JP2002299277A - Manufacturing method for thin-film structural unit - Google Patents

Manufacturing method for thin-film structural unit

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JP2002299277A
JP2002299277A JP2001102414A JP2001102414A JP2002299277A JP 2002299277 A JP2002299277 A JP 2002299277A JP 2001102414 A JP2001102414 A JP 2001102414A JP 2001102414 A JP2001102414 A JP 2001102414A JP 2002299277 A JP2002299277 A JP 2002299277A
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epitaxial growth
substrate
thin film
sic
wafer
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JP2001102414A
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Japanese (ja)
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Takatoshi Watanabe
貴俊 渡辺
Joji Nishio
譲司 西尾
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a thin-film structural unit free from warpage. SOLUTION: This manufacturing method for a thin-film structural unit includes (1) a process in which substrate separation layers 3a and 3b are formed in a substrate (Si wafer) 1 having first and second main surface in a reaction chamber, (2) a process in which a first epitaxial growth layer 5a made of a material different from the material of the Si wafer 1 and second epitaxial growth layer 5b made of a material different from the materials of the first layer 5a and the Si substrate 1 are deposited simultaneously on the first main surface and the second main surface, respectively, in the same reaction chamber, and (3) a process in which the Si wafer 1 is separated by using the substrate separation layers 3a and 3b to obtain first and second independent thin-film structural units 8a and 8b which include the first and second epitaxial growth layers 5a and 5b, respectively. As hetero-epitaxial growth layers are deposited simultaneously on the first and second main surface of the substrate, warpages caused by a difference in lattice constaints and heat expansion coefficients cancel each other, so that the high quality epitaxial growth layers 5a and 5b can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜構造体の製造
方法に係り、特にエピタキシャル成長用基板の材料とな
る大口径バルク結晶を得ることが困難な半導体材料から
なる薄膜構造体の製造方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a thin film structure, and more particularly to a method of manufacturing a thin film structure made of a semiconductor material in which it is difficult to obtain a large-diameter bulk crystal serving as a material for a substrate for epitaxial growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、炭化珪素(以下において、「Si
C」という。)あるいは窒化ガリウム(以下において、
「GaN」という。)等の広禁制帯幅半導体(以下にお
いて、「ワイドバンドギャップ半導体」という。)の研
究が盛んである。SiCの禁制帯幅Egは、3C−Si
Cで2.23eV、6H−SiCで2.93eV、4H
−SiCで3.26eV程度の値が報告されている。G
aNの禁制帯幅Eg=約3.4eVである。ワイドバン
ドギャップ半導体として、この他に、禁制帯幅Eg=約
2.2eVのテルル化亜鉛(ZnTe)、禁制帯幅Eg
=約2.4eVの硫化カドミウム(CdS)、禁制帯幅
Eg=約2.7eVのセレン化亜鉛(ZnSe)、禁制
帯幅Eg=約3.7eVの硫化亜鉛(ZnS)、及び禁
制帯幅Eg=約5.5eVのダイアモンド等が知られて
いる。これらのワイドバンドギャップ半導体は結合エネ
ルギーが強く、禁制帯幅(バンドギャップ)、絶縁破壊
電界強度が大きい。そして、これらのワイドバンドギャ
ップ半導体の特徴をいかして、高効率・高耐圧パワーデ
バイス、高周波パワーデバイス、高温動作デバイス、あ
るいは青色から紫外発光デバイス用の材料として注目を
集めている。
2. Description of the Related Art In recent years, silicon carbide (hereinafter referred to as "Si
C ". ) Or gallium nitride (below,
"GaN". ), Etc. (hereinafter, referred to as “wide band gap semiconductor”). The forbidden band width Eg of SiC is 3C-Si
2.23 eV for C, 2.93 eV for 6H-SiC, 4H
A value of about 3.26 eV has been reported for -SiC. G
The forbidden band width Eg of aN is about 3.4 eV. In addition to the wide band gap semiconductor, forbidden band width Eg = zinc telluride (ZnTe) having a band gap of about 2.2 eV, forbidden band width Eg
= About 2.4 eV cadmium sulfide (CdS), band gap Eg = about 2.7 eV zinc selenide (ZnSe), band gap Eg = about 3.7 eV zinc sulfide (ZnS), and band gap Eg. = About 5.5 eV diamond and the like are known. These wide band gap semiconductors have a high binding energy, a forbidden band width (band gap), and a large breakdown electric field strength. Taking advantage of the characteristics of these wide band gap semiconductors, they are attracting attention as materials for high-efficiency, high-breakdown-voltage power devices, high-frequency power devices, high-temperature operating devices, or blue to ultraviolet light emitting devices.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】半導体産業において早
くから研究され、実用化が進んだ珪素(禁制帯幅Eg=
約1.1eV)や砒化ガリウム(禁制帯幅Eg=約1.
4eV)等の通常の禁制帯幅Egを有する半導体材料に
比すれば、これらのワイドギャップ半導体は、結晶成長
技術や不純物拡散技術が未開発であると言える。例え
ば、珪素(以下において、「Si」という。)では直径
30cmのウェハーが商業的に入手可能な段階に達して
いる。これに対し、これらのワイドバンドギャップ半導
体はバルク結晶として良好な単結晶が得られていないの
が現状である。特に量産に適した大口径のワイドバンド
ギャップ半導体基板(ウェハー)が得られていない。従
って、個別半導体デバイスや半導体集積回路等の半導体
装置の製造等のため大口径のエピタキシャル成長層が必
要な場合は、通常は目的とするワイドバンドギャップ半
導体とは異なる材料の大口径基板上にヘテロエピタキシ
ャル成長する方法が採用されている。この際、基板とヘ
テロエピタキシャル成長したワイドバンドギャップ半導
体薄膜との間に、格子定数及び熱膨張係数の相違に起因
する結晶欠陥や反りが生ずる。
SUMMARY OF THE INVENTION Silicon which has been studied in the semiconductor industry from an early stage and has been put to practical use (forbidden band width Eg =
About 1.1 eV) and gallium arsenide (forbidden band width Eg = about 1.
Compared to semiconductor materials having a normal bandgap Eg such as 4 eV), it can be said that these wide gap semiconductors have not yet developed a crystal growth technique or an impurity diffusion technique. For example, silicon (hereinafter referred to as “Si”) has reached a stage where a wafer having a diameter of 30 cm is commercially available. On the other hand, in these wide band gap semiconductors, at present, good single crystals cannot be obtained as bulk crystals. In particular, a large-diameter wide band gap semiconductor substrate (wafer) suitable for mass production has not been obtained. Therefore, when a large-diameter epitaxial growth layer is required for manufacturing a semiconductor device such as an individual semiconductor device or a semiconductor integrated circuit, heteroepitaxial growth is usually performed on a large-diameter substrate made of a material different from the intended wide band gap semiconductor. The method is adopted. At this time, crystal defects and warpage are caused between the substrate and the heteroepitaxially grown wide band gap semiconductor thin film due to differences in lattice constant and thermal expansion coefficient.

【0004】反りを生じた薄膜構造体を半導体装置の基
体として用いた場合、半導体装置の製造工程におけるフ
ォトリソグラフィプロセスにおいて光学的なピントが合
わない部分が生じるので、薄膜構造体の表面に対し正確
にパターンを転写することができない不都合が生じる。
また、ステッパー、イオン注入装置、CVD装置等の半
導体製造装置は、反りの無い平坦な基板を扱うことを前
提としてローダーや基板支持具が設計されているため、
反りが生じた基板を半導体製造装置内に収められなくな
る場合もある。更に、大きな応力がヘテロ接合界面に働
いているのでヘテロ接合界面付近において半導体薄膜の
結晶構造に欠陥が生じ、半導体装置として用いた場合の
電気的特性や表面モホロジーに悪い影響を与える。ま
た、口径が大きなウェハーになればなるほど、格子定数
及び熱膨張係数の差が無視出来なくなる。例えばSiC
を直径15cmのSiウェハー上にエピタキシャル成長
を行った場合、高品質かつ歩溜まりよい結晶を得ること
はできないのが現状である。面積の広いSiCエピタキ
シャル成長層を得られない場合、SiCを用いた半導体
装置を工業的に製造する際に1枚のウェハーから少数の
半導体装置しか得ることができず、効率の良い大量生産
を行うことが困難である。
When a warped thin film structure is used as a substrate of a semiconductor device, an optically out-of-focus portion occurs in a photolithography process in a semiconductor device manufacturing process. The inconvenience that a pattern cannot be transferred occurs.
In addition, a semiconductor manufacturing apparatus such as a stepper, an ion implantation apparatus, and a CVD apparatus has a loader and a substrate support designed on the assumption that a flat substrate without warpage is handled.
In some cases, the warped substrate cannot be accommodated in the semiconductor manufacturing apparatus. Further, since a large stress acts on the heterojunction interface, a defect occurs in the crystal structure of the semiconductor thin film near the heterojunction interface, which adversely affects the electrical characteristics and surface morphology when used as a semiconductor device. Also, as the diameter of the wafer becomes larger, the difference between the lattice constant and the coefficient of thermal expansion cannot be ignored. For example, SiC
At present, when epitaxial growth is performed on a Si wafer having a diameter of 15 cm, high quality and high yield crystals cannot be obtained. If a SiC epitaxial growth layer having a large area cannot be obtained, only a small number of semiconductor devices can be obtained from one wafer when a semiconductor device using SiC is manufactured industrially, and efficient mass production must be performed. Is difficult.

【0005】この問題を解決する方法としてSiCにつ
いては特開平11−60389号公報で製造方法が提案
され(以下において「第1の従来技術」という。)、G
aNに関しては特開2000−12900号公報におい
て製造方法が提案されている(以下において「第2の従
来技術」という。)。しかし、第1及び第2の従来技術
は格子定数の違いにより結晶成長過程に生ずる反りを防
止する方法として基板上に複雑なマスクパターンをあら
かじめ転写しておく必要があり、その分だけ余分な工程
が必要となり製造工程が複雑化する。また、格子定数の
違いによる成長中の反りの発生を防止出来ても、成長後
室温に戻した後に新たに生ずる熱膨張係数差による反り
を防ぐ必要がある。熱膨張係数差による反りを防止する
ためには成長後に基板を除去するのも1つの方法ではあ
るが、この工程については第1及び第2の従来技術は特
筆すべき技術を開示していない。第2の従来技術では基
板を除去する工程を通常のエッチングのみで行うため、
広い面積を有する基板を総て除去するのに相当の時間が
かかり、効率的ではないといえる。例えば第2の従来技
術では基板除去には10時間も費やしている。
As a method for solving this problem, a manufacturing method for SiC is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-60389 (hereinafter referred to as "first conventional technique").
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-12900 proposes a manufacturing method for aN (hereinafter, referred to as "second conventional technique"). However, in the first and second prior arts, a complicated mask pattern must be transferred onto a substrate in advance as a method for preventing warpage occurring in a crystal growth process due to a difference in lattice constant. Is required, and the manufacturing process becomes complicated. Further, even if the occurrence of warpage during growth due to a difference in lattice constant can be prevented, it is necessary to prevent warpage due to a difference in thermal expansion coefficient newly generated after the growth is returned to room temperature. One method is to remove the substrate after growth in order to prevent warpage due to the difference in thermal expansion coefficient. However, the first and second prior arts do not disclose any remarkable techniques for this step. In the second prior art, since the step of removing the substrate is performed only by ordinary etching,
It takes a considerable amount of time to remove all the substrates having a large area, which is not efficient. For example, in the second conventional technique, it takes 10 hours to remove the substrate.

【0006】更にエピタキシャル成長、特に気相エピタ
キシャル成長に関しては別の問題もある。ワイドバンド
ギャップ半導体薄膜をエピタキシャル成長する場合に、
現実には反応容器中に送り込まれる原料ガスの内、わず
かな量の原料ガスが基板表面と反応しエピタキシャル層
の形成に寄与しているに過ぎない。つまり、それ以外の
未反応の原料ガスは、そのまま反応容器から排出され、
エピタキシャル成長に全く寄与しない。従ってもっと効
率の良い気相エピタキシャル成長を行う必要がある。
[0006] There is another problem concerning epitaxial growth, particularly vapor phase epitaxial growth. When epitaxially growing a wide band gap semiconductor thin film,
In reality, only a small amount of the source gas fed into the reaction vessel reacts with the substrate surface and contributes to the formation of the epitaxial layer. In other words, the other unreacted source gas is discharged from the reaction vessel as it is,
Does not contribute to epitaxial growth at all. Therefore, it is necessary to perform more efficient vapor phase epitaxial growth.

【0007】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決するためになされたものであり、その目的は、反りの
無い薄膜構造体の製造方法を提供することである。
The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film structure without warpage.

