrat auf dem zweiten Stützsubstrat kombiniert wird. In dem zweiten Bondingschritt können die Oberfläche des ersten Teilsubstrats und das zweite Stützsubstrat so fest verbunden werden, dass sie hohen Temperaturen widerstehen, was als ein sogenanntes Startsubstrat geeignet ist.
  • Das Herstellverfahren umfasst des Weiteren: einen Wasserstofflagenausbildungsschritt zum Ausbilden einer Wasserstofflage bei einer vorbestimmten Tiefe von den Oberflächen der ersten Teilsubstrate des ersten gebondeten Substrats oder des zweiten gebondeten Substrats; einen dritten Bondingschritt zum Verbinden eines dritten Stützsubstrats mit den Oberflächen der ersten Teilsubstrate; und einen Separierschritt zum Separieren der ersten Teilsubstrate in der Wasserstofflage, um ein drittes gebondetes Substrat zu erlangen, das das dritte Stützsubstrat und eine erste dünne Filmlage hat, die auf dem dritten Stützsubstrat ausgebildet ist und aus dem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht. In diesem Fall kann das dritte gebondete Substrat ausgebildet werden, das erlangt wird unter Verwendung des dritten Stützsubstrats als das Stützsubstrat und durch Verbinden der ersten dünnen Filmlage, die aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, der von dem ersten Teilsubstrat separiert wird, auf dem dritten Stützsubstrat. Da die erste dünne Filmlage dünn sein kann, kann eine hohe Anzahl an dritten gebondeten Substraten, die durch Verbinden der ersten dünnen Filmlage auf dem dritten Stützsubstrat erlangt werden, hergestellt werden unter Verwendung des ersten gebondeten Substrats oder des zweiten gebondeten Substrats, das erlangt wird durch Kombinieren des ersten Teilsubstrats auf dem ersten gebondeten Substrat oder dem zweiten Stützsubstrat als das Startsubstrat. Das erste gebondete Substrat oder das zweite gebondete Substrat ist ein Startsubstrat mit einem größeren Durchmesser als der Durchmesser des ersten Substrats mit kleinem Durchmesser.
  • Der Verbundhalbleiter ist ein Halbleiter aus SiC, Galliumoxid oder GaN. In diesem Fall ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung in hoher Qualität auf jedem der gebondeten Substrate auszubilden.
  • Das Verbundhalbleitersubstrat der vorliegenden Erfindung hat: ein Stützsubstrat; und eine erste dünne Filmlage, die auf dem Stützsubstrat verbunden ist und aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, wobei: die erste dünne Filmlage in zwei oder mehr erste dünne Teilfilmlagen geteilt ist; und wobei die ersten dünnen Teilfilmlagen auf dem Stützsubstrat so aufgereiht sind, dass sie in Kontakt miteinander stehen. Daher kann das Verbundhalbleitersubstrat mit großem Durchmesser erlangt werden durch Kombinieren der ersten dünnen Filmlage, die aus dem Einzelkristall in hoher Qualität des Verbundhalbleiters mit kleinem Durchmesser besteht, auf dem Stützsubstrat.
  • Die erste dünne Filmlage ist in die vier ersten dünnen Teilfilmlagen geteilt, die jeweils eine fächerförmige Oberfläche mit einem Mittenwinkel von 90 Grad haben; und die ersten dünnen Teilfilmlagen sind so aufgereiht, dass sie miteinander um eine Mitte des Stützsubstrats herum in Kontakt stehen. Da in diesem Fall die benachbarten ersten dünnen Teilfilmlagen miteinander in Kontakt stehen, wird der Grenzlinienteil, an dem eine Kristalldiskontinuität vorhanden ist, an der Anreißlinie der Halbleitervorrichtung angewendet, wodurch das Verbundhalbleitersubstrat so genutzt werden kann, dass ein Verlust des Verbundhalbleitersubstrats nicht bewirkt wird.
  • Der Verbundhalbleiter ist ein Halbleiter aus SiC, Galliumoxid oder GaN. In diesem Fall ist das Verbundhalbleitersubstrat für ein Ausbilden einer Halbleitervorrichtung in hoher Qualität auf dem Stützsubstrat geeignet.
  • Figurenliste
  • Nichteinschränkende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf eine Vielzahl an Zeichnungen detaillierter beschrieben. In den Zeichnungen zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den Zeichnungen.
    • 1 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Teilsubstrat, das aus einem ersten Substrat herausgeschnitten ist.
    • 2 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Beispiels, bei dem vier erste Teilsubstrate kombiniert sind.
    • 3 zeigt eine Draufsicht auf ein viereckiges erstes Teilsubstrat, das aus dem ersten Substrat herausgeschnitten ist.
    • 4 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Beispiels, bei dem vier viereckige erste Teilsubstrate kombiniert sind.
    • 5 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Beispiels, bei dem neun vierseitige erste Teilsubstrate kombiniert sind.
    • 6 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Beispiels, bei dem vier erste Teilsubstrate mit einem Stützsubstrat verbunden sind.
    • 7 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Beispiels, bei dem vier erste Teilsubstrate mit einem anderen Stützsubstrat verbunden sind.
    • 8 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Beispiels, bei dem vier vierseitige erste Teilsubstrate mit einem Stützsubstrat verbunden sind.
    • 9 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Beispiels, bei dem vier vierseitige erste Teilsubstrate mit einem anderen Stützsubstrat verbunden sind.
    • 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels eines ersten Bondingschritts, eines zweiten Bondingschritts und eines ersten Entfernschritts.
    • 11 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines anderen Beispiels eines ersten Bondingschritts, eines zweiten Bondingschritts und eines ersten Entfernschritts.
    • 12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Wasserstofflagenausbildungsschritts und eines dritten Bondingschritts.
    • 13 zeigt eine schematische Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Verbundhalbleitersubstrats.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend ist die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen detailliert beschrieben. Die hierbei gezeigten Gegenstände sind veranschaulichend erläutert, um die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in beispielartiger Weise zu erörtern. Die beschriebenen Gegenstände dienen dem Zweck der Darlegung der Beschreibung, in der die Prinzipien und Konzeptcharakteristika der vorliegenden Erfindung effektiv ohne Schwierigkeiten verständlich dargelegt werden kann. In dieser Hinsicht soll die Beschreibung nicht die strukturellen Einzelheiten der vorliegenden Erfindung bis über ein grundsätzliches Verständnis der vorliegenden Erfindung hinaus veranschaulichen, und für Fachleute dürfte offensichtlich sein, wie mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die den Zeichnungen entsprechenden Darlegungen tatsächlich ausgeführt werden.