【0008】また、本発明の他の目的は、半導体装置の
大量生産に適したより生産性の高い薄膜構造体の製造方
法を提供することである。
It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a thin film structure having higher productivity suitable for mass production of semiconductor devices.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、(イ)第1及び第2主表面を有する基板
の内部に基板分離層を設ける工程、(ロ)同一反応容器
中で、第1主表面に基板とは異なる材料からなる第1エ
ピタキシャル成長層、第2主表面に第1エピタキシャル
成長層と同一の材料からなる第2エピタキシャル成長層
を同時に堆積する工程、(ハ)基板分離層を用いて基板
を分離することにより、第1エピタキシャル成長層を含
む第1薄膜構造体、及び第2エピタキシャル成長層を含
む第2薄膜構造体を得る工程とからなる薄膜構造体の製
造方法であることを要旨とする。基板分離層を用いて基
板を分離することにより、同一なエピタキシャル成長層
の構造を持ち、且つ互いに独立した第1及び第2薄膜構
造体を得ることが出来る。ここで、「第1主表面」は、
実質的に平板形状(ウェハー形状)の基板の一方の主表
面(面積が最大若しくは2番目に大きな面)である。
「第2主表面」は、「第1主表面」に対向した他方の主
表面である。即ち、第1及び第2主表面のいずれか一方
が「表面」、他方が「裏面」と解釈出来る関係にある対
向した2つの面として定義される。「薄膜構造体」と
は、エピタキシャル成長によって成長した薄膜からなる
構造体のことであって、エピタキシャル成長薄膜の下に
基板が残存する場合を含む概念である。
In order to achieve the above object, the present invention provides (a) a step of providing a substrate separation layer inside a substrate having first and second main surfaces, and (b) the same reaction vessel. A step of simultaneously depositing a first epitaxial growth layer made of a material different from the substrate on the first main surface, and a second epitaxial growth layer made of the same material as the first epitaxial growth layer on the second main surface; Obtaining a first thin film structure including the first epitaxial growth layer and a second thin film structure including the second epitaxial growth layer by separating the substrate using the layers. Is the gist. By separating the substrate using the substrate separation layer, it is possible to obtain first and second thin film structures having the same structure of the epitaxial growth layer and being independent from each other. Here, the “first main surface” is
One main surface (surface having the largest area or the second largest area) of a substantially flat (wafer-shaped) substrate.
The “second main surface” is the other main surface facing the “first main surface”. That is, one of the first and second main surfaces is defined as two opposing surfaces having a relationship that can be interpreted as “front surface” and the other as “back surface”. The “thin film structure” is a structure made of a thin film grown by epitaxial growth, and is a concept including a case where a substrate remains under an epitaxially grown thin film.

【0010】本発明の薄膜構造体の製造方法は、特に、
大口径のウェハーを得るのが困難な2.2eVよりも禁
制帯の広いワイドバンドギャップ半導体のエピタキシャ
ル成長を含む薄膜構造体の製造に好適である。第1主表
面及び第2主表面上に同時にエピタキシャル成長層を堆
積することで、成長途中で生ずるエピタキシャル成長層
の内部の応力や反りを効果的に打ち消すことが可能とな
る。第1主表面及び第2主表面において同じ大きさの歪
みが発生し互いに打ち消されるためである。従ってエピ
タキシャル成長層は反ることなく、結晶の完全性の高い
エピタキシャル成長層が得られる。
The method for producing a thin film structure according to the present invention includes
It is suitable for the production of a thin film structure including epitaxial growth of a wide band gap semiconductor having a wider forbidden band than 2.2 eV, which makes it difficult to obtain a large-diameter wafer. By simultaneously depositing the epitaxial growth layer on the first main surface and the second main surface, it becomes possible to effectively cancel the stress and warpage inside the epitaxial growth layer generated during the growth. This is because distortions of the same magnitude are generated on the first main surface and the second main surface and cancel each other. Therefore, an epitaxially grown layer having high crystal perfection can be obtained without warping the epitaxially grown layer.

【0011】また本発明の特徴に係る薄膜構造体の製造
方法によれば、エピタキシャル成長層は第1主表面及び
第2主表面の両面に堆積する。ここでエピタキシャル成
長において供給される原料ガスの量は、基板の第1主表
面にのみエピタキシャル成長層を成長させる場合と同じ
量で良い。成長後に薄膜構造体を基板から分離すること
で1回の成長で1枚の基板から2枚の薄膜構造体を得る
ことが可能となるという生産性向上の利点がある。
According to the method of manufacturing a thin film structure according to the present invention, the epitaxial growth layer is deposited on both the first main surface and the second main surface. Here, the amount of the source gas supplied in the epitaxial growth may be the same amount as when the epitaxial growth layer is grown only on the first main surface of the substrate. By separating the thin film structure from the substrate after the growth, there is an advantage of improving productivity that two thin film structures can be obtained from one substrate in one growth.

【0012】なお、本発明の特徴において、第1薄膜構
造体に含まれる基板の厚みが第1エピタキシャル成長層
の厚みよりも小さいことが好ましい。含まれる基板の厚
さを薄い状態とすることで、エピタキシャル成長層側を
剛体とみなすことが可能となる。つまり、基板とエピタ
キシャル成長層の間に生ずる応力は、薄い基板側に作用
する。このため、2枚の薄膜構造に分離した後において
も、応力や反りがエピタキシャル成長層側に及ぶのを防
ぐことができる。
In the features of the present invention, it is preferable that the thickness of the substrate included in the first thin film structure is smaller than the thickness of the first epitaxial growth layer. By making the thickness of the included substrate thin, the epitaxial growth layer side can be regarded as a rigid body. That is, the stress generated between the substrate and the epitaxial growth layer acts on the thin substrate side. Therefore, even after separation into two thin film structures, it is possible to prevent stress and warpage from reaching the epitaxial growth layer side.

【0013】また、本発明の特徴において、ワイドバン
ドギャップ半導体としては、SiC又はGaNが好適で
ある。特に、エピタキシャル成長薄膜にSiCを採用す
るときは、基板に大口径ウェハーが容易に入手可能なS
iを用いることが好ましい。一方、エピタキシャル成長
薄膜にGaNを採用するときは、基板としてはGaNよ
りも、相対的に大口径化が容易であるSiCを用いるこ
とが可能である。この他の材料からなる組み合わせであ
っても本発明に係る製造方法を実施することは可能であ
る。
In the features of the present invention, SiC or GaN is preferable as the wide band gap semiconductor. In particular, when SiC is used for the epitaxially grown thin film, a large-diameter wafer can be easily obtained as a substrate.
It is preferable to use i. On the other hand, when GaN is adopted as the epitaxially grown thin film, it is possible to use SiC, which can be relatively easily made larger in diameter than GaN, as the substrate. It is possible to carry out the manufacturing method according to the present invention even with a combination of other materials.

【0014】また、基板分離層を設ける工程が、基板に
プロトン(H)を注入する段階を含むことが好まし
い。プロトンを注入することにより、基板内の原子間結
合が部分的に切断され、基板が特定の結晶面で剥離可能
な状態となるからである。特に、基板が加熱されること
によって、プロトンが注入された領域では、基板内の原
子間結合の切断が促進され、更に熱応力が加わることに
より、基板内の原子間結合が、特定の面において完全に
切断される。
Preferably, the step of providing a substrate separation layer includes a step of injecting protons (H + ) into the substrate. This is because, by injecting protons, the interatomic bonds in the substrate are partially cut, and the substrate can be separated at a specific crystal plane. In particular, the heating of the substrate promotes the breaking of interatomic bonds in the substrate in the region into which protons have been implanted, and further increases the thermal stress, causing the interatomic bonds in the substrate to grow on specific surfaces. Completely disconnected.

【0015】プロトンを一部の領域には注入しない「ボ
ンド領域」を残留させ、エピタキシャル成長の終了後、
原子間結合の維持されているボンド領域についてのみ選
択的なエッチングを行うことにより第1及び第2薄膜構
造体を互いに分離することができる。選択エッチングで
溶解除去する必要のある基板領域はボンド領域のみにな
るので、僅かなエッチングですみ、第1及び第2薄膜構
造体を互いに分離する工程がきわめて迅速に行うことが
できる。
A “bond region” in which protons are not implanted in some regions is left, and after the epitaxial growth is completed,
The first and second thin film structures can be separated from each other by performing selective etching only on the bond region where the interatomic bond is maintained. Since only the bond region is required to be dissolved and removed by the selective etching, only a small amount of etching is required, and the step of separating the first and second thin film structures from each other can be performed very quickly.

【0016】基板分離層を設ける工程としては、この他
に、SIMOX法若しくは直接接合法(SDB法)によ
りSOI構造を形成する工程としても良い。両面のエピ
タキシャル成長後に、SOI構造を構成している埋め込
み絶縁膜を選択エッチングしても基板を分離出来る。
In addition to the step of providing the substrate separation layer, a step of forming an SOI structure by a SIMOX method or a direct bonding method (SDB method) may be used. After epitaxial growth on both sides, the substrate can be separated by selective etching of the buried insulating film constituting the SOI structure.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは
類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。た
だし、図面は模式的なものであり、層の厚みと幅との関
係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なること
に留意すべきである。また、図面の相互間においても互
いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていること
は勿論である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the width of the layers, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. In addition, it is needless to say that the drawings include portions having different dimensional relationships and ratios.

【0018】(両面エピタキシャル成長装置)まず、本
発明の実施の形態に係る薄膜構造体を得るための両面エ
ピタキシャル成長装置について説明する。両面エピタキ
シャル成長装置は気相エピタキシャル成長に関するもの
で、図4に示す半導体ウェハー保持装置16と、半導体
ウェハー保持装置16を内部に含む円筒形の石英管(反
応容器)18と、石英管18の周囲に巻かれた発熱コイ
ル(高周波誘導加熱コイル)19及び図示を省略した圧
力調整器、マスフローコントローラやガス配管系等の原
料供給機構及び排出機構からなる。なお図示は省略して
いるが、半導体ウェハー保持装置16は支持枠などによ
って石英管18内部に固定されていることは勿論であ
る。
First, a double-sided epitaxial growth apparatus for obtaining a thin-film structure according to the embodiment of the present invention will be described. The double-sided epitaxial growth apparatus relates to vapor phase epitaxial growth, and includes a semiconductor wafer holding device 16 shown in FIG. 4, a cylindrical quartz tube (reaction vessel) 18 containing the semiconductor wafer holding device 16 therein, and a coil wound around the quartz tube 18. A heating coil (high-frequency induction heating coil) 19, a pressure regulator (not shown), a material supply mechanism such as a mass flow controller and a gas piping system, and a discharge mechanism are provided. Although not shown, the semiconductor wafer holding device 16 is fixed inside the quartz tube 18 by a support frame or the like.

【0019】半導体ウェハーの保持装置16は、ウェハ
ー保持部16a、16bと接続部39a、39bからな
る。ウェハー保持部16a、16bは、それぞれ図4及
び図5に示す通り超高純度SiC被膜でカバーされたグ
ラファイトを原料とした奥行きのある櫛形構造からな
る。この2つの櫛形構造は互いを接続部39a、39b
により接続されており、図4に示された半導体ウェハー
保持装置16の断面は円形状となる。櫛形構造の凹部分
を有する1対のウェハー保持部16a、16bによって
半導体ウェハー17の両端部を挟み込むことにより半導
体ウェハー17は半導体ウェハー保持装置16内に固定
される。半導体ウェハー17は両端部においてウェハー
保持部16a、16bにより固定されることから半導体
ウェハー17の両面が、反応容器となる石英管18中で
露出し、半導体ウェハー17の両面が供給される原料ガ
ス雰囲気中にさらされることとなる。また、ウェハー保
持部16a、16bが複数の凹部分を有するため、半導
体ウェハー保持装置16は半導体ウェハー17を多数保
持することが可能となる。このことにより一度の気相エ
ピタキシャル成長で複数の半導体ウェハーについて第1
主表面及び第2主表面でのエピタキシャル成長層の成長
が可能となり、更に効率的な薄膜構造体の製造が実現出
来る。
The semiconductor wafer holding device 16 comprises wafer holding portions 16a and 16b and connecting portions 39a and 39b. As shown in FIGS. 4 and 5, the wafer holding portions 16a and 16b have a deep comb structure made of graphite covered with an ultra-high purity SiC coating. The two comb structures connect each other with the connecting portions 39a, 39b.
The cross section of the semiconductor wafer holding device 16 shown in FIG. 4 is circular. The semiconductor wafer 17 is fixed in the semiconductor wafer holding device 16 by sandwiching both ends of the semiconductor wafer 17 by a pair of wafer holding portions 16a and 16b having a comb-shaped concave portion. Since the semiconductor wafer 17 is fixed at both ends by the wafer holding portions 16a and 16b, both surfaces of the semiconductor wafer 17 are exposed in a quartz tube 18 serving as a reaction vessel, and a raw material gas atmosphere to which both surfaces of the semiconductor wafer 17 are supplied. Will be exposed inside. Further, since the wafer holding units 16a and 16b have a plurality of concave portions, the semiconductor wafer holding device 16 can hold a large number of semiconductor wafers 17. As a result, the first vapor-phase epitaxial growth of a plurality of semiconductor wafers
The epitaxial growth layer can be grown on the main surface and the second main surface, and a more efficient thin film structure can be manufactured.

【0020】なお、ウェハー保持部16a、16bは超
高純度SiC被膜でカバーされたグラファイトからなる
ことを特徴とする。これは発熱コイル19より放射され
るRF電力を効率良く吸収し、発熱することによりその
熱を半導体ウェハー17に伝えることを目的とする。R
F電力の吸収特性と熱伝導率が優れているとの観点から
グラファイトを用いることとしたものである。従って、
発熱コイル19によって生ずるRF電力を効率良く半導
体ウェハー17に伝えることができるものであればウェ
ハー保持部16a、16bはグラファイト以外の物質か
らなるものでも構わない。また発熱コイル19を抵抗発
熱体で構成し、抵抗加熱方式で半導体ウェハー17を加
熱しても良い。しかし、この場合は石英管(反応容器)
18の管壁が加熱されてホットウォール方式になるの
で、石英管18からの落下物の問題や、成長速度の低下
が問題となる。
The wafer holders 16a and 16b are made of graphite covered with an ultra-high purity SiC coating. The purpose is to efficiently absorb the RF power radiated from the heating coil 19 and generate heat to transfer the heat to the semiconductor wafer 17. R
From the viewpoint of excellent F power absorption characteristics and thermal conductivity, graphite is used. Therefore,
The wafer holders 16a and 16b may be made of a material other than graphite as long as the RF power generated by the heating coil 19 can be efficiently transmitted to the semiconductor wafer 17. Further, the heating coil 19 may be constituted by a resistance heating element, and the semiconductor wafer 17 may be heated by a resistance heating method. However, in this case, a quartz tube (reaction vessel)
Since the tube wall of the tube 18 is heated to be a hot wall system, there is a problem of a falling object from the quartz tube 18 and a decrease in growth rate.