  • Ein Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst: einen Teilsubstratausbildungsschritt zum von einem kreisartigen ersten Substrat 1, das aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, erfolgenden Entfernen von zumindest einem Teil eines Umfangsrands von diesem in derartiger Weise, dass ein Abschnitt ausgebildet wird, der eine Mitte des ersten Substrats 1 umfasst, als ein erstes Teilsubstrat 11, 12; und einen ersten Bondingschritt zum Ausbilden eines ersten gebondeten Substrats 71 durch Aufreihen und Verbinden von zwei oder mehr der ersten Teilsubstrate 11, 12 auf einem ersten Stützsubstrat 2 mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser des ersten Substrats 1.
  • In dem Teilsubstratausbildungsschritt wird das erste Substrat 1 anhand von zwei geraden Linien 101, 102, die senkrecht zueinander an einem Referenzpunkt P1 sind, dessen Abstand von der Mitte C1 des kreisartigen ersten Substrats gleich wie oder geringer als ein Radius ist, und die in Bezug auf einen Durchmesser D, der durch den Referenzpunkt P1 tritt, gleichwinklig sind, so geschnitten, dass ein Abschnitt ausgebildet wird, der die Mitte C1 des kreisartigen ersten Substrats als das erste Teilsubstrat 11, 12 hat; und in dem ersten Bondingschritt kann das erste gebondete Substrat 71 ausgebildet werden, das erlangt wird durch Aufreihen und Verbinden der vier ersten Teilsubstrate 11, 12 auf dem ersten Stützsubstrat 2 in derartiger Weise, dass bewirkt wird, dass der Referenzpunkt P1 einer ungefähren Mitte C2 des ersten Stützsubstrats 2 entspricht, und bewirkt wird, dass die geraden Linienabschnitte 101, 102 in Kontakt miteinander sind (siehe die 1 bis 9).
  • In dem Teilsubstratausbildungsschritt kann ein anderes erstes Teilsubstrat 12 des Weiteren anhand der beiden geraden Linien 103, 104, die senkrecht zueinander sind, an einem Durchmesser D, der durch den Referenzpunkt P1 tritt, geschnitten werden, um das vierseitige erste Teilsubstrat auszubilden (siehe die 3 bis 5).
  • Das Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat kann des Weiteren Folgendes umfassen: einen zweiten Bondingschritt für ein Verbinden eines ersten Stützsubstrats 3 mit Oberflächen der ersten Teilsubstrate 11, die auf dem ersten Stützsubstrat 2 aufgereiht und verbunden sind; und einen ersten Entfernschritt (Separierschritt) zum Entfernen (Separieren) des ersten Stützsubstrats 2, um ein zweites gebondetes Substrat 72 auszubilden (siehe die 10 und 11).
  • Des Weiteren kann das Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat des Weiteren Folgendes umfassen: einen Wasserstofflagenausbildungsschritt zum Ausbilden einer Wasserstofflage 15 bei einer vorbestimmten Tiefe von der Oberfläche des ersten Teilsubstrats 11 des zweiten gebondeten Substrats 72; einen dritten Bondingschritt zum Verbinden eines dritten Stützsubstrats 4 mit der Oberfläche des ersten Teilsubstrats 11; und einen Separierschritt für ein Separieren des ersten Teilsubstrats 11 in der Wasserstofflage 15, um ein drittes gebondetes Substrat 73 zu erlangen, das das dritte Stützsubstrat 4 und eine erste dünne Filmlage 110 hat (umfasst), die auf dem dritten Stützsubstrat 4 ausgebildet ist und aus dem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht (siehe 12).
  • Nachstehend ist ein Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel spezifisch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Teilsubstratausbildungsschritt
  • In dem Teilsubstratausbildungsschritt wird ein erstes Teilsubstrat 11 aus einem ersten Substrat 1 herausgeschnitten, das aus dem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht und eine kreisartige Oberfläche hat. Das erste Teilsubstrat 11 hat eine beliebige Form und Größe, und das erste Teilsubstrat 11 kann so herausgeschnitten werden, dass Abfall in Abhängigkeit von der Größe eines Stützsubstrats, das später verbunden wird, reduziert wird.
    1(a) zeigt ein Beispiel, bei dem ein kreisartiges erstes Substrat 1, das aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, anhand zweier gerader Linien 101, 102, die senkrecht zueinander an einem Referenzpunkt P1 sind, bei dem ein Abstand von einer Mitte C1 gleich wie oder geringer als ein Radius ist, und die in Bezug auf einen Durchmesser D gleichwinklig sind, der durch den Referenzpunkt P1 tritt, so geschnitten wird, dass ein Abschnitt ausgebildet wird, der die Mitte C1 als das erste Teilsubstrat 11 hat. In dem vorliegenden Beispiel hat, wie dies in 1(b) gezeigt ist, das erste Teilsubstrat 11 eine Form, die durch zwei gerade Linienabschnitte (nachstehend sind diese als „Seiten“ bezeichnet) 101 und 102 und einem Bogen 115 umgeben ist. Das erste Einzelkristallsubstrat 1 hat im Allgemeinen einen Umfangsrand mit vielen Kristalldefekten. Aus diesem Grund ist der Referenzpunkt P1, der zu der Mitte der Kombination aus den ersten Teilsubstraten 11 später wird, vorzugsweise im Inneren des Außenumfangs des ersten Substrats angeordnet.
  • Beispielsweise ist der Durchmesser des ersten Substrats 1 auf 6 Zoll festgelegt. In 1(a) ist die Mitte C1 des ersten Substrats 1 an einem Ursprung (0,0) einer Koordinate xy angeordnet, und der Durchmesser des ersten Substrats 1 beträgt 6 (Einheit: Zoll, das gleiche gilt nachstehend). Die Koordinate des Referenzpunktes P1 ist (2, -2). Eine Seite 101 tritt durch den Referenzpunkt P1 und ist parallel zu einer Achse x, und eine Seite 102 tritt durch den Referenzpunkt P1 und ist parallel zu einer Achse y. Das in 1(b) gezeigte erste Teilsubstrat 11 wird herausgeschnitten, indem das erste Substrat 1 entlang gerader Linien geschnitten wird, die den Seiten 101 und 102 entsprechen.
  • In 2 sind vier erste Teilsubstrate 11a bis 11d, die von den vier ersten Substraten 1, wie vorstehend beschrieben, herausgeschnitten sind, um Referenzpunkte P1a bis P1d herum versammelt, und so kombiniert, dass die jeweiligen Kontakte von Seiten 101a, 101b, 101c und 102d mit Seiten 102b, 103c, 102d und 102a vorgesehen sind. Beispielsweise kann eine Seite 101a des ersten Teilsubstrats 11a so angeordnet sein, dass sie mit der Seite 102b des ersten Teilsubstrats 11b in Kontakt steht, und die andere Seite 102a des ersten Teilsubstrats 11a kann so angeordnet sein, dass sie mit der Seite 101d des ersten Teilsubstrats 11d in Kontakt steht. 2(b) zeigt einen Querschnitt A-A' aus 2(a).
  • Wenn der Durchmesser des ersten Substrats 1 die Größe 6 Zoll hat, beträgt die maximale Länge von jeder Seite des ersten Teilsubstrats 11 4,2 Zoll. In einem rechten Dreieck (rechtwinkliges Dreieck) mit Eckpunkten C1, M1 und M2, wie dies in 1 gezeigt ist, beträgt eine Länge zwischen den Eckpunkten C1 und M1 3 Zoll, und eine Länge zwischen den Eckpunkten C1 und M2 beträgt 2 Zoll, so dass eine Länge zwischen den Eckpunkten M1 und M2 2,2 Zoll beträgt, und die maximale Länge jeder Seite 101, 102 des ersten Teilsubstrats 11 4,2 Zoll beträgt. Der Referenzpunkt P1 befindet sich im Inneren (innerhalb) des Außenumfangs des ersten Substrats 1, um zu vermeiden, dass der Umfangsrand des ersten Substrats 1 viele Kristalldefekte hat. Daher beträgt, wenn die vier ersten Teilsubstrate 11a bis 11d so angeordnet sind, wie dies in 2 gezeigt ist, das maximale Maß (L1) eines Einzelkristallteils 8,4 Zoll.
  • Vorstehend ist ein Beispiel beschrieben, bei dem das erste Teilsubstrat 11 ausgebildet ist, indem das erste Substrat 1 entlang der beiden geraden Linien 101 und 102, die senkrecht zueinander an dem Referenzpunkt P1 sind, geschnitten wird, jedoch ist die Form des ersten Teilsubstrats nicht darauf beschränkt. Ein erstes Teilsubstrat 12 kann des Weiteren entlang zweier gerader Linien, die senkrecht zueinander an dem Durchmesser D sind, der durch den Referenzpunkt P1 tritt, geschnitten werden, um das vierseitige erste Teilsubstrat auszubilden. Das vierseitige erste Teilsubstrat 12 wird leicht gehandhabt.
  • 3 zeigt ein Beispiel, bei dem ein kreisartiges erstes Substrat 1, das aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, durch zwei gerade Linien 101, 102 geschnitten wird, die senkrecht zueinander an einem Referenzpunkt P1 sind, bei dem ein Abstand von einer Mitte C1 gleich wie oder geringer als ein Radius ist, und die in Bezug auf einen Durchmesser D gleichwinklig sind, der durch den Referenzpunkt P1 tritt, und durch zwei gerade Linien 103 und 104, die senkrecht zueinander an dem Durchmesser D sind, der durch den Referenzpunkt P1 tritt, und die mit dem Durchmesser D gleichwinklig sind, weiter geschnitten wird, um das erste Teilsubstrat 12 auszubilden. Im vorliegenden Beispiel hat, wie dies in 3(b) gezeigt ist, das erste Teilsubstrat 12 eine viereckige (quadratische) Form, die durch vier gerade Linienabschnitte (Seiten) 101, 102, 103 und 104 umgeben ist. Da das erste Einzelkristallsubstrat 1 im Allgemeinen einen Umfangsrand mit vielen Kristalldefekten hat, ist der Referenzpunkt P1, der später die Mitte der Kombination der ersten Teilsubstrate 12 sein wird, vorzugsweise im Inneren des Außenumfangs des ersten Substrats angeordnet.
  • Beispielsweise ist der Durchmesser des ersten Substrats 1 auf 6 Zoll festgelegt. In 3(a) ist die Mitte C1 des ersten Substrats 1 an einem Ursprung (0,0) einer Koordinate xy angeordnet, und der Durchmesser des ersten Substrats 1 beträgt 6. Die Koordinate des Referenzpunktes P1 ist (2, -2). Eine Seite 101 tritt durch den Referenzpunkt P1 und ist parallel zu einer Achse x, und eine Seite 102 tritt durch den Referenzpunkt P1 und ist parallel zu einer Achse y. Die geraden Linien 103 und 104, die senkrecht zueinander an dem Durchmesser D sind, der durch den Referenzpunkt P1 tritt, sind jeweils parallel zu der Achse x und der Achse y. Das in 3(b) gezeigte erste Teilsubstrat 12 wird herausgeschnitten, indem das erste Substrat 1 entlang gerader Linien geschnitten wird, die den Seiten 101, 102, 103 und 104 entsprechen.
  • In 4 sind vier erste Teilsubstrate 12a bis 12d, die von vier ersten Substraten 1 wie vorstehend beschrieben herausgeschnitten sind, jeweils um jeweilige Referenzpunkte P1a bis P1d herum versammelt, und so kombiniert, dass die jeweiligen Kontakte der Seiten 101a, 101b, 101c und 101d mit Seiten 102b, 102c, 102d und 102a vorgesehen sind. Beispielsweise kann eine Seite 101a des ersten Teilsubstrats 12a so angeordnet sein, dass sie mit der Seite 102b des ersten Teilsubstrats 12b in Kontakt ist, und die andere Seite 102a des ersten Teilsubstrats 12a kann so angeordnet sein, dass sie mit der Seite 101d des ersten Teilsubstrats 12d in Kontakt ist. 4(b) zeigt den Querschnitt A-A' aus 4(a).