【0021】また半導体ウェハー17の表面領域の内、
1対のウェハー保持部16a、16bによって保持され
ている部分では、原料ガスと表面反応が無いため気相エ
ピタキシャル成長が行われることが無い。従って気相エ
ピタキシャル成長が可能な半導体ウェハー17の面積を
広くとるために半導体ウェハー17の両端で固定するの
ではなく、片端のみを保持する方法で固定しても構わな
い。ただしこの場合、両端を固定した場合に比べ成長時
のガス流や熱歪みにより半導体ウェハー17が動きやす
く安定性に欠ける。このため、安定性確保のために別途
何らかの保持具が必要となる。また、櫛形構造の凹部に
はめ込む構造でなく、半導体ウェハー保持部16a、1
6bを半導体ウェハー17の第1及び第2主表面には一
切接触せず、半導体ウェハー17の側面(端面)を挟み
込むような構造とするのも好ましい。この場合、半導体
ウェハー17の両面が全面において、原料ガスと表面反
応することとなるため、更に効率の良いエピタキシャル
成長が可能となる。その他半導体ウェハー17の両面が
原料ガスとの表面反応を確保出来るような方法で半導体
ウェハー17を保持する装置であれば、両面エピタキシ
ャル成長装置として使用可能である。
In the surface area of the semiconductor wafer 17,
At the portions held by the pair of wafer holding portions 16a and 16b, there is no surface reaction with the source gas, so that vapor phase epitaxial growth is not performed. Therefore, in order to increase the area of the semiconductor wafer 17 on which the vapor phase epitaxial growth can be performed, the semiconductor wafer 17 may be fixed not at both ends but by only one end. However, in this case, the semiconductor wafer 17 tends to move due to gas flow and thermal distortion during growth, and lacks stability, as compared with the case where both ends are fixed. For this reason, some other holding tool is required to ensure stability. Also, the semiconductor wafer holding portions 16a, 1
It is also preferable to adopt a structure in which the side 6b does not contact the first and second main surfaces of the semiconductor wafer 17 at all and sandwiches the side surface (end surface) of the semiconductor wafer 17. In this case, since both surfaces of the semiconductor wafer 17 are surface-reacted with the source gas on the entire surface, more efficient epitaxial growth can be performed. In addition, any device that holds the semiconductor wafer 17 in such a manner that both surfaces of the semiconductor wafer 17 can ensure a surface reaction with the source gas can be used as a double-sided epitaxial growth device.

【0022】また、両面エピタキシャル成長時に原料ガ
スの流入源に近い部分と遠い部分では、半導体ウェハー
17付近に存在する原料ガスの量、原料ガスの線速、基
板表面への反応種の供給量、基板表面への反応種の吸着
量、基板表面からの反応生成物の離脱量等が異なり、気
相エピタキシャル成長後の膜厚が面内で均一とならない
場合がある。そのような事態を防止するため石英管18
に内径が大きいものを用いて半導体ウェハー保持装置1
6を石英管18と分離した構造にして、支持具によって
半導体ウェハー保持装置16を回転出来る構造とするこ
とも有効である。回転させることで半導体ウェハー17
に接する原料ガスの量が平均化され、より均一な膜厚の
両面エピタキシャル成長層を堆積することが可能とな
る。なお、より効率的に平均的な量の原料ガスを半導体
ウェハー17の各領域付近に存在させるため、回転軸を
2軸設けるようにすればよい。
In the portion near and far from the source of the source gas during the double-sided epitaxial growth, the amount of the source gas existing near the semiconductor wafer 17, the linear velocity of the source gas, the supply amount of the reactive species to the substrate surface, the substrate The amount of reactive species adsorbed on the surface, the amount of reaction product desorbed from the substrate surface, and the like are different, and the film thickness after vapor phase epitaxial growth may not be uniform in the plane. In order to prevent such a situation, the quartz tube 18
Semiconductor wafer holding device 1 having a large inner diameter
It is also effective to adopt a structure in which the semiconductor wafer holding device 16 can be rotated by a supporting tool by separating the quartz tube 18 from the quartz tube 18. By rotating the semiconductor wafer 17
The amount of the source gas in contact with the substrate is averaged, so that a double-sided epitaxial growth layer having a more uniform film thickness can be deposited. In order to more efficiently cause the average amount of the source gas to be present in the vicinity of each region of the semiconductor wafer 17, two rotation axes may be provided.

【0023】(第1の実施の形態)図1,図2を用い
て、第1の実施の形態に係る薄膜構造体の製造方法につ
いて説明する。ここでは、本発明のワイドバンドギャッ
プ半導体単結晶薄膜として、立方晶SiC(以下、「3
C−SiC」という。)単結晶薄膜を両面エピタキシャ
ル成長する場合を例に説明する。両面エピタキシャル成
長用の基板としてはSi基板(Siウェハー)1を用い
る。
(First Embodiment) A method for manufacturing a thin film structure according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. Here, as the wide band gap semiconductor single crystal thin film of the present invention, cubic SiC (hereinafter referred to as “3
C-SiC ". A case where a single crystal thin film is epitaxially grown on both sides will be described as an example. A Si substrate (Si wafer) 1 is used as a substrate for double-sided epitaxial growth.

【0024】以下、順を追って3C−SiC単結晶薄膜
を含む薄膜構造体の製造方法について、説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a thin film structure including a 3C-SiC single crystal thin film will be described step by step.

【0025】(イ)Siウェハー1の第1主表面上にレ
ジストをスピン塗布し、レジストパターンによりイオン
注入マスク2aを形成する。イオン注入マスク2aは、
フォトリソグラフィ法を用いて図1(a)、(b)に示
すように2つの同心リングからなるパターンを用いる。
(A) A resist is spin-coated on the first main surface of the Si wafer 1, and an ion implantation mask 2a is formed by a resist pattern. The ion implantation mask 2a
Using a photolithography method, a pattern composed of two concentric rings is used as shown in FIGS.

【0026】(ロ)そして、図2(a)に示すようにイ
オン注入マスク2aを用いてSiウェハー1の第1主表
面に対してプロトン(H)を注入する。第1の実施の
形態ではSiウェハー1の第1主表面から深さ1μmの
位置にH注入領域3aを形成する。具体的には加速エ
ネルギーを150keVとし、ドーズ量を5x1016cm
-2とする。この工程によりSiウェハー1中には、図2
(b)に示すようにSi原子の結合が部分的に切断され
たH注入領域3aが形成される。
(B) Then, as shown in FIG.
First main table of Si wafer 1 using ON implantation mask 2a
Proton (H+Inject). Of the first implementation
In the embodiment, the Si wafer 1 is 1 μm deep from the first main surface.
H in position+An implantation region 3a is formed. Specifically, acceleration
Energy 150 keV and dose 5 × 1016cm
-2And As a result of this process, the Si wafer 1
As shown in (b), the bond of the Si atom is partially broken.
H+An implantation region 3a is formed.

【0027】(ハ)次に、Siウェハー1の第1主表面
と第2主表面を反転させ、Siウェハー1の第2主表面
にフォトリソグラフィ法を用いて図1(a)、(b)に
示すような2つの同心リングの形状のレジストパターン
からなるイオン注入マスク2bを形成する。
(C) Next, the first main surface and the second main surface of the Si wafer 1 are reversed, and the second main surface of the Si wafer 1 is applied to the second main surface by photolithography as shown in FIGS. An ion implantation mask 2b composed of two concentric ring-shaped resist patterns as shown in FIG.

【0028】(ニ)次に、(ハ)の工程で形成したイオ
ン注入マスク2bを用いて、図2(c)に示すようにS
iウェハー1の第2主表面にH注入を行う。この結
果、図2(d)に示すように、表面から深さ1μmの位
置にH注入領域3bが形成される。そして、図2
(d)に示すように、イオン注入マスク2a、2bを除
去する。
(D) Next, using the ion implantation mask 2b formed in the step (c), as shown in FIG.
H + implantation is performed on the second main surface of the i-wafer 1. As a result, as shown in FIG. 2D, the H + implantation region 3b is formed at a position 1 μm deep from the surface. And FIG.
As shown in (d), the ion implantation masks 2a and 2b are removed.

【0029】(ホ)次に、Siウェハー1を半導体ウェ
ハー保持装置16を用いて第1及び第2主表面が両面エ
ピタキシャル成長装置の石英管18に接触しないように
して固定する。石英管18内に固定した後、まずSiウ
ェハー1の第1及び第2主表面を炭化する。Siウェハ
ー1上に直接3C−SiCエピタキシャル成長層5a、
5bを堆積すると格子定数などの違いから転位が多く発
生してしまうため、両面エピタキシャル成長の前にSi
ウェハー1の第1及び第2主表面を炭化して3C−Si
C膜4a,4bを形成しておく。具体的には、石英管1
8の管内圧力が2.7Paとなるよう、石英管18内にア
セチレン(C2H2)を供給する。アセチレンの供給量
は10sccmである。このアセチレン雰囲気中で石英
管18内の温度を室温から1050℃にまで、2時間か
けて上昇させる。この過程でSiウェハー1の第1及び
第2主表面においてアセチレンに含まれる炭素がSiの
位置に入り込み図2(e)に示すようにSiウェハー1
の第1及び第2主表面上に3C−SiC膜4a,4bが
形成される。
(E) Next, the Si wafer 1 is fixed using the semiconductor wafer holding device 16 so that the first and second main surfaces do not contact the quartz tube 18 of the double-sided epitaxial growth device. After being fixed in the quartz tube 18, first, the first and second main surfaces of the Si wafer 1 are carbonized. 3C-SiC epitaxial growth layer 5a directly on Si wafer 1,
When 5b is deposited, many dislocations are generated due to a difference in lattice constant and the like.
3C-Si by carbonizing the first and second main surfaces of wafer 1
C films 4a and 4b are formed in advance. Specifically, the quartz tube 1
Acetylene (C2H2) is supplied into the quartz tube 18 so that the inside pressure of the tube 8 becomes 2.7 Pa. The supply amount of acetylene is 10 sccm. In this acetylene atmosphere, the temperature in the quartz tube 18 is raised from room temperature to 1050 ° C. over 2 hours. In this process, carbon contained in acetylene enters the position of Si on the first and second main surfaces of the Si wafer 1, and as shown in FIG.
3C-SiC films 4a and 4b are formed on the first and second main surfaces.

【0030】(ヘ)次に、Siウェハー1の第1及び第
2主気相エピタキシャル成長を行う。石英管18内の温
度を1050℃に維持し、3C−SiCの原料としてジ
クロルシラン(SiH2Cl2)とアセチレンを用い
る。この2つの原料を20sccmで10秒ずつ、2つ
の原料を切り替えるインターバルを5秒として、それぞ
れを交互に石英管18内に流す。このとき石英管18内
の圧力はジクロルシラン供給時に27.0Paであり、アセ
チレン供給時は2.7Paである。なお、気相エピタキシ
ャル成長における原料及びその流入量はSiウェハーの
片面にのみエピタキシャル成長させる通常の気相エピタ
キシャル成長の場合と同様である。原料の供給サイクル
を繰り返し、図2(f)に示すように3C−SiCエピ
タキシャル成長層5a、5bが100μmの厚さになる
まで両面エピタキシャル成長させる。3C−SiCエピ
タキシャル成長層5a及び5bの厚みは成長時間を調整
することにより制御することが可能である。3C−Si
Cエピタキシャル成長層5a、5bが欠陥の少ない良好
な単結晶からなるためにはある程度の厚みが必要である
ので、3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bの
厚みは50μm以上であることが望ましい。
(F) Next, the first and second main vapor phase epitaxial growths of the Si wafer 1 are performed. The temperature in the quartz tube 18 is maintained at 1050 ° C., and dichlorosilane (SiH 2 Cl 2) and acetylene are used as raw materials for 3C—SiC. The two raw materials are alternately flowed into the quartz tube 18 at 20 sccm for 10 seconds and at an interval of switching between the two raw materials of 5 seconds. At this time, the pressure in the quartz tube 18 is 27.0 Pa when dichlorosilane is supplied, and is 2.7 Pa when acetylene is supplied. The raw materials and the inflow amount in the vapor phase epitaxial growth are the same as those in the normal vapor phase epitaxial growth in which the epitaxial growth is performed only on one surface of the Si wafer. The supply cycle of the raw material is repeated, and both surfaces are epitaxially grown until the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b have a thickness of 100 μm as shown in FIG. The thickness of the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b can be controlled by adjusting the growth time. 3C-Si
Since the C epitaxial growth layers 5a and 5b need to have a certain thickness in order to be made of a good single crystal having few defects, the thickness of the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b is desirably 50 μm or more.