  • Wenn der Durchmesser des ersten Substrats 1 6 Zoll beträgt, beträgt die maximale Länge von jeder Seite des ersten Teilsubstrats 12 4,2 Zoll. In einem rechten Dreieck (rechtwinkliges Dreieck) mit Eckpunkten C1, M1 und M2, wie dies in 3 gezeigt ist, beträgt die Länge zwischen den Eckpunkten C1 und M1 3 Zoll, und eine Länge zwischen den Eckpunkten C1 und M2 beträgt 2 Zoll, so dass eine Länge zwischen den Eckpunkten M1 und M2 2,2 Zoll beträgt, und die maximale Länge jeder Seite (101 bis 104) des ersten Teilsubstrats 12 4,2 Zoll beträgt. Der Referenzpunkt P1 ist im Inneren des Außenumfangs des ersten Substrats 1 angeordnet, um zu vermeiden, dass der Umfangsrand des ersten Substrats 1 viele Kristalldefekte hat. Daher hat, wenn die vier ersten Teilsubstrate 12a bis 12d so, wie dies in 4 gezeigt ist, angeordnet sind, ein Einzelkristallteil ein Viereck, bei dem eine Seite ein Maximum von 8,4 Zoll hat.
  • 4 zeigt ein Beispiel, bei dem die 4 ersten Teilsubstrate 12 aufgereiht sind, jedoch ist die Anzahl der ersten Teilsubstrate 12 nicht spezifisch beschränkt. Beispielsweise können n2 (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) der ersten Teilsubstrate 12 so aufgereiht sein, dass ihre Seiten in Kontakt miteinander sind.
  • 5 zeigt ein Beispiel, bei dem neun erste Teilsubstrate 12 (12a-12i) bei 3*3 aufgereiht sind. Des Weiteren können 16 erste Teilsubstrate 12 bei 4*4 aufgereiht sein. In 5 haben die neun ersten Teilsubstrate 12a bis 12i eine viereckige (quadratische) Form, und vier Seiten der ersten Teilsubstrate sind als 101a bis i, 102a bis i, 103a bis i, 104a bis i gezeigt, und die Referenzpunkte sind als P1a bis i gezeigt. Dies ermöglicht eine Konfiguration eines Verbundhalbleitersubstrats mit einer Seite, die ein Maximum ist, das dreimal so groß wie jene des ersten Teilsubstrats 12 ist.
  • Erster Bondingschritt
  • In dem ersten Bondingschritt werden die vier ersten Teilsubstrate (11a bis 11d oder 12a bis 12d) auf dem ersten Stützsubstrat 2, das einen größeren Durchmesser als das erste Substrat 1 hat, so aufgereiht und verbunden, dass bewirkt wird, dass der Referenzpunkt P1 von jedem ersten Teilsubstrat einer ungefähren Mitte des ersten Stützsubstrats 2 entspricht, und bewirkt wird, dass die geraden Linienabschnitte 101 und 102 miteinander in Kontakt stehen, um ein erstes gebondetes Substrat 71 auszubilden.
  • 6 zeigt ein erstes gebondetes Substrat 71, das ausgebildet ist durch Kombinieren von vier ersten Teilsubstraten 11a bis 11d, die von vier ersten Substraten 1 mit einem Durchmesser von 6 Zoll herausgeschnitten sind, wie dies in 2 gezeigt ist, und indem die ersten Teilsubstrate auf einem ersten Stützsubstrat 21 mit einem Durchmesser von 8 Zoll montiert worden sind. 6(b) zeigt seinen Querschnitt A-A'. Wie dies vorstehend beschrieben ist, beträgt das Maß des Einzelkristallteils, der die vier ersten Teilsubstrate 11a bis 11d umfasst, ungefähr 8,4 Zoll, wodurch das Einzelkristallteil größer als das erste Stützsubstrat 21 mit einem Durchmesser von 8 Zoll ist.
  • Das erste gebondete Substrat 71, das der Größe von 8 Zoll entspricht, kann ausgebildet werden, indem in Aufeinanderfolge die ersten Teilsubstrate 11a bis 11d auf dem ersten Stützsubstrat 21 mit einem dazwischen angeordneten Haftmittel gebondet werden. Durch die Anwendung des Haftmittels können die ersten Teilsubstrate auf dem ersten Stützsubstrat mit einer hohen Genauigkeit gebondet werden.
  • 7 zeigt ein erstes gebondetes Substrat 71, das ausgebildet worden ist, indem vier erste Teilsubstrate 11a bis 11d, die aus vier ersten Substraten 1 mit einem Durchmesser von 6 Zoll herausgeschnitten sind, auf einem ersten Stützsubstrat 22 mit einem Durchmesser von 10 Zoll in der gleichen Weise, wie vorstehend beschrieben, montiert worden sind. Das Maß eines Einzelkristallteils, das die vier ersten Teilsubstrate 11a bis 11d umfasst, beträgt ungefähr 8,4 Zoll, wodurch das Einzelkristallteil kleiner als das erste Stützsubstrat 22 mit einem Durchmesser von 10 Zoll ist. Dies bewirkt, dass ein fehlerhaftes Teil 221, bei dem kein Einzelkristallteil vorhanden ist, an jedem der vier Umfangsränder an dem ersten Stützsubstrat 22 auftritt. Jedoch ist die Fläche des fehlerhaften Teils 221 kleiner als jene des gesamten ersten Stützsubstrats 22, wodurch der Einfluss des fehlerhaften Teils 221 in einem Substrat zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung als geringfügig angenommen werden kann. In dieser Weise kann das erste gebondete Substrat 71 entsprechend der Größe von 10 Zoll ausgebildet werden.
  • 8 zeigt ein erstes gebondetes Substrat 71, das ausgebildet ist, indem vier erste Teilsubstrate 12a bis 12d, die aus vier ersten Substraten 1 mit einem Durchmesser von 6 Zoll, wie in 4 gezeigt, herausgeschnitten sind, kombiniert werden und die ersten Teilsubstrate auf einem ersten Stützsubstrat 21 mit einem Durchmesser von 8 Zoll montiert werden. 8(b) zeigt dessen Querschnitt A-A'. Wie dies vorstehend beschrieben ist, beträgt das Maß von einer Seite eines Einzelkristallteils, der die vier ersten Teilsubstrate 12a bis 12d umfasst, ungefähr 8,4 Zoll, wodurch das Einzelkristallteil größer als das erste Stützsubstrat 21 mit einem Durchmesser von 8 Zoll ist.
  • Das erste gebondete Substrat 71, das der Größe von 8 Zoll entspricht, kann ausgebildet werden, indem in Aufeinanderfolge die ersten Teilsubstrate 12a bis 12d auf dem ersten Stützsubstrat 21 mit einem zwischen ihnen angeordneten Haftmittel gebondet werden. Durch die Anwendung des Haftmittels können die ersten Teilsubstrate auf dem ersten Stützsubstrat mit hoher Genauigkeit gebondet werden.
  • 9 zeigt ein erstes gebondetes Substrat 71, das ausgebildet worden ist, indem vier erste Teilsubstrate 12a bis 12d, die aus vier ersten Substraten 1 mit einem Durchmesser von 6 Zoll herausgeschnitten worden sind, auf einem ersten Stützsubstrat 22 mit einem Durchmesser von 10 Zoll in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben montiert worden sind. Das Maß von einer Seite eines Einzelkristallteils, das die vier ersten Teilsubstrate 12a bis 12d umfasst, beträgt ungefähr 8,4 Zoll, wodurch ein fehlerhaftes Teil 223, bei dem kein Einzelkristallteil vorhanden ist, an jedem von vier Umfangsrändern an dem ersten Stützsubstrat 22 mit einem Durchmesser von 10 Zoll auftritt. Jedoch ist die Fläche des fehlerhaften Teils 223 kleiner als jene des gesamten ersten Stützsubstrats 22, wodurch der Einfluss des fehlerhaften Teils 223 in einem Substrat zum Ausbilden einer Halbleitervorrichtung als geringfügig angenommen werden kann. In dieser Weise kann das erste gebondete Substrat 71, das der Größe von 10 Zoll entspricht, ausgebildet werden.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist die Anzahl der ersten Teilsubstrate 12 nicht auf vier beschränkt, und kann auf neun (siehe 5), sechzehn und dergleichen erhöht werden. Daher kann das erste gebondete Substrat 71 mit einem größeren Durchmesser ausgebildet werden, indem das erste Stützsubstrat 2 mit einem Durchmesser angewendet wird, der der Größe entspricht, bei der die ersten Teilsubstrate 12 aufgereiht sind. Durch Ausbilden des ersten gebondeten Substrats 71 oder des zweiten (nachstehend beschriebenen) gebondeten Substrats 72 mit großem Durchmesser, kann ein drittes gebondetes Substrat 73 (das nachstehend beschrieben ist), das zu einem Verbundhalbleitersubstrat mit großem Durchmesser wird, hergestellt werden, indem das erste gebondete Substrat 71 oder das zweite gebondete Substrat 72 als ein sogenanntes Startsubstrat angewendet wird. Dies ermöglicht eine Zunahme des Durchmessers eines Breitbandspalt-Halbleitersubstrats, bei dem es schwierig ist, den Durchmesser zu erhöhen. Zusätzlich zu dem Zweck des Erhöhens des Durchmessers ist es ebenfalls möglich, ein Verbundhalbleitersubstrat in hoher Qualität und mit kleinem Durchmesser zu erzielen, indem Verbundhalbleitersubstrate (erste Substrate 1) mit kleinem Durchmesser und in hoher Qualität kombiniert werden.
  • Kreis-Schneiden
  • Das erste gebondete Substrat 71, das wie vorstehend beschrieben ausgebildet wird, kann gemäß der Größe des ersten Stützsubstrats 2 (21, 22) geschnitten (Kreis-Schneiden) werden. Als ein Ergebnis wird der Außenumfang des ersten gebondeten Substrats 71 auf die Größe des ersten Stützsubstrats 2 (21, 22) eingestellt. Die Kreis-Schneid-Position muss nicht unbedingt mit der Größe des ersten Stützsubstrats 2 (21, 22) übereinstimmen, und das erste gebondete Substrat 71 kann so kreis-geschnitten werden, dass es geringfügig kleiner ist. Als ein Ergebnis wird das erste gebondete Substrat 71 mit einem Durchmesser von 8 Zoll oder 10 Zoll ausgebildet (siehe 10(a)).
  • Zweiter Bondingschritt, erster Entfernschritt
  • 10 zeigt einen zweiten Bondingschritt für ein Verbinden eines zweiten Stützsubstrats 3 mit Oberflächen der ersten Teilsubstrate (11, 12), die auf der Oberfläche des ersten gebondeten Substrats 71 aufgereiht und verbunden sind, das heißt das erste Stützsubstrat 2 (21, 22); und einen ersten Entfernschritt zum Entfernen des ersten Stützsubstrats 2, um ein zweites gebondetes Substrat 72 auszubilden. In 10 ist das erste gebondete Substrat 71 so abgebildet, dass es einen Außenumfang hat, der durch Kreis-Schneiden eingestellt ist, jedoch kann das erste gebondete Substrat 71 in einem Zustand sein, bei dem der Außenumfang nicht eingestellt ist (siehe die 6 bis 9). Das zweite gebondete Substrat 72 kann ein Startsubstrat für ein später ausgebildetes gebondetes Substrat sein. Wenn das erste gebondete Substrat 71 ausgebildet wird, wird das erste Stützsubstrat 2 (21, 22) auf den ersten Stützsubstrat 2 unter Verwendung eines Haftmittels und dergleichen mit hoher Genauigkeit gebondet. Um das Startsubstrat für das gebondete Substrat vorzusehen, ist es erforderlich, dass das zweite gebondete Substrat 72 hohen Temperaturen nahe bis 1000°C widersteht. Wenn ein gebondeter Teil des ersten gebondeten Substrats 71 hohen Temperaturen widerstehen kann, können die ersten Teilsubstrate (11, 12) alternativ an den zweiten Stützsubstrat 3 gebondet werden.
  • 10(a) zeigt einen Zustand (das heißt einen Querschnitt A-A'), bei dem ein Umfangsrand eines ersten gebondeten Substrats 71, bei dem eine Vielzahl an ersten Teilsubstraten (11, 12) auf einem ersten Stützsubstrat 2 (21, 22) montiert sind, durch Kreis-Schneiden entfernt wird.
  • 10(b) zeigt einen Zustand, bei dem ein zweites Stützsubstrat 3 auf der Oberfläche des ersten gebondeten Substrats 71 an der Seite des ersten Teilsubstrats (11, 12) in einem zweiten Bondingschritt verbunden wird. Die Größe des zweiten Stützsubstrats 3 kann auf 8 Zoll, 10 Zoll und dergleichen in Abhängigkeit von der Größe des ersten gebondeten Substrats 71 festgelegt werden. Wenn das erste Teilsubstrat (11, 12), das aus einem Einzelkristall besteht, das heißt das Material eines ersten Substrats 1 ist SiC, ist das zweite Stützsubstrat 3 vorzugsweise ein polykristallines SiC-Substrat mit dem gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie jener des ersten Substrats 1. Das Verbindungsverfahren ist nicht spezifisch beschränkt. Beispielsweise werden die Oberfläche des ersten Teilsubstrats (11, 12) und die Oberfläche des zweiten Stützsubstrats 3 geebnet, und beide Oberflächen werden dann durch ein Argonstrahlbündel und dergleichen aktiviert, wodurch beide Oberflächen bei normaler Temperatur verbunden werden können. Das Verbinden ermöglicht ein Vorsehen eines Startsubstrats für ein gebondetes Substrat, das hohen Temperaturen widerstehen kann.