【0031】(ト)3C−SiCエピタキシャル成長層
5a、5bを第1及び第2主表面上に成長後、第1主表
面側の3C−SiCエピタキシャル成長層5aからなる
第1薄膜構造体8aと、第2主表面側の3C−SiCエ
ピタキシャル成長層5bからなる第2薄膜構造体8bの
分離を行う。(ロ)、(ニ)の工程であらかじめSiウ
ェハー1中に設けておいたH注入領域3a、bによ
り、Siウェハー1中のSi原子の結合が部分的に切断
されている。また、3C−SiCエピタキシャル成長層
5a、5bをSiウェハー1上に両面エピタキシャル成
長させる際に、Siウェハー1の温度が1050℃にま
で上昇しているため、熱応力によりH注入領域3a、
3bではSi原子間の結合が完全に切断された剥離状態
となっている。従って、H注入領域3a、3b以外の
ボンド領域によってのみ原子間結合されている。その原
子間結合を維持しているボンド領域を図2(g)に示す
ように選択的に除去することにより、最終的には、図2
(h)に示すようにSiウェハー6と、第1及び第2薄
膜構造体8a及び8bに分離する。ここで、原子間結合
を維持しているボンド領域の選択的な除去は図2(g)
に示すようなSiウェハー1に対するサイドエッチング
により行う。サイドエッチングに用いるエッチング液は
硝酸(HNO3)とフッ酸(HF)を1:7の割合の混
合溶液などのSi選択エッチング液を使用する。このS
iの選択エッチング液はSiのみを溶解し、しかも短時
間で終了するため、3C−SiCエピタキシャル成長層
5a、5bには何ら影響を与えない。以上で3C−Si
Cエピタキシャル成長層5a、5bを含む、第1及び第
2薄膜構造体8a、8bが得られる。
(G) After growing the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b on the first and second main surfaces, a first thin film structure 8a consisting of the 3C-SiC epitaxial growth layer 5a on the first main surface side, The second thin film structure 8b composed of the 3C-SiC epitaxial growth layer 5b on the 2 main surface side is separated. The bonding of Si atoms in the Si wafer 1 is partially cut by the H + implanted regions 3a and 3b previously provided in the Si wafer 1 in the steps (b) and (d). Further, when the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b are epitaxially grown on both sides on the Si wafer 1, the temperature of the Si wafer 1 has risen to 1050 ° C., so that the H + implantation region 3a,
3b is in a peeled state in which the bond between Si atoms is completely cut. Therefore, the atoms are bonded only by the bond regions other than the H + implantation regions 3a and 3b. By selectively removing the bond region maintaining the interatomic bond as shown in FIG. 2 (g), finally, as shown in FIG.
As shown in (h), the wafer is separated into the Si wafer 6 and the first and second thin film structures 8a and 8b. Here, the selective removal of the bond region maintaining the interatomic bond is shown in FIG.
Is performed by side etching on the Si wafer 1 as shown in FIG. As an etching solution used for the side etching, a Si selective etching solution such as a mixed solution of nitric acid (HNO3) and hydrofluoric acid (HF) at a ratio of 1: 7 is used. This S
Since the selective etching solution i dissolves only Si and is completed in a short time, it does not affect the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b at all. With the above, 3C-Si
The first and second thin film structures 8a and 8b including the C epitaxial growth layers 5a and 5b are obtained.

【0032】従来のエピタキシャル成長方法ではSiウ
ェハーの片方の主表面上にのみ3C−SiCエピタキシ
ャル成長層を片面エピタキシャル成長させていたが、S
i基板と3C−SiCエピタキシャル成長層との格子定
数不整合や熱膨張係数の違いに起因してSi基板と3C
−SiCエピタキシャル成長層のヘテロ接合界面の方向
に張力が生じるために、エピタキシャル成長層に反りが
生ずる問題があった。しかし、Siウェハー1の第1及
び第2主表面の上に3C−SiCエピタキシャル成長層
5a、5bを同じ条件下で同時に両面エピタキシャル成
長させた場合、Si基板(ウェハー)1と第1及び第2
の3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bとのそ
れぞれのヘテロ接合界面で生ずる応力もSiウェハー1
の第1及び第2主表面において同じ大きさとなる。従っ
て第1及び第2主表面に3C−SiCエピタキシャル成
長層5a、5bを堆積することによりSiウェハー1の
上下で生ずる応力が打ち消し合い、その結果反りが生じ
ない良質な薄膜構造体が得られるのである。
In the conventional epitaxial growth method, the 3C-SiC epitaxial growth layer is grown on one side only on one main surface of the Si wafer.
Due to the lattice constant mismatch between the i-substrate and the 3C-SiC epitaxial growth layer and the difference in the coefficient of thermal expansion,
-Since tension is generated in the direction of the heterojunction interface of the SiC epitaxial growth layer, there is a problem that the epitaxial growth layer is warped. However, when the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b are simultaneously epitaxially grown on the first and second main surfaces of the Si wafer 1 under the same conditions, the Si substrate (wafer) 1 and the first and second
The stress generated at each heterojunction interface with the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a, 5b of the Si wafer 1
Have the same size on the first and second main surfaces. Therefore, by depositing the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b on the first and second main surfaces, stresses generated above and below the Si wafer 1 cancel each other out, and as a result, a high-quality thin film structure without warpage can be obtained. .

【0033】第1の実施の形態に係る薄膜構造体の製造
方法によれば、Siウェハー1の第1及び第2主表面に
第1及び第2の3C−SiCエピタキシャル成長層5
a、5bをそれぞれ堆積させるため、格子不整合や、熱
膨張係数の違いによってSi基板7a、7bと第1及び
第2の3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bの
ヘテロ接合境界面で生ずる応力がちょうど打ち消し合
い、薄膜構造体8a、8bの反りを防止することができ
る。従って、良質で大面積のエピタキシャル成長層を含
む薄膜構造体の製造が可能となる。
According to the method of manufacturing the thin film structure according to the first embodiment, the first and second 3C-SiC epitaxial growth layers 5 are formed on the first and second main surfaces of the Si wafer 1.
a and 5b, respectively, the stress generated at the heterojunction interface between the Si substrates 7a and 7b and the first and second 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b due to lattice mismatch and difference in thermal expansion coefficient. It is possible to prevent cancellation and warp of the thin film structures 8a and 8b. Therefore, it is possible to manufacture a thin film structure including a high-quality, large-area epitaxial growth layer.

【0034】また、第1の実施の形態に係る薄膜構造体
の製造方法によれば、残存したSi基板7a、7bの厚
みが3C−Siエピタキシャル成長C層5a、5bより
も薄くなるように薄膜構造体8a、8bを分離し、格子
定数不整合による応力等により結晶構造に影響が及ぶの
は3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bではな
くSi基板7a、7bにすることが可能なため、分離後
も3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bの構造
が変化することがなく大面積のエピタキシャル成長層を
含む薄膜構造体を得ることができる。
Further, according to the method of manufacturing a thin film structure according to the first embodiment, the thin film structure is formed such that the thickness of the remaining Si substrates 7a and 7b is smaller than that of the 3C-Si epitaxially grown C layers 5a and 5b. It is possible to separate the bodies 8a and 8b and influence the crystal structure by stress or the like due to lattice constant mismatch, instead of the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b, instead of the Si substrates 7a and 7b. It is possible to obtain a thin film structure including a large-area epitaxial growth layer without changing the structure of the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b.

【0035】更に、第1の実施の形態に係るエピタキシ
ャル成長層を含む薄膜構造体の製造方法によれば、Si
ウェハー1の片面のみでなく、Siウェハー1の両面に
第1及び第2の3C−SiCエピタキシャル成長層5
a、5bを堆積させるため、従来の気相エピタキシャル
成長と同じ量の原料ガスを用い、同じ程度の時間をかけ
ることによってウェハー2枚分の気相エピタキシャル成
長を行うことが可能となる。
Further, according to the method of manufacturing a thin film structure including an epitaxial growth layer according to the first embodiment,
The first and second 3C-SiC epitaxial growth layers 5 are formed not only on one side of the wafer 1 but also on both sides of the Si wafer 1.
In order to deposit a and 5b, the same amount of raw material gas as in the conventional vapor phase epitaxial growth is used, and the same amount of time is spent, whereby the vapor phase epitaxial growth for two wafers can be performed.

【0036】第1の実施の形態に係る薄膜構造体の製造
方法における(ト)の工程は、基板の第1及び第2の主
表面にそれぞれ第1及び第2エピタキシャル成長層5
a、5bの堆積を行った後、第1及び第2の3C−Si
Cエピタキシャル成長層5a、5bからなる第1及び第
2薄膜構造体8a、8bとSiウェハー1を、第1及び
第2主表面と平行な面によって分離するためである。そ
して、(イ)、(ロ)、(ハ)、(ニ)の一連の工程
は、第1及び第2薄膜構造体8a、8bへの分離を容易
にするための準備工程である。SiC/Si/SiCの
ダブルヘテロ接合構造を半導体装置に用いることも不可
能ではないが、Si/SiCシングルへテロ構造若しく
はSiCのみの薄膜構造体からなる半導体装置の方が汎
用性が高い。
The step (g) in the method for manufacturing a thin film structure according to the first embodiment includes the steps of: forming first and second epitaxial growth layers 5 on the first and second main surfaces of the substrate, respectively;
a and 5b, the first and second 3C-Si
This is for separating the first and second thin film structures 8a and 8b composed of the C epitaxial growth layers 5a and 5b from the Si wafer 1 by a plane parallel to the first and second main surfaces. The series of steps (a), (b), (c), and (d) are preparation steps for facilitating separation into the first and second thin film structures 8a and 8b. Although it is not impossible to use a SiC / Si / SiC double heterojunction structure for a semiconductor device, a semiconductor device having a Si / SiC single heterostructure or a thin film structure of only SiC has higher versatility.

【0037】複数の薄膜構造体に分離する方法として、
Siウェハー1の第1及び第2主表面に第1及び第2の
3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bを成長し
た後にサイドエッチングによってSiウェハー1を横方
向に溶かしていく方法が考えられる。しかし、かかる方
法を用いた場合エッチング液と接触する面積が少なく、
かつエッチングする体積は大きいため、第1及び第2の
3C−SiC薄膜構造体8a、8bを互いに分離するま
でに非常に長い時間がかかる。このことは半導体装置の
製造にとって製造コストの面で大きなマイナスである。
また、Siのエッチングに用いるエッチング液としては
硝酸(HNO3)とフッ酸(HF)の混合液などがある
が、あまりに長時間にわたるエッチングをした場合第1
及び第2の3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5
bに対しても悪影響を与えるという懸念が生ずる。
As a method of separating into a plurality of thin film structures,
A method is considered in which the first and second 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b are grown on the first and second main surfaces of the Si wafer 1 and then the Si wafer 1 is melted in the lateral direction by side etching. However, when such a method is used, the area in contact with the etching solution is small,
Since the volume to be etched is large, it takes a very long time to separate the first and second 3C-SiC thin film structures 8a and 8b from each other. This is a great disadvantage in terms of manufacturing cost for manufacturing semiconductor devices.
As an etching solution used for etching Si, there is a mixed solution of nitric acid (HNO 3 ) and hydrofluoric acid (HF).
And second 3C-SiC epitaxial growth layers 5a, 5a
There is a concern that b may be adversely affected.

【0038】そこで第1の実施の形態に係る薄膜構造体
の製造方法は、第1及び第2の3C−SiCエピタキシ
ャル成長層5a、5bを堆積する前に、Siウェハー1
の内部にあらかじめH注入領域3a、3bを形成して
いる。Hを注入することによってSiウェハー1内部
のSiの位置にHが入り込み、Si原子同士の結合を
部分的に切断する。その後の第1及び第2の3C−Si
Cエピタキシャル成長層5a、5bの堆積時にSiウェ
ハー1全体が高温となり、熱応力も加わることによりH
注入領域3a、3b内ではSi原子間の結合が完全に
切断される。一方で第1及び第2の3C−SiCエピタ
キシャル成長層5a、5bの成長途中に第1及び第2の
3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bを含む第
1及び第2薄膜構造体8a、8bとSiウェハー1が分
離するのは好ましくない。従って、エピタキシャル成長
時にHを注入する際、あらかじめ一部にH注入領域
3a、3bを形成しないボンド領域を確保しておく。こ
のことにより第1及び第2の3C−SiCエピタキシャ
ル成長層5a、5bが成長する間は、Siウェハー1は
完全には分離されない。そして、第1及び第2の3C−
SiCエピタキシャル成長層5a、5bが成長した後に
ボンド領域にサイドエッチングを施すことにより第1及
び第2薄膜構造体8a、8bとSiウェハー6を分離す
る。この工程は、Siウェハー1は既に部分的に切断さ
れ剥離しているため、最終的に除去するSiの領域は小
さな面積のボンド領域のみで済む。従ってH注入領域
3a、3bを形成しない場合と比較して、エッチングを
行う時間が少なくて済み、効率的に第1及び第2薄膜構
造体8a、8bとSiウェハー6を分離することができ
る。
Therefore, the method of manufacturing the thin film structure according to the first embodiment is based on the fact that the first and second 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b are deposited before the Si wafer 1 is deposited.
Are formed in advance inside the H + region. By implanting H + , H + enters the position of Si inside the Si wafer 1 and partially cuts bonds between Si atoms. Subsequent first and second 3C-Si
When the C epitaxial growth layers 5a and 5b are deposited, the temperature of the entire Si wafer 1 becomes high and thermal stress is applied, so that H
In the + implantation regions 3a and 3b, the bond between Si atoms is completely cut. On the other hand, the first and second thin film structures 8a and 8b including the first and second 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b during the growth of the first and second 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b and the Si wafer It is undesirable for 1 to separate. Therefore, when H + is implanted during epitaxial growth, a bond region in which the H + implanted regions 3a and 3b are not formed is secured in advance. Thus, the Si wafer 1 is not completely separated during the growth of the first and second 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b. And the first and second 3C-
After the SiC epitaxial growth layers 5a and 5b are grown, the first and second thin film structures 8a and 8b are separated from the Si wafer 6 by performing side etching on the bond regions. In this step, since the Si wafer 1 is already partially cut and peeled, the Si region to be finally removed only needs to be a bond region having a small area. Therefore, compared to the case where the H + implanted regions 3a and 3b are not formed, the time for performing the etching is shorter, and the first and second thin film structures 8a and 8b and the Si wafer 6 can be efficiently separated. .

【0039】(イ)、(ハ)の工程において、形成する
イオン注入マスク2a、2bのパターンは2つの同心リ
ングの形状にしなければならないというわけではなく他
の形状のパターンとしても良いし、Siウェハー1の第
1主表面と第2主表面において、異なった形状のパター
ンとしても第1の実施の形態に係る薄膜構造体の製造方
法は実施可能である。しかし、例えばSiウェハー1の
ごく一部にのみボンド領域を残留した場合、エピタキシ
ャル成長時にウェハーはそのボンド領域においてのみ互
いに原子間結合することとなり、機械的強度が弱くな
る。このため小さな衝撃力によりSiウェハー1は容易
に剥離してしまう状態となる。従って、ボンド領域はあ
る程度広い面積を有する必要がある。また、基板の反り
をなくすという観点からも、ボンド領域のパターンレイ
アウトを考える必要がある。第1主表面において生ずる
応力と第2主表面において生ずる応力が効果的に打ち消
されないと、部分的に基板に反りが生じ、従来同様、良
質な3C−SiC単結晶薄膜を含む薄膜構造体が得られ
ないためである。従って、一様に配置された複数のボン
ド領域で原子間結合し、かつ第1及び第2主表面側のパ
ターンが同一となるトポロジーが望ましい。また、第1
及び第2主表面を同一のパターンとするとフォトリソグ
ラフィ法におけるマスクパターンを1枚用意すれば足り
るため、作業コストの面からも好ましい。なお、イオン
注入マスク2a、2bのパターンは図1(c)のように
形成しても良い。このように形成した場合、(ト)のサ
イドエッチング工程において、エッチング液が内部にも
入りやすいため、更に迅速にSiウェハー6と薄膜構造
体8a、8bの分離を行える。
In the steps (a) and (c), the pattern of the ion implantation masks 2a and 2b to be formed does not have to be in the form of two concentric rings, but may be in other shapes. The method for manufacturing a thin film structure according to the first embodiment can be implemented even if patterns having different shapes are formed on the first main surface and the second main surface of the wafer 1. However, for example, when the bond region remains only in a very small portion of the Si wafer 1, the wafers are bonded to each other only in the bond region during epitaxial growth, and the mechanical strength is weakened. Therefore, the Si wafer 1 is easily peeled off by a small impact force. Therefore, the bond region needs to have a certain large area. Also, from the viewpoint of eliminating the warpage of the substrate, it is necessary to consider the pattern layout of the bond region. If the stress generated at the first main surface and the stress generated at the second main surface are not effectively canceled out, the substrate may be partially warped, and a thin film structure including a high-quality 3C-SiC single crystal thin film may be formed as in the related art. This is because they cannot be obtained. Therefore, it is desirable to have a topology in which atoms are bonded in a plurality of uniformly arranged bond regions and the patterns on the first and second main surface sides are the same. Also, the first
If the second main surface has the same pattern, it is sufficient to prepare one mask pattern in the photolithography method, which is preferable from the viewpoint of working cost. The pattern of the ion implantation masks 2a and 2b may be formed as shown in FIG. When formed in this manner, in the side etching step (g), the etching liquid easily enters the inside, so that the Si wafer 6 and the thin film structures 8a and 8b can be more quickly separated.

【0040】また(ロ)、(ニ)の工程においてH
入領域3a、3bの射影飛程はSiウェハー1の表面か
ら1μmとしているが、射影飛程はこの値に限定される
のではなく、より深い射影飛程に形成しても良いし、浅
い射影飛程に形成しても良い。ただし、分離後の薄膜構
造体8a、8bのそれぞれにおいて、残存したSi基板
7a、7bよりも3C−SiCエピタキシャル成長層5
a、5bの厚みの方が厚くなるようにH注入領域3
a、3bの射影飛程を設定することが好ましい。薄膜構
造体8a、8bを分離した後3C−SiCエピタキシャ
ル成長層5a、5bの方がSi基板7a、7bよりも厚
くなっていると、格子不整合などによって結晶構造が歪
むのは3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bで
はなく残存したSi基板7a、7bの方となるためであ
る。従って良質な3C−SiCエピタキシャル成長層5
a、5bを有する薄膜構造体8a、8bを得ることがで
きる。また、薄膜構造体8a、8bとSiウェハー6を
分離した後、更にエッチングを追加し、薄膜構造体8
a、8bからSi基板7a、7bを除去して3C−Si
Cエピタキシャル成長層5a、5bのみを取り出すこと
も可能である。しかし、得られた薄膜構造体8a、8b
を横型のMOSトランジスタなどの半導体装置に用いる
場合等はSi基板7の存在は半導体装置の動作に何ら影
響を及ぼさないため、Si基板7a、7bを除去しなく
ても良い。
In the steps (b) and (d), the projection range of the H + implanted regions 3a and 3b is set to 1 μm from the surface of the Si wafer 1, but the projection range is not limited to this value. , May be formed in a deeper projection range, or may be formed in a shallower projection range. However, in each of the separated thin film structures 8a and 8b, the 3C-SiC epitaxial growth layer 5 is larger than the remaining Si substrates 7a and 7b.
The H + implantation region 3 is formed so that the thicknesses of a and 5b are larger.
It is preferable to set the projection ranges of a and 3b. If the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b are thicker than the Si substrates 7a and 7b after separating the thin film structures 8a and 8b, the crystal structure is distorted due to lattice mismatch or the like. This is because the remaining Si substrates 7a and 7b are used instead of 5a and 5b. Therefore, high quality 3C-SiC epitaxial growth layer 5
a and 5b can be obtained. After the thin film structures 8a and 8b and the Si wafer 6 are separated, etching is further added to the thin film structures 8a and 8b.
3C-Si by removing Si substrates 7a and 7b from a and 8b
It is also possible to take out only the C epitaxial growth layers 5a and 5b. However, the obtained thin film structures 8a, 8b
Is used for a semiconductor device such as a lateral MOS transistor or the like, the presence of the Si substrate 7 does not affect the operation of the semiconductor device at all, so the Si substrates 7a and 7b need not be removed.

【0041】むしろSi基板7a、7bを、最終的に残
すことによりSi基板7a、7bをオーミックコンタク
ト層として使用できる。冒頭で述べたように、SiC等
のワイドバンドギャップ半導体については、絶縁物によ
り近い材料であるため、不純物拡散技術が未だ確立され
ていない。このため、3C−SiCエピタキシャル成長
層5a、5bをオーミックコンタクト層として使用出来
る程度に充分に低比抵抗化するのは、現状では困難であ
る。一方、Siについては、既に、容易にオーミックコ
ンタクト層として利用出来る低比抵抗層を得る技術が確
立されているためである。
Rather, the Si substrates 7a and 7b can be used as ohmic contact layers by leaving the Si substrates 7a and 7b finally. As described at the outset, since a wide band gap semiconductor such as SiC is a material closer to an insulator, an impurity diffusion technique has not yet been established. For this reason, it is difficult at present to sufficiently reduce the specific resistance so that the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b can be used as ohmic contact layers. On the other hand, for Si, a technique for obtaining a low resistivity layer that can be easily used as an ohmic contact layer has already been established.

【0042】なお、(ロ)、(ニ)のプロトン注入の工
程は、3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bを
成長した後に行っても良い。しかし、3C−SiCエピ
タキシャル成長層5a、5bの成長前に行う方が、注入
する射影飛程が3C−SiCエピタキシャル成長層5
a、5bの厚みの分だけ小さく済むため、加速電圧が低
く済むという点で望ましい。特にプロトン注入による3
C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bに与えるダ
メージを考慮すれば、3C−SiCエピタキシャル成長
層5a、5bの成長前に行う方が好ましい。
The steps (b) and (d) of proton implantation may be performed after the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b are grown. However, when the projection range to be implanted is increased before the growth of the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b,
Since the thickness can be reduced by the thickness of a and 5b, it is desirable in that the acceleration voltage can be reduced. Especially by proton injection 3
In consideration of the damage to the C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b, it is preferable to perform the process before growing the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b.

【0043】(第2の実施の形態)第2の実施の形態で
は、本発明のワイドバンドギャップ半導体単結晶薄膜と
して、六方晶GaN(以下において、「H−GaN」と
いう。)単結晶薄膜を両面エピタキシャル成長させる場
合を例に説明する。ここでは、両面エピタキシャル成長
用の基板としてはSiC基板(SiCウェハー)9を用
いる。GaNバルク結晶に比較すれば、SiCバルク結
晶の方が、大口径化が容易で、SiC基板がエピタキシ
ャル成長用基板として入手可能な事情による。
(Second Embodiment) In the second embodiment, a hexagonal GaN (hereinafter, referred to as "H-GaN") single crystal thin film is used as the wide band gap semiconductor single crystal thin film of the present invention. A case where both sides are epitaxially grown will be described as an example. Here, a SiC substrate (SiC wafer) 9 is used as a substrate for double-sided epitaxial growth. Compared to the GaN bulk crystal, the SiC bulk crystal is easier to increase the diameter, and the SiC substrate can be obtained as a substrate for epitaxial growth.

【0044】以下、H−GaN単結晶薄膜を含む薄膜構
造体の製造方法について、第1の実施の形態との相違点
を中心に、図3を用いて説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing a thin film structure including an H-GaN single crystal thin film will be described with reference to FIG. 3, focusing on differences from the first embodiment.

【0045】(イ)基板に用いるのは、4H−SiCウ
ェハー9である。4H−SiCウェハー9の第1主表面
にレジストをスピン塗布し、フォトリソグラフィ法を用
いて図1(a)、(b)に示すレジストパターンからな
るイオン注入マスク10aを形成する。
(A) The substrate used is a 4H-SiC wafer 9. A resist is spin-coated on the first main surface of the 4H-SiC wafer 9, and an ion implantation mask 10a having a resist pattern shown in FIGS. 1A and 1B is formed by photolithography.

【0046】(ロ)4H−SiCウェハー9の第1主表
面に、イオン注入マスク10aを用いて図3(a)に示
すようにHを注入する。イオン注入において加速エネ
ルギーを150keVとし、ドーズ量を5x1016cm-2
とするのは第1の実施の形態における(ロ)の工程と同
様であり、これらの値を変更することにより分離後の薄
膜構造体30a、30bに含まれる4H−SiC基板1
5a、15bの厚みを調整することが可能である点も第
1の実施の形態と同様である。
(B) H + is implanted into the first main surface of the 4H-SiC wafer 9 using an ion implantation mask 10a as shown in FIG. In the ion implantation, the acceleration energy is set to 150 keV, and the dose is set to 5 × 10 16 cm −2.
This is the same as the process (b) in the first embodiment, and by changing these values, the 4H-SiC substrate 1 included in the thin film structures 30a and 30b after separation is changed.
The point that the thickness of 5a and 15b can be adjusted is also the same as that of the first embodiment.

【0047】(ハ)4H−SiCウェハー9の第1主表
面と第2主表面を反転して、第2主表面に対しイオン注
入マスク10bを形成する。(イ)の工程と同様にレジ
ストをスピン塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて図
1(a)、(b)に示すように2つの同心リングのパタ
ーンからなるイオン注入マスク10bを形成する。
(C) The first main surface and the second main surface of the 4H-SiC wafer 9 are inverted to form an ion implantation mask 10b on the second main surface. In the same manner as in the step (a), a resist is spin-coated, and an ion implantation mask 10b having two concentric ring patterns is formed by photolithography as shown in FIGS. 1A and 1B.

【0048】(ニ)次に、イオン注入マスク10bを用
いて、4H−SiCウェハー9の第2主表面にH注入
を行う。(ロ)の工程と同様に、表面から深さが1μm
の位置にH注入領域11bを形成する。その後、図示
しないがイオン注入マスク10a、10bを除去する。
(D) Next, H + implantation is performed on the second main surface of the 4H-SiC wafer 9 using the ion implantation mask 10b. As in the step (b), the depth from the surface is 1 μm.
The H + implantation region 11b is formed at the position. Thereafter, although not shown, the ion implantation masks 10a and 10b are removed.

【0049】(ホ)次に4H−SiCウェハー9を両面
エピタキシャル成長装置の反応容器18内に固定した
後、AlNバッファ層12a、12bを形成する。4H
−SiCウェハー9とH−GaNエピタキシャル成長層
13a、13bとの間の格子定数の違いを緩和し、欠陥
が生じるのを抑えるためである。原料としてはトリメチ
ルアルミニウム(TMA)とジメチルヒドラジン(DM
Hy)を用いる。基板の温度を600℃にして50nm
程度の厚さに積層する。
(E) Next, after fixing the 4H-SiC wafer 9 in the reaction vessel 18 of the double-sided epitaxial growth apparatus, the AlN buffer layers 12a and 12b are formed. 4H
This is because the difference in lattice constant between the SiC wafer 9 and the H-GaN epitaxial growth layers 13a and 13b is reduced, and the occurrence of defects is suppressed. The raw materials are trimethylaluminum (TMA) and dimethylhydrazine (DM
Hy) is used. 50 nm with substrate temperature of 600 ° C
Laminate to about the thickness.

【0050】(へ)次に、4H−SiCウェハー9の第
1及び第2の主平面上にH−GaNエピタキシャル成長
層13a、13bを同時に両面エピタキシャル成長させ
る。原料としてトリメチルガリウム(TMG)とジメチ
ルヒドラジンを交互に供給することによりH−GaNエ
ピタキシャル成長層13a、13bを両面エピタキシャ
ル成長させる。トリメチルガリウムの量を7.6scc
m、ジメチルヒドラジンの量を270sccmとし、3
0分間成長を行う。
(F) Next, on both the first and second main planes of the 4H-SiC wafer 9, H-GaN epitaxial growth layers 13a and 13b are simultaneously epitaxially grown on both sides. By alternately supplying trimethylgallium (TMG) and dimethylhydrazine as raw materials, the H-GaN epitaxial growth layers 13a and 13b are epitaxially grown on both sides. The amount of trimethylgallium is 7.6 scc
m, the amount of dimethylhydrazine is 270 sccm, and 3
Grow for 0 minutes.