  • 10(c) zeigt einen Zustand, bei dem das erste Stützsubstrat 2 (21, 22) in dem ersten Entfernschritt zum Ausbilden des zweiten gebondeten Substrats 72 abgeschält und entfernt wird. Das Abschälverfahren ist nicht spezifisch beschränkt, und beispielweise kann, wenn transparentes nicht alkalisches Glas und dergleichen, das als das erste Stützsubstrat 2 verwendet wird, mit dem ersten Teilsubstrat (11, 12) unter Verwendung eines leicht aushärtenden Haftmittels verbunden wird, das erste Stützsubstrat 2 bei hohen Temperaturen mit Leichtigkeit abgeschält werden.
  • Die 11(a) bis 11(c) zeigen einen Fall, bei dem ein fehlerhaftes Teil (221, 223 und dergleichen) aus einem Einzelkristallteil in dem ersten gebondeten Substrat 71 vorhanden ist. Auch in diesem Fall ergibt sich kein strukturelles Problem, und das zweite gebondete Substrat 72 kann in der gleichen Weise wie in den 10(a) bis 10(c) ausgebildet werden.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann das zweite gebondete Substrat 72 mit einer Größe von 8 Zoll oder 10 Zoll erzielt werden, und das zweite gebondete Substrat 72 ist als das Startsubstrat für das gebondete Substrat geeignet.
  • Wasserstofflagenausbildungsschritt, dritter Bondingschritt, Separierschritt
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Herstellverfahren des Weiteren folgende Schritte umfassen: einen Wasserstofflagenausbildungsschritt zum Ausbilden einer Wasserstofflage 15 bei einer vorbestimmten Tiefe von den Oberflächen der ersten Teilsubstrate (11, 12) des ersten gebondeten Substrats 71 oder des zweiten gebondeten Substrats 72; einen dritten Bondingschritt zum Verbinden eines dritten Stützsubstrats 4 mit den Oberflächen der ersten Teilsubstrate (11, 12); und einen Separierschritt zum Separieren der ersten Teilsubstrate (11, 12) in der Wasserstofflage 15, um ein drittes gebondetes Substrat 73 zu erlangen, das das dritte Stützsubstrat 4 und eine erste dünne Filmlage 110 aufweist, die auf dem dritten Stützsubstrat 4 ausgebildet ist und aus dem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht. Somit kann eine hohe Anzahl an gebondeten Substraten (dritte gebondete Substrate 73) unter Verwendung des zweiten gebondeten Substrats 72 als ein Startsubstrat erzielt werden.
  • 12 zeigt den Wasserstofflagenausbildungsschritt, den dritten Bondingschritt und den Separierschritt.
  • Wie dies in 12(a) gezeigt ist, ist das zweite gebondete Substrat 72 so aufgebaut, dass eine Vielzahl an ersten Teilsubstraten (11, 12) auf der gesamten Oberfläche eines zweiten Stützsubstrats 3 verbunden sind. In dem Wasserstofflagenausbildungsschritt werden Wasserstoffionen bei einer gewissen Tiefe (beispielsweise eine Tiefe von ungefähr 0,5 µm) von den Oberflächen (den unteren Oberflächen in 12(a)) der ersten Teilsubstrate (11, 12) implantiert, wodurch die Wasserstofflage 15 ausgebildet wird. Ein Einzelkristall-Oberflächenlagenteil, der zwischen der Wasserstofflage 15 und den Oberflächen der ersten Teilsubstrate (11, 12) angeordnet ist, wird als eine erste dünne Filmlage 110 hergenommen.
  • 12(b) zeigt einen Zustand, bei dem das dritte Stützsubstrat 4 mit den Oberflächen der ersten Teilsubstrate (11, 12) verbunden wird. Das Verbindungsverfahren ist nicht spezifisch beschränkt. Beispielsweise können die Oberfläche des ersten Teilsubstrats (11, 12), das heißt die erste dünne Filmlage 110, und die Oberfläche des dritten Stützsubstrats 4 flach bearbeitet werden, um ein bei normaler Temperatur erfolgendes Verbinden in einem Zustand vorzusehen, bei dem beide Oberflächen durch ein Argonstrahlbündel und dergleichen aktiviert werden.
  • Danach werden die ersten Teilsubstrate (11, 12) in der Wasserstofflage 15 durch Erhöhen der Temperatur auf ungefähr 1000°C separiert (abgetrennt). Als ein Ergebnis kann, wie dies in 12(c) gezeigt ist, das dritte gebondete Substrat 73 erlangt werden, bei dem die erste dünne Filmlage 110, die in der Wasserstofflage 15 separiert ist, auf das dritte Stützsubstrat 4 verbunden ist. Wenn die Dicke des ersten Teilsubstrats (11, 12), das heißt die Dicke des ersten Substrats 1, eine Dicke von 100 µm hat, wird die erste dünne Filmlage 110 einmal separiert, was lediglich eine Verringerung der Dicke um ungefähr 1 µm bewirkt. Daher ermöglicht ein Polieren und dergleichen nach dem Abschälen ein erneutes Verwenden eines zweiten gebondeten Substrats 72 als ein Startsubstrat, wobei dieses mehrere hundertmal wiederverwendet werden kann.
  • Das zu verwendende Startsubstrat ist nicht auf das zweite gebondete Substrat 72 beschränkt, bei dem die Einzelkristalllage auf dem zweiten Stützsubstrat 3 ausgebildet ist, und ein erstes gebondetes Substrat 71, bei dem eine Einzelkristalllage auf dem ersten Stützsubstrat 2 ausgebildet ist, kann als das Startsubstrat verwendet werden. In diesem Fall kann eine Verbindungslage zum Verbinden des ersten Stützsubstrats 2 und des ersten Teilsubstrats (11, 12) einen hohen Wärmewiderstand haben.
  • Epitaxiallagenausbildungsschritt
  • Des Weiteren kann, wie dies in 12(d) gezeigt ist, die Oberfläche der ersten dünnen Filmlage 110 des dritten gebondeten Substrats 73 einem Polieren und dergleichen ausgesetzt werden, um ein gebondetes Substrat 74 zu erlangen, auf dem eine Epitaxiallage 5 ausgebildet ist. Die Dicke der Epitaxiallage 5 kann auf ungefähr 10 µm festgelegt werden, und die Epitaxiallage 5 dient als eine Aktivlage in einer Halbleitervorrichtung.