【0051】(ト)最後に4H−SiCウェハー14と
薄膜構造体30a、30bの分離を行う。あらかじめ4
H−SiCウェハー9中にH注入領域11a、11b
を設けていたため4H−SiCウェハー9中のSi原子
とC原子の結合が部分的に切断されている。また、H−
GaNエピタキシャル成長層13a、13bを4H−S
iCウェハー9上に堆積する際に、4H−SiCウェハ
ー9の温度が高温となり、熱応力も加わることによりH
注入領域11a、11bにおいて原子間結合は完全に
切断されている。従って第1の実施の形態の場合と同
様、H注入領域11a、11b以外のボンド領域に対
してサイドエッチングを行うことで、短時間で容易に薄
膜構造体30a、30bを4H−SiCウェハー14か
ら分離することができる。以上でH−GaNエピタキシ
ャル成長層13a、13bを含む第1及び第2薄膜構造
体30a、30bが得られる。
(G) Finally, the 4H-SiC wafer 14 is separated from the thin film structures 30a and 30b. 4 in advance
H + implanted regions 11 a and 11 b in H-SiC wafer 9
Is provided, the bond between the Si atom and the C atom in the 4H-SiC wafer 9 is partially cut. H-
GaN epitaxial growth layers 13a and 13b are 4H-S
When depositing on the iC wafer 9, the temperature of the 4H-SiC wafer 9 becomes high and thermal stress is applied, so that H
In the + implantation regions 11a and 11b, the interatomic bonds are completely broken. Therefore, as in the case of the first embodiment, the thin film structures 30a and 30b can be easily and quickly formed on the 4H-SiC wafer 14 by performing side etching on the bond regions other than the H + implantation regions 11a and 11b. Can be separated from Thus, the first and second thin film structures 30a and 30b including the H-GaN epitaxial growth layers 13a and 13b are obtained.

【0052】H−GaNのエピタキシャル成長は従来サ
ファイア基板上で行うのが主流であるが、サファイア自
体は絶縁体であるため基板の裏面から電極を取り出すこ
とができないという欠点がある。また、サファイア基板
の熱伝導性の悪さから、高温動作、あるいは、大出力動
作では、寿命が極端に短くなるという欠点も有する。こ
れに対し、4H−SiCを基板とした場合、基板に不純
物をドープすることにより電導度を上げることができ
る。また4H−SiCの禁制帯幅は他の半導体と比較し
ても充分大きく熱電導度も高い。従って4H−SiC基
板上にH−GaN層を形成した半導体装置は、サファイ
ア基板を用いた場合の欠点を解消出来ることが期待され
る。一方で4H−SiC基板上にH−GaNをエピタキ
シャル成長した場合、サファイアを基板とした場合に比
べて欠陥が生じやすい。4H−SiC 基板を用いてH
−GaNを成長した場合、4H−SiC とH−GaN
系半導体の熱膨張係数の違いから結晶成長時にクラック
が入り、充分な厚さの積層構造の形成が困難である。従
ってH−GaNを活性層に用いたレーザダイオードにつ
いても、サファイア基板では現実に製造が行われている
のに対し4H−SiCを基板とした場合、室温での連続
発振には未だ至っていない。第2の実施の形態に係る薄
膜構造体の製造方法において、結晶の反りを効果的に防
止することにより、良質な結晶が得られることから、こ
れらの欠点も解消するものと期待される。
Conventionally, H-GaN is epitaxially grown on a sapphire substrate. However, since sapphire itself is an insulator, there is a drawback that an electrode cannot be taken out from the back surface of the substrate. In addition, due to the poor thermal conductivity of the sapphire substrate, the sapphire substrate has a drawback that its life is extremely short in high-temperature operation or high-power operation. On the other hand, when 4H—SiC is used as the substrate, the conductivity can be increased by doping the substrate with impurities. Also, the forbidden band width of 4H-SiC is sufficiently large as compared with other semiconductors, and the thermal conductivity is high. Therefore, a semiconductor device in which an H-GaN layer is formed on a 4H-SiC substrate is expected to be able to solve the drawbacks when using a sapphire substrate. On the other hand, when H-GaN is epitaxially grown on a 4H-SiC substrate, defects are more likely to occur than when sapphire is used as the substrate. H using a 4H-SiC substrate
-GaN grown, 4H-SiC and H-GaN
Cracks occur during crystal growth due to differences in the thermal expansion coefficients of the system semiconductors, making it difficult to form a laminated structure having a sufficient thickness. Therefore, a laser diode using H-GaN for the active layer is actually manufactured on a sapphire substrate, but when 4H-SiC is used as a substrate, continuous oscillation at room temperature has not yet been achieved. In the method of manufacturing the thin film structure according to the second embodiment, since high-quality crystals can be obtained by effectively preventing the warpage of the crystals, it is expected that these disadvantages will be solved.

【0053】なお、第2の実施の形態に係る薄膜構造体
の製造方法の(ニ)の工程においてバッファ層にはAl
NのみならずGaNを用いることも可能である。
In the method (d) of the method for manufacturing a thin film structure according to the second embodiment, the buffer layer
Not only N but also GaN can be used.

【0054】第2の実施の形態に係る薄膜構造体の製造
方法において、4H−SiCウェハー9の第1主表面及
び第2主表面の双方にH−GaNをエピタキシャル成長
することにより、4H−SiC基板15a、15bとH
−GaNエピタキシャル成長層13a、13bとの間に
生ずる応力が打ち消し合い、反ることが無い、H−Ga
Nエピタキシャル成長層13a、13bを含む第1及び
第2薄膜構造体30a、30bを製造することが可能と
なる。
In the method of manufacturing a thin film structure according to the second embodiment, the 4H-SiC substrate is formed by epitaxially growing H-GaN on both the first main surface and the second main surface of the 4H-SiC wafer 9. 15a, 15b and H
H-Ga, which is generated by the stress generated between the -GaN epitaxial growth layers 13a and 13b cancel each other and does not warp,
The first and second thin film structures 30a and 30b including the N epitaxial growth layers 13a and 13b can be manufactured.

【0055】また第2の実施の形態に係る薄膜構造体の
製造方法において、一回の成長工程で4H−SiCウェ
ハー9の第1主表面及び第2主表面の双方にH−GaN
エピタキシャル成長層13a、13bを両面エピタキシ
ャル成長させるため、効率良く第1及び第2薄膜構造体
30a、30bを製造することが可能となる。
In the method of manufacturing a thin film structure according to the second embodiment, both the first main surface and the second main surface of the 4H-SiC wafer 9 are H-GaN in one growth step.
Since the epitaxial growth layers 13a and 13b are epitaxially grown on both sides, the first and second thin film structures 30a and 30b can be efficiently manufactured.

【0056】また、第2の実施の形態に係る薄膜構造体
の製造方法において4H−SiCに対してHを注入す
ることにより、Si原子とC原子の間の結合が部分的に
切断される。従って第1の実施の形態におけると同様
に、両面エピタキシャル成長を行った後のサイドエッチ
ングを併用することで簡易かつ短時間で4H−SiCウ
ェハー14と薄膜構造体30a、30bを分離すること
が可能となる。
Further, in the method of manufacturing a thin film structure according to the second embodiment, by injecting H + into 4H—SiC, a bond between Si atoms and C atoms is partially cut. . Therefore, as in the first embodiment, the 4H-SiC wafer 14 and the thin film structures 30a and 30b can be separated easily and in a short time by using the side etching after performing the double-sided epitaxial growth. Become.

【0057】(第3の実施の形態)第3の実施の形態に
係る薄膜構造体の製造方法について、説明する。ここで
は、本発明のワイドバンドギャップ半導体単結晶薄膜と
して、立方晶GaN(以下において、「C−GaN」と
いう。)単結晶薄膜を含む薄膜構造体の製造方法につい
て説明する。両面エピタキシャル成長用の基板としては
第1の実施の形態と類似な工程で製造したSiC基板
(SiCウェハー)9を用いる。
(Third Embodiment) A method of manufacturing a thin film structure according to a third embodiment will be described. Here, a method of manufacturing a thin film structure including a cubic GaN (hereinafter, referred to as “C-GaN”) single crystal thin film as the wide band gap semiconductor single crystal thin film of the present invention will be described. As a substrate for double-sided epitaxial growth, a SiC substrate (SiC wafer) 9 manufactured by a process similar to that of the first embodiment is used.

【0058】以下に、図6及び図2を参照してC−Ga
N単結晶薄膜を含む薄膜構造体の製造方法について、説
明する。
Hereinafter, C-Ga will be described with reference to FIGS.
A method for manufacturing a thin film structure including an N single crystal thin film will be described.

【0059】(イ)まず、基板に用いる3C−SiC基
板40を準備する。3C−SiC基板40は、第1の実
施の形態と類似な工程で製造したものを用いるが、第1
の実施の形態とは異なり、Siウェハー1に対するH
注入工程は必要ない。Siウェハーから薄膜構造体8
a、8bを分離すること無く、そのままC−GaN単結
晶薄膜の両面エピタキシャル成長用基板として用いるた
めである。3C−SiC基板40のそれ以外の製造方法
については、第1の実施の形態における(ハ)、(ニ)
と全く同様に行うことができるため、ここでは説明を省
略する。
(A) First, a 3C-SiC substrate 40 to be used as a substrate is prepared. As the 3C-SiC substrate 40, a substrate manufactured by a process similar to that of the first embodiment is used.
Unlike the embodiment, H + for Si wafer 1
No injection step is required. Thin film structure 8 from Si wafer
This is because a and 8b are used as a substrate for double-sided epitaxial growth of a C-GaN single crystal thin film without separation. Other manufacturing methods of the 3C-SiC substrate 40 are described in (C) and (D) of the first embodiment.
Since it can be performed in exactly the same way, the description is omitted here.

【0060】(ロ)第3の実施の形態では、図6におけ
る3C−SiCエピタキシャル成長層5a中にH注入
領域20aを形成する。C−GaNエピタキシャル成長
層22a、22bを成長した後、薄膜構造体23aを3
C−SiCエピタキシャル成長層5aから分離するため
である。Hを注入してH注入領域20aを形成する
工程は、第1の実施の形態における(イ)、(ロ)と同
様に行う。
(B) In the third embodiment, an H + implanted region 20a is formed in the 3C-SiC epitaxial growth layer 5a in FIG. After growing the C-GaN epitaxial growth layers 22a and 22b, the thin film structure 23a is
This is for separation from the C-SiC epitaxial growth layer 5a. Step of injecting H + to form H + implanted region 20a is in the first embodiment (b), carried out in the same manner as in (b).

【0061】(ハ)次に3C−SiC基板40の第1主
表面と第2主表面を反転させ、3C−SiCエピタキシ
ャル成長層5b中にH注入領域20bを形成する。C
−GaNエピタキシャル成長層22a、22bを成長し
た後、薄膜構造体23bを3C−SiCエピタキシャル
成長層5bから分離するためである。Hを注入してH
注入領域20bを形成する工程は、第1の実施の形態
における(ハ)、(ニ)と同様に行う。
(C) Next, the first main part of the 3C-SiC substrate 40
3C-SiC epitaxy by reversing the surface and the second main surface
H in the growth layer 5b+An implantation region 20b is formed. C
Growing the GaN epitaxial growth layers 22a and 22b
After that, the thin film structure 23b is subjected to 3C-SiC epitaxial growth.
This is for separating from the growth layer 5b. H+And inject H
+The step of forming the implantation region 20b is described in the first embodiment.
(C) and (d).

【0062】(ニ)次に3C−SiC基板40の第1主
表面と第2主表面上にAlNバッファ層21a、21b
を堆積する。3C−SiC基板40を両面エピタキシャ
ル成長装置内に固定し、800℃に加熱してトリメチル
アルミニウムを9sccm、ジメチルヒドラジンを55
sccm供給して、5分間成長を行う。
(D) Next, the AlN buffer layers 21a and 21b are formed on the first main surface and the second main surface of the 3C-SiC substrate 40, respectively.
Is deposited. The 3C-SiC substrate 40 was fixed in a double-sided epitaxial growth apparatus, heated to 800 ° C., and trimethylaluminum was 9 sccm and dimethylhydrazine was 55
The growth is performed for 5 minutes by supplying sccm.

【0063】(ホ)C−GaNエピタキシャル成長層2
2a、22bを同時に堆積する。3C−SiC基板40
を900℃にまで加熱してトリメチルガリウムを8sc
cm、ジメチルヒドラジンを55sccm供給し、20
分間、エピタキシャル成長を行う。
(E) C-GaN epitaxial growth layer 2
2a and 22b are simultaneously deposited. 3C-SiC substrate 40
Is heated to 900 ° C. and trimethylgallium is heated to 8 sc
cm, dimethylhydrazine is supplied at 55 sccm,
The epitaxial growth is performed for minutes.

【0064】(ヘ)最後にサイドエッチングを行い、薄
膜構造体23a、23bをSiウェハー1及び3C−S
iCエピタキシャル成長層5a、5bから分離する。分
離後にAlNバッファ層21a、21bの下に残存する
SiCはC−GaNエピタキシャル成長層22a、22
bに比べて薄いため、分離後も薄膜構造体23a、23
bに反りが生じることは無く、良質なC−GaNエピタ
キシャル成長層22a、22bを含む薄膜構造体23
a、23bを得ることができる。
(F) Finally, side etching is performed to remove the thin film structures 23a and 23b from the Si wafers 1 and 3C-S
It is separated from the iC epitaxial growth layers 5a and 5b. SiC remaining under the AlN buffer layers 21a and 21b after the separation is the C-GaN epitaxial growth layers 22a and 22b.
b, the thin film structures 23a, 23
b is not warped, and the thin film structure 23 including the high-quality C-GaN epitaxial growth layers 22a and 22b is formed.
a and 23b can be obtained.