  • Die Epitaxiallage 5 wird auf der ersten dünnen Filmlage 110 ausgebildet, die von den vier ersten Teilsubstraten (11, 12) ausgebildet ist, wodurch auch bei der Epitaxiallage 5 ein Verbindungslinienteil 51 mit einer diskontinuierlichen Kristallinität in einem Abschnitt vorhanden ist, der dem Grenzlinienteil der ersten Teilsubstrate (11, 12) entspricht, siehe 13. Der Verbindungslinienteil 51 kann bei der Anreißlinie angewendet werden, wenn die Halbleitervorrichtung ausgebildet wird. Daher kann, wenn die Sichtbarkeit des Verbindungslinienteils 51 unzureichend ist, ein Markieren für eine Maskenausrichtung durch Drucken und dergleichen bei der in 12(d) gezeigten Stufe angewendet werden.
  • Das gebondete Substrat, das auf der Basis des gebondeten Substrats 74, wie vorstehend beschrieben, ausgebildet wird, kann als ein Endverbundhalbleitersubstrat 75 angewendet werden. Das Verbundhalbleitersubstrat 75 ist ein Verbundhalbleitersubstrat, bei dem eine erste dünne Filmlage 110, die aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, auf einem Stützsubstrat 4 verbunden ist. Die erste dünne Filmlage 110 ist in zwei oder mehr erste dünne Teilfilmlagen geteilt. Die ersten dünnen Teilfilmlagen sind auf dem Stützsubstrat 4 so aufgereiht, dass sie in Kontakt miteinander stehen.
  • 13 zeigt eine schematische Draufsicht und eine Querschnittsansicht des Verbundhalbleitersubstrats 75. Im vorliegenden Beispiel ist die erste dünne Filmlage 110 in vier erste dünne Teilfilmlagen 110a bis 110d geteilt, die jeweils eine fächerförmige Oberfläche mit einem Mittenwinkel von 90 Grad haben, und die ersten dünnen Teilfilmlagen 110a bis 110d sind so aufgereiht, dass sie miteinander um eine Mitte des Stützsubstrats 4 herum in Kontakt stehen. Der Verbundhalbleiter kann aus SiC, Galliumoxid und GaN ausgewählt werden. Das Verbundhalbleitersubstrat 75 kann ein Substrat sein, bei dem die Epitaxiallage 5 auf den Oberflächen der ersten dünnen Teilfilmlagen 110a bis 110d ausgebildet ist.
  • Die Größe des Verbundhalbleitersubstrats 75 ist nicht spezifisch beschränkt, aber der Durchmesser des Verbundhalbleitersubstrats 75 kann beispielsweise auf 10 Zoll, 12 Zoll und dergleichen festgelegt werden.
  • Das Verbundhalbleitersubstrat 75 kann Markierungen für ein visuelles Erkennen der Grenzlinienteile der ersten dünnen Teilfilmlagen 110a bis 110d haben. Die Markierungen ermöglichen ein Anwenden der Grenzlinienteile (das Verbindungslinienteil 51 der Epitaxiallage 5) der ersten dünnen Teilfilmlagen 110a bis 110d bei der Anreißlinie, wenn die Halbleitervorrichtung ausgebildet wird, wodurch das Verbundhalbleitersubstrat 75 als ein Halbleitersubstrat ohne Vergeudung genutzt werden kann.
  • Das Verbundhalbleitersubstrat und das Herstellverfahren für dieses gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglichen eine Zunahme des Durchmessers eines Breitbandspaltsubstrats, dessen Durchmesser schwierig zu erhöhen ist. Das Verbundhalbleitersubstrat kann ohne Vergeudung (ohne Abfall) genutzt werden, indem die Grenzlinienteile 51 der vier ersten dünnen Teilfilmlagen 110 als die Anreißlinie verwendet werden. Wenn die erste dünne Filmlage 110 durch Aufreihen von neun, sechzehn und dergleichen der ersten dünnen Teilfilmlagen konfiguriert wird, ist es schwierig, die Grenzlinienteile bei einer Anreißlinie ohne Elementgröße anzuwenden. Das heißt, ein Grenzlinienteil kann bei der Anreißlinie angewendet werden, aber das andere Grenzlinienteil kann nicht bei der Anreißlinie angewendet werden, da der Abstand (die Teilung) nicht übereinstimmt. Wenn beispielsweise die erste dünne Filmlage 110 durch Kombinieren der neun ersten dünnen Teilfilmlagen (siehe 5) ausgebildet wird, stimmen lediglich eine einzelne linke Reihe und eine einzelne horizontale Reihe nicht mit der Anreißlinie überein, was einen geringfügigen Abfall bewirkt. Um den Abfall weiter zu vermindern, kann die Größe des ersten Teilsubstrats 12 gemäß der Elementgröße festgelegt werden.
  • Vorstehend ist ein Beispiel dargelegt, bei dem ein Startsubstrat mit 8 Zoll oder 10 Zoll unter Verwendung des Verbundhalbleitersubstrats mit 6 Zoll konfiguriert ist, jedoch kann ein Startsubstrat mit 6 Zoll unter Verwendung eines Verbundhalbleitersubstrats mit 4 Zoll ganz genauso konfiguriert werden. Das Beispiel des SiC-Substrats ist vorstehend als das Verbundhalbleitersubstrat hauptsächlich beschrieben, jedoch kann es auch in ähnlicher Weise bei Breitbandspaltmaterialien wie zum Beispiel GaN und Galliumoxid angewendet werden.
  • Das Endstützsubstrat (drittes Stützsubstrat 4) ist nicht auf ein polykristallines SiC-Substrat beschränkt, und kann einen hohen Wärmewiderstand bei einer Temperatur haben, die gleich wie oder höher als eine Temperatur ist, die für ein Abschälen bei der Wasserstofflage notwendig ist. Beispielsweise kann das Endstützsubstrat ein Saphirsubstrat oder ein SiC-Substrat sein.