【0065】3C−SiCはC−GaNと格子定数が類
似するため、C−GaNのエピタキシャル成長の基板と
して3C−SiCを用いることがある。しかし、従来は
良質な3C−SiC基板を得ることが難しかったため基
板上にエピタキシャル成長するC−GaNの薄膜構造体
も良質なものを得ることができなかった。また、従来の
SiCやH−GaNの場合と同様、C−GaN単結晶薄
膜のエピタキシャル成長においても格子定数や熱膨張係
数の違いによる反りが生ずる。しかし3C−SiC基板
40については、第1の実施の形態に係る薄膜構造体の
製造方法で良質な基板を得ることができる。また、反り
が生ずる点については前述のように基板の第1及び第2
主表面に同時に両面エピタキシャル成長させることで防
止することが可能である。従ってこれらの製造方法によ
って、結晶性の良いC−GaNエピタキシャル成長層2
2a、22bを含む薄膜構造体23a、23bが得られ
る。
Since 3C-SiC has a similar lattice constant to that of C-GaN, 3C-SiC may be used as a substrate for epitaxial growth of C-GaN. However, conventionally, it was difficult to obtain a high-quality 3C-SiC substrate, and thus a high-quality C-GaN thin film structure epitaxially grown on the substrate could not be obtained. Also, as in the case of conventional SiC or H-GaN, warpage occurs due to differences in lattice constants and thermal expansion coefficients even in epitaxial growth of a C-GaN single crystal thin film. However, as for the 3C-SiC substrate 40, a high-quality substrate can be obtained by the method for manufacturing a thin film structure according to the first embodiment. As described above, the first and second substrates are warped.
This can be prevented by simultaneously epitaxially growing both surfaces on the main surface. Therefore, by these manufacturing methods, the C-GaN epitaxial growth layer 2 having good crystallinity can be obtained.
Thin film structures 23a and 23b including 2a and 22b are obtained.

【0066】なお、(イ)の工程において第1の実施の
形態において得られたSiC薄膜構造体8aからケミカ
ルエッチングによりSi基板7aを完全に除去して得ら
れる純粋なSiCエピタキシャル成長層5aをSiC基
板40として利用しても良い。しかし、図2(f)に示
す状態のまま利用した場合でも第1及び第2主表面にお
いて良質なSiCエピタキシャル成長層5a、5bを有
するため、そのまま3C−SiC基板40として用いる
ことができる。
In the step (A), the pure SiC epitaxial growth layer 5a obtained by completely removing the Si substrate 7a from the SiC thin film structure 8a obtained in the first embodiment by chemical etching is replaced with the SiC substrate. 40 may be used. However, even when used in the state shown in FIG. 2F, since the first and second main surfaces have the high-quality SiC epitaxial growth layers 5a and 5b, it can be used as it is as the 3C-SiC substrate 40.

【0067】(薄膜構造体を用いた半導体装置の製造方
法)図7に、本発明の薄膜構造体を利用した半導体装置
の一例を示す。即ち、図7に示す半導体装置は、第1の
実施の形態に係る薄膜構造体8aを基体として用いたシ
ョットキーダイオードである。
(Method of Manufacturing Semiconductor Device Using Thin Film Structure) FIG. 7 shows an example of a semiconductor device using the thin film structure of the present invention. That is, the semiconductor device shown in FIG. 7 is a Schottky diode using the thin film structure 8a according to the first embodiment as a base.

【0068】第1の実施の形態に係る薄膜構造体を用い
たショットキーダイオードはn−Si層28の上面に
−SiC層24が積層した薄膜構造体8aを基体と
して用いている。n−SiC層24の上面中央部には
アノード電極となるショットキー電極26が設けられ、
−SiC層24の中央と端部を除いた上部領域に
は、ガードリング領域として機能するp−SiC領域
25が設けられている。また、n−Si層28の下面
にはカソード電極となるオーミック電極27が設けられ
ている。なお、n−SiC層24の上部にガードリン
グ領域25を設けたのは逆方向電圧印加時の漏れ電流を
小さくするためである。ガードリング領域25を設けな
くともショットキーダイオードの機能を果たすことは可
能だが、ガードリング領域25を設けない場合、ショッ
トキー電極26の端部に電界が集中することにより逆方
向電圧印加時の漏れ電流が増えるため、漏れ電流を減ら
すためには別に対策を設けることが必要となる。
The Schottky diode using the thin film structure according to the first embodiment uses the thin film structure 8a in which the n -SiC layer 24 is laminated on the upper surface of the n + -Si layer 28 as a base. A Schottky electrode 26 serving as an anode electrode is provided at the center of the upper surface of the n -- SiC layer 24,
Ap + -SiC region 25 functioning as a guard ring region is provided in an upper region excluding the center and the end of the n -SiC layer 24. An ohmic electrode 27 serving as a cathode electrode is provided on the lower surface of the n + -Si layer 28. The reason why the guard ring region 25 is provided on the n -SiC layer 24 is to reduce a leakage current when a reverse voltage is applied. Although the function of the Schottky diode can be achieved without providing the guard ring region 25, when the guard ring region 25 is not provided, the electric field concentrates at the end of the Schottky electrode 26, and the leakage when the reverse voltage is applied is reduced. Since the current increases, it is necessary to provide another measure to reduce the leakage current.

【0069】図7に示すショットキーダイオードは、オ
ーミック電極27に接触する半導体層(オーミックコン
タクト領域)28を0.006Ωcm乃至0.02Ωcm(不純物
密度にして1x1019cm−3乃至1.5x1018
cm−3)の低比抵抗のSi基板28で形成することに
より、良好なオーミック接合を得やすいという利点があ
る。既に述べたように、SiCに関しては不純物拡散技
術が未開発であるのでオーミックコンタクト領域の比抵
抗を下げるのが困難である。このためSiCの場合オー
ミックコンタクトの接触抵抗の値を下げるのは容易では
ないが、一方でSiに関しては0.006Ωcm乃至0.02Ω
cmの半導体基板は市販のスペックとして一般的であ
り、容易に購入することが可能だからである。ショット
キーダイオードの半導体装置としての性能を左右する重
要な要素には単位チップ面積あたりのオン抵抗Ronの
大きさや逆方向電圧印加時の漏れ電流等が挙げられる
が、オーミック接合部における接触抵抗を低くすること
はオン抵抗Ronの低減に大きく貢献するという点で重
要である。従って本発明の薄膜構造体を利用したショッ
トキーダイオードは、従来のものと比べオン抵抗Ron
を低くし、導通損失を少なくできるという利点を有す
る。
In the Schottky diode shown in FIG. 7, the semiconductor layer (ohmic contact region) 28 in contact with the ohmic electrode 27 has a thickness of 0.006 Ωcm to 0.02 Ωcm (impurity density of 1 × 10 19 cm −3 to 1.5 × 10 18).
The formation of the Si substrate 28 having a low specific resistance (cm −3 ) has an advantage that a good ohmic junction can be easily obtained. As described above, it is difficult to lower the specific resistance of the ohmic contact region because the impurity diffusion technology has not been developed for SiC. For this reason, in the case of SiC, it is not easy to lower the value of the contact resistance of the ohmic contact, but on the other hand, for Si, 0.006Ωcm to 0.02Ω.
This is because a cm semiconductor substrate is common as a commercially available specification and can be easily purchased. Important factors that affect the performance of the Schottky diode as a semiconductor device include the magnitude of the on-resistance Ron per unit chip area and the leakage current when a reverse voltage is applied, but the contact resistance at the ohmic junction is reduced. This is important in that it greatly contributes to the reduction of the on-resistance Ron. Therefore, the Schottky diode using the thin film structure of the present invention has an on-resistance Ron
And the conduction loss can be reduced.

【0070】図7に示すショットキーダイオードは、第
1の実施の形態で示した3C−SiC薄膜構造体の製造
方法を利用して行う。以下に図2及び図8を用いてその
詳細を説明する。
The Schottky diode shown in FIG. 7 is manufactured by using the method for manufacturing a 3C-SiC thin film structure shown in the first embodiment. The details will be described below with reference to FIGS.

【0071】(イ)まずCZ法、MCZ法、あるいはF
Z法で成長した比抵抗0.006Ωcm乃至0.02ΩcmのS
i基板7を用意する。次に、第1の実施の形態に係る薄
膜構造体の製造方法を用いてn−SiC層24の成長
を行う。なお、第1の実施の形態に係る薄膜構造体の製
造方法により得られるSiC層5a、5bは、ショット
キーダイオードに用いる場合、気相エピタキシャル成長
の原料ガスに、n型ドーパントを加えておく。具体的に
は原料ガスであるアセチレンとジクロルシランの他に、
ドーパントとして少量の窒素(N2)を使用する。その
他の基板温度、石英管内の圧力、成長時間やSiウェハ
ー1からの薄膜構造体8aの分離などは第1の実施の形
態に係る製造方法と基本的に同様に行う。ただし、第1
の実施の形態の(ト)の工程で薄膜構造体8aを分離す
るためのサイドエッチングを行った後、Si基板7a
(ショットキーダイオードのn−Si層28に該当す
る)の表面は荒れており、オーミック電極27を形成す
るためにはn−Si層28の表面を平坦化する必要が
ある。そのため第1の実施の形態に係る薄膜構造体を用
いたショットキーダイオードの製造工程においてはCM
P法等を用いて、Si基板7aの表面の平坦化を行う工
程が加わる。
(A) First, the CZ method, MCZ method, or F
S with specific resistance of 0.006 Ωcm to 0.02 Ωcm grown by Z method
An i-substrate 7 is prepared. Next, the n -SiC layer 24 is grown by using the method for manufacturing a thin film structure according to the first embodiment. When the SiC layers 5a and 5b obtained by the method for manufacturing a thin film structure according to the first embodiment are used for a Schottky diode, an n-type dopant is added to a source gas for vapor phase epitaxial growth. Specifically, in addition to the raw material gases acetylene and dichlorosilane,
A small amount of nitrogen (N2) is used as a dopant. Other substrate temperature, pressure in the quartz tube, growth time, separation of the thin film structure 8a from the Si wafer 1, and the like are basically performed in the same manner as the manufacturing method according to the first embodiment. However, the first
After performing the side etching for separating the thin film structure 8a in the step (g) of the embodiment, the Si substrate 7a
The surface of (corresponding to the n + -Si layer 28 of the Schottky diode) is rough, and it is necessary to planarize the surface of the n + -Si layer 28 to form the ohmic electrode 27. Therefore, in the manufacturing process of the Schottky diode using the thin film structure according to the first embodiment, CM
A step of flattening the surface of the Si substrate 7a using a P method or the like is added.

【0072】(ロ)次に、(イ)の工程で得られた薄膜
構造体8a中のn−SiC層24の上面領域に選択的
にガードリング領域25を形成する。まず、n−Si
C層24上面にレジスト膜をスピン塗布し、フォトリソ
グラフィ法を用いてガードリング領域25の形成予定領
域上に開口部を有するイオン注入マスク29を形成す
る。その後、このイオン注入マスク29を用いて、n
−SiC層24の上面に対しホウ素イオン(11
を注入する。11の注入は120keV 、80k
eV 、50keV 、30keV の4 段階で行い、総
ドーズ量は3 x10 15 cm - 2 とする。また、ガー
ドリング領域25の幅は100 μm 、このガードリン
グ領域25とショットキー電極26の重なり部分の幅は
10 μmである。なお、イオン注入は室温で行い、イ
オン注入後イオン注入マスク29を除去する。その後注
入したイオンを活性化するために、熱処理(アニール)を
アルゴン(Ar)ガス雰囲気中1550 ℃、30 分の
条件で行う。
(B) Next, a guard ring region 25 is selectively formed in the upper surface region of the n -SiC layer 24 in the thin film structure 8a obtained in the step (a). First, n −Si
A resist film is spin-coated on the upper surface of the C layer 24, and an ion implantation mask 29 having an opening is formed on a region where the guard ring region 25 is to be formed by photolithography. Then, using this ion implantation mask 29, n
Top to boron ions -SiC layer 24 (11 B +)
Inject. 11 B + implantation is 120 keV, 80 kV
eV, 50 keV, carried out in four steps of 30 keV, the total dose is 3 x10 15 cm - a 2. The width of the guard ring region 25 is 100 μm, and the width of the overlapping portion between the guard ring region 25 and the Schottky electrode 26 is 10 μm. The ion implantation is performed at room temperature, and the ion implantation mask 29 is removed after the ion implantation. Thereafter, in order to activate the implanted ions, heat treatment (annealing) is performed in an argon (Ar) gas atmosphere at 1550 ° C. for 30 minutes.