  • Wenn das Temporärstützsubstrat (erstes Stützsubstrat 2) nicht lediglich alkalifreies Glas, sondern auch ein transparentes Substrat ist, kann ein unter Lichteinwirkung aushärtbares Haftmittel für ein Verbinden des Temporärstützsubstrats mit dem ersten Teilsubstrat angewendet werden. Außerdem ist, wenn ein Haftmittel angewendet wird, das Material des Stützsubstrats nicht eingeschränkt. Es ist ebenfalls möglich, ein Si-Substrat als ein anordenbares Temporärstützsubstrat anzuwenden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Hochspannungsantriebselemente, die SiC und dergleichen verwenden, haben mit der Verbreitung von solchen Fahrzeugen, wie Hybridfahrzeuge und elektrische Fahrzeuge, an zunehmender Bedeutung gewonnen. Mit der Verbreitung von häuslichen intelligenten Stromnetzen (smart grid) ist die Rolle von Hochspannungselementen für den elektrischen Betrieb von häuslichen Anwendungen und die Energiehandhabung von Bedeutung geworden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Herstellen eines Verbundhalbleitersubstrats mit großem Durchmesser und hoher Qualität, was zu einer Kostenverringerung eines Breitbandspaltelementes beitragen kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erstes Substrat
    11, 12
    erstes Teilsubstrat
    110
    erste dünne Filmlage (erste dünne Teilfilmlage)
    2, 21, 22
    erstes Stützsubstrat
    3
    zweites Stützsubstrat
    4
    Stützsubstrat (drittes Stützsubstrat)
    5
    Epitaxiallage
    71
    erstes gebondetes Substrat
    72
    zweites gebondetes Substrat
    73
    drittes gebondetes Substrat
    74
    gebondetes Substrat
    75
    Verbundhalbleitersubstrat
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 201515401 [0004]

Claims (11)

  1. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: einen Teilsubstratausbildungsschritt zum von einem kreisartigen ersten Substrat, das aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht, erfolgenden Entfernen von zumindest einem Teil seines Umfangsrands in derartiger Weise, dass ein Abschnitt inklusive einer Mitte des ersten Substrats als ein erstes Teilsubstrat ausgebildet wird; und einen ersten Bondingschritt zum Ausbilden eines ersten gebondeten Substrats durch Aufreihen und Verbinden von zwei oder mehr der ersten Teilsubstrate auf einem ersten Stützsubstrat mit einem Durchmesser, der größer als ein Durchmesser des ersten Substrats ist.
  2. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Anspruch 1, wobei: in dem Teilsubstratausbildungsschritt das erste Substrat anhand zweier gerader Linien, die senkrecht zueinander an einem Referenzpunkt sind, bei dem ein Abstand von einer Mitte des ersten Substrats gleich wie oder geringer als ein Radius ist, und die in Bezug auf einen Durchmesser gleichwinklig sind, der durch den Referenzpunkt tritt, so geschnitten wird, dass Abschnitte, die die Mitte aufweisen, als die ersten Teilsubstrate ausgebildet werden; und in dem ersten Bondingschritt die vier ersten Teilsubstrate auf dem ersten Stützsubstrat so aufgereiht und verbunden werden, dass bewirkt wird, dass der Referenzpunkt einer ungefähren Mitte des ersten Stützsubstrats entspricht, und bewirkt wird, dass die Abschnitte, die durch die geraden Linien geschnitten werden, in Kontakt miteinander sind.
  3. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Anspruch 2, wobei in dem Teilsubstratausbildungsschritt die ersten Teilsubstrate anhand der beiden geraden Linien, die senkrecht zueinander an einem Durchmesser sind, der durch den Referenzpunkt tritt, des Weiteren so geschnitten werden, dass die vierseitigen ersten Teilsubstrate ausgebildet werden.
  4. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Anspruch 3, wobei in dem ersten Bondingschritt n2 (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) der ersten Teilsubstrate auf den ersten Stützsubstraten so aufgereiht und verbunden werden, dass ihre Seiten in Kontakt miteinander sind.
  5. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Anspruch 4 wobei in dem ersten Bondingschritt die vier ersten Teilsubstrate auf dem ersten Stützsubstrat so aufgereiht und verbunden werden, dass der Referenzpunkt einer ungefähren Mitte des ersten Stützsubstrats entspricht.
  6. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das des Weiteren die folgenden Schritte aufweist: einen zweiten Bondingschritt für ein Verbinden eines zweiten Stützsubstrats mit Oberflächen der ersten Teilsubstrate, die auf dem ersten Stützsubstrat aufgereiht und verbunden sind; und einen ersten Entfernschritt zum Entfernen des ersten Stützsubstrats zum Ausbilden eines zweiten gebondeten Substrats.
  7. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß Anspruch 6, das des Weiteren die folgenden Schritte aufweist: einen Wasserstofflagenausbildungsschritt zum Ausbilden einer Wasserstofflage bei einer vorbestimmten Tiefe von den Oberflächen der ersten Teilsubstrate des ersten gebondeten Substrats oder des zweiten gebondeten Substrats; einen dritten Bondingschritt zum Verbinden eines dritten Stützsubstrats mit den Oberflächen der ersten Teilsubstrate; und einen Separierschritt zum Separieren der ersten Teilsubstrate in der Wasserstofflage, um ein drittes gebondetes Substrat zu erlangen, das das dritte Stützsubstrat und eine erste dünne Filmlage aufweist, die auf dem dritten Stützsubstrat ausgebildet ist und aus dem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht.
  8. Herstellverfahren für ein Verbundhalbleitersubstrat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Verbundhalbleiter ein Verbundhalbleiter aus SiC, Galliumoxid oder GaN ist.
  9. Verbundhalbleitersubstrat mit: einem Stützsubstrat; und einer ersten dünnen Filmlage, die auf dem Stützsubstrat verbunden ist und aus einem Einzelkristall eines Verbundhalbleiters besteht; wobei: die erste dünne Filmlage in zwei oder mehr erste dünne Teilfilmlagen geteilt ist; und die ersten dünnen Teilfilmlagen auf dem Stützsubstrat so aufgereiht sind, dass sie miteinander in Kontakt stehen.
  10. Verbundhalbleitersubstrat gemäß Anspruch 9 wobei: die erste dünne Filmlage in die vier ersten dünnen Teilfilmlagen geteilt ist, die jeweils eine fächerförmige Oberfläche mit einem Mittenwinkel von 90 Grad haben; und die ersten dünnen Teilfilmlagen so aufgereiht sind, dass sie miteinander um eine Mitte des Stützsubstrats herum in Kontakt stehen.
  11. Verbundhalbleitersubstrat gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Verbundhalbleiter ein Verbundhalbleiter aus SiC, Galliumoxid oder GaN ist.
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