【0073】(ハ)次に、n−Si層28の下部にオ
ーミック電極27を形成する。更にn−Si層28の
表面を低比抵抗にしたい場合は、オーミック電極27の
形成前に、3175As等のn型不純物イオン
を、n−Si層28に対して3x1015cm−2
8x1016cm−2程度の高ドーズ量でイオン注入
し、その後1000℃、30分程度活性化アニールを行
う。オーミック電極27の金属材料としてはAlを用い
るのが一般的だがアルミニウム合金(Al−Si,Al
−Cu−Si)等を用いても良い。その他良好なオーミ
ック接合を得られる金属であればオーミック電極27の
材料として用いることが可能である。オーミック電極2
7は、金属蒸着若しくはスパッタリング法で堆積を行
う。その後、低いコンタクト抵抗のオーミック接合を実
現するために400℃〜450℃程度で、H雰囲気中
でシンタリングを行う。
(C) Next, an ohmic electrode 27 is formed below the n + -Si layer 28. Further, when it is desired to make the surface of the n + -Si layer 28 have a low specific resistance, n-type impurity ions such as 31 P + , 75 As + are added to the n + -Si layer 28 before forming the ohmic electrode 27. 3 × 10 15 cm −2 to
Ion implantation is performed at a high dose of about 8 × 10 16 cm −2 , and then activation annealing is performed at 1000 ° C. for about 30 minutes. Al is generally used as the metal material of the ohmic electrode 27, but aluminum alloy (Al—Si, Al
-Cu-Si) or the like may be used. Any other metal that can provide a good ohmic junction can be used as the material of the ohmic electrode 27. Ohmic electrode 2
7 performs deposition by metal vapor deposition or sputtering. Thereafter, sintering is performed in an H 2 atmosphere at about 400 ° C. to 450 ° C. in order to realize an ohmic junction with low contact resistance.

【0074】(ニ)最後に、n−SiC層24の上面
にショットキー電極26を形成する。まずスピン塗布法
によりn−SiC層24の表面にレジスト膜を形成
し、フォトリソグラフィ法を用いてショットキー電極2
6の形成予定領域に開口を有するパターンのレジストを
作成する。次にn−SiC層24の表面上に蒸着若し
くはスパッタリング法でショットキー電極26に用いる
チタン(Ti)、金(Au)などの金属材料を堆積す
る。その後、レジスト並びにレジスト上に付着した金属
材料をリフトオフ法を用いて除去すれば、ショットキー
電極26が形成される。
(D) Finally, a Schottky electrode 26 is formed on the upper surface of the n −SiC layer 24. First, a resist film is formed on the surface of the n -SiC layer 24 by spin coating, and the Schottky electrode 2 is formed by photolithography.
A resist having a pattern having an opening in a region 6 to be formed is formed. Next, a metal material such as titanium (Ti) or gold (Au) used for the Schottky electrode 26 is deposited on the surface of the n −SiC layer 24 by vapor deposition or sputtering. Thereafter, the resist and the metal material attached to the resist are removed by a lift-off method, so that the Schottky electrode 26 is formed.

【0075】以上の工程によって、第1の実施の形態に
係る薄膜構造体を用いたショットキーダイオードが完成
する。
Through the above steps, a Schottky diode using the thin film structure according to the first embodiment is completed.

【0076】なお、(ロ)の工程においてガードリング
領域25形成予定領域に11を注入した後に活性化
のためのアニールを行う際、3C−SiC基板40を多
結晶SiC 容器中に入れることも有効である。高温の
ため表面近傍の原子の内Siが昇華することによる化学
量論的組成のずれや、結晶表面が荒れるのを防止するた
めである。
When performing annealing for activation after injecting 11 B + into the area where the guard ring region 25 is to be formed in the step (b), the 3C-SiC substrate 40 is placed in a polycrystalline SiC container. Is also effective. This is to prevent the stoichiometric composition shift due to the sublimation of Si among the atoms near the surface due to the high temperature and the crystal surface from being roughened.

【0077】得られたショットキーダイオードは従来の
SiCを用いたショットキーダイオードと比較してオー
ミック電極27と接触する半導体層にSiを用いている
ことから低いオン抵抗Ronを実現出来るという効果を
有する。また、このショットキーダイオードは第1の実
施の形態による簡易な製造方法を用いているため、n
−Si層28を設けるに当たって特別な手段を用いる必
要が無い。またオーミック電極27を形成する方法も従
来のSiに用いられてきた技術を使用出来るため簡便な
製造工程で高性能のショットキーダイオードを製造する
ことができる。
The obtained Schottky diode is a conventional one.
Compared to Schottky diodes using SiC,
Si is used for the semiconductor layer in contact with the mic electrode 27
Therefore, the effect of realizing a low on-resistance Ron
Have. Also, this Schottky diode is the first
Since a simple manufacturing method according to the embodiment is used, n +
-Special means must be used to provide the Si layer 28.
No need. The method of forming the ohmic electrode 27 is also
Easy to use technology that has been used for conventional Si
Manufacturing high-performance Schottky diodes in the manufacturing process
be able to.

【0078】更に、本発明の薄膜構造体の製造方法によ
れば、大口径のSiウェハー上にSiCが成長出来るた
め、一回のロットで多数のショットキーダイオードを製
造することが可能であり、製造コストを低く抑えること
が可能となる。
Further, according to the method of manufacturing a thin film structure of the present invention, SiC can be grown on a large-diameter Si wafer, so that a large number of Schottky diodes can be manufactured in one lot. Manufacturing costs can be kept low.

【0079】(その他の実施の形態)上述のように、本
発明は第1〜第3の実施の形態によって記載したが、こ
の開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定する
ものであると理解するべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明
らかになる。
(Other Embodiments) As described above, the present invention has been described with reference to the first to third embodiments. However, the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. You should not understand that there is. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.

【0080】例えば、第1の実施の形態において、Si
ウェハー1の表面を炭化して3C−SiC膜4a、4b
を形成した後に3C−SiCエピタキシャル成長層5
a、5bを成長しているが、3C−SiC膜4a、4b
を形成する代わりにSiCバッファ層を成長させ、その
後3C−SiCエピタキシャル成長層5a、5bを成長
させても良い。Siウェハー1と3C−SiCエピタキ
シャル成長層5a、5bの間にSiCバッファ層を設け
ておくことによりSiC結晶の欠陥を減らすことが可能
となる。また、第1〜第3の実施の形態において示した
薄膜構造体の製造方法は一例に過ぎない。例えば両面エ
ピタキシャル成長の工程において、原料の供給量、石英
管内の圧力、成長時間などは適宜調整して最適な条件を
設定するべきであり、実施の形態において述べた値に限
定するわけではない。原料の選択についても同様であ
る。
For example, in the first embodiment,
3C-SiC films 4a, 4b by carbonizing the surface of wafer 1
After the formation of 3C-SiC epitaxial growth layer 5
a and 5b are grown, but the 3C-SiC films 4a and 4b
May be grown instead of forming a SiC buffer layer, and then the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b may be grown. By providing a SiC buffer layer between the Si wafer 1 and the 3C-SiC epitaxial growth layers 5a and 5b, it is possible to reduce defects in the SiC crystal. The method of manufacturing the thin film structure described in the first to third embodiments is merely an example. For example, in the process of double-sided epitaxial growth, the supply amount of the raw material, the pressure in the quartz tube, the growth time, and the like should be appropriately adjusted to set optimal conditions, and are not limited to the values described in the embodiment. The same applies to the selection of raw materials.

【0081】また、薄膜構造体を利用した半導体装置
は、例示したショットキーダイオードに限定するもので
はない。バイポーラトランジスタ(BJT)、縦型電界
効果トランジスタ(FET)、絶縁ゲート型バイポーラ
トランジスタ(IGBT)、静電誘導トランジスタ(S
IT)、ゲートターンオフサイリスタ(GTOサイリス
タ)、静電誘導サイリスタ(SIサイリスタ)、pin
ダイオード等のワイドバンドギャップ半導体を用いた種
々の半導体装置の基体として、本発明の薄膜構造体は用
いることができる。更には、LEDやレーザダイオード
等の種々の半導体発光素子の基体として、本発明の薄膜
構造体は用いることができる。特に、薄膜構造体を構成
する基板をエピタキシャル成長層よりも禁制帯幅の小さ
い材料とし、この基板の部分をオーミックコンタクト領
域として用いれば、良好なオーミック電極を実現出来
る。したがって、この基板を利用したオーミックコンタ
クト領域は、BJTやIGBTにおいてエミッタ領域又
はコレクタ領域のいずれか一方となる半導体領域として
使用出来る。縦型FETやSITにおいてはソース領域
又はドレイン領域のいずれか一方となる半導体領域とし
て、オーミックコンタクト領域を使用出来る。SIサイ
リスタ、GTOサイリスタ、ダイオード等では、アノー
ド領域又はカソード領域のいずれか一方となる半導体領
域として、オーミックコンタクト領域を使用出来る。
The semiconductor device using the thin film structure is not limited to the Schottky diode illustrated. Bipolar transistor (BJT), vertical field effect transistor (FET), insulated gate bipolar transistor (IGBT), static induction transistor (S
IT), gate turn-off thyristor (GTO thyristor), electrostatic induction thyristor (SI thyristor), pin
The thin film structure of the present invention can be used as a base of various semiconductor devices using a wide band gap semiconductor such as a diode. Further, the thin film structure of the present invention can be used as a base of various semiconductor light emitting devices such as LEDs and laser diodes. In particular, a favorable ohmic electrode can be realized by using a material constituting the thin film structure with a material having a smaller forbidden band width than that of the epitaxial growth layer and using the substrate as an ohmic contact region. Therefore, the ohmic contact region using this substrate can be used as a semiconductor region that becomes either the emitter region or the collector region in BJT or IGBT. In a vertical FET or SIT, an ohmic contact region can be used as a semiconductor region to be either a source region or a drain region. In an SI thyristor, a GTO thyristor, a diode, or the like, an ohmic contact region can be used as a semiconductor region to be one of an anode region and a cathode region.

【0082】例示したショットキーダイオードの製造工
程で、オーミック電極27を形成する前に、n型不純物
イオンをイオン注入することを示したが、分離後の基板
に対してn型不純物イオンとp型不純物イオンとを選択
的にイオン注入し、IGBT、SIサイリスタ、GTO
サイリスタのアノードショート領域を形成しても良い。
In the manufacturing process of the exemplified Schottky diode, it has been shown that the n-type impurity ions are implanted before the ohmic electrode 27 is formed. Impurity ions are selectively implanted, and IGBT, SI thyristor, GTO
An anode short region of the thyristor may be formed.

【0083】第1〜第3の実施の形態において、ワイド
バンドギャップ半導体として、Sic及びGaNについ
て例示したが、ZnTe、CdS、ZnSe、ZnS、
ダイアモンド等の他の半導体材料でも良いことは勿論で
ある。
In the first to third embodiments, Sic and GaN are exemplified as wide band gap semiconductors. However, ZnTe, CdS, ZnSe, ZnS,
Of course, other semiconductor materials such as diamond may be used.

【0084】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。
As described above, the present invention naturally includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention according to the claims that are appropriate from the above description.

【0085】[0085]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エピタキシャル成長層側に反りの生じにくいヘテロエピ
タキシャル構造を有する薄膜構造体の製造方法を提供す
ることができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a method of manufacturing a thin film structure having a heteroepitaxial structure in which warpage does not easily occur on the epitaxial growth layer side.

【0086】また本発明によれば、ワイドバンドギャッ
プ半導体材料のような大口径バルク結晶が得にくい材料
であっても、大量生産に適したより生産性の高い薄膜構
造体の製造方法を提供することができる。
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a thin film structure having higher productivity suitable for mass production even for a material such as a wide band gap semiconductor material in which a large diameter bulk crystal is difficult to obtain. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1及び第2の実施の形態に用いるイオン注入
マスクのパターンを示す平面図(a)及び断面図
(b)、別のパターンを示す平面図(c)である。
FIG. 1 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing a pattern of an ion implantation mask used in the first and second embodiments, and a plan view (c) showing another pattern.

【図2】第1の実施の形態に係る薄膜構造体の製造方法
を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the thin film structure according to the first embodiment.

【図3】第2の実施の形態に係る薄膜構造体の製造方法
を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thin film structure according to a second embodiment.

【図4】両面エピタキシャル成長装置における、半導体
ウェハー保持装置の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor wafer holding device in the double-sided epitaxial growth device.

【図5】両面エピタキシャル成長装置の主要部を示す横
面図である。
FIG. 5 is a lateral view showing a main part of a double-sided epitaxial growth apparatus.

【図6】第3の実施の形態に係る薄膜構造体の製造方法
を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a thin-film structure according to a third embodiment.

【図7】薄膜構造体を用いた半導体装置を示す断面図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device using a thin film structure.

【図8】薄膜構造体を用いた半導体装置の製造方法を示
す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device using a thin film structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Siウェハー 2、2a、2b、10a、10b、29 イオン注入マ
スク 3a、3b、11a、11b、20a、20b H
入領域 4a、4b 3C−SiC膜 5a、5b 3C−SiCエピタキシャル成長層 6 Siウェハー 7a、7b Si基板 8a、23a、30a 第1薄膜構造体 8b、23b、30b 第2薄膜構造体 9 4H−SiCウェハー 12a、12b AlNバッファ層 13a、13b H−GaNエピタキシャル成長層 14 4H−SiCウェハー 15a、15b 4H−SiC基板 16 半導体ウェハー保持装置 16a、16b ウェハー保持部 17 半導体ウェハー 18 石英管 19 発熱コイル 21a、21b AlNバッファ層 22a、22b C−GaNエピタキシャル成長層 24 n−SiC層 25 p−SiC領域 26 ショットキー電極 27 オーミック電極 28 n−Si層 39、39a、39b 接続部 40 3C−SIC基板
Reference Signs List 1 Si wafer 2, 2a, 2b, 10a, 10b, 29 Ion implantation mask 3a, 3b, 11a, 11b, 20a, 20b H + implantation region 4a, 4b 3C-SiC film 5a, 5b 3C-SiC epitaxial growth layer 6 Si wafer 7a, 7b Si substrate 8a, 23a, 30a First thin film structure 8b, 23b, 30b Second thin film structure 9 4H-SiC wafer 12a, 12b AlN buffer layer 13a, 13b H-GaN epitaxial growth layer 144H-SiC wafer 15a , 15b 4H-SiC substrate 16 semiconductor wafer holding device 16a, 16b wafer holder 17 semiconductor wafer 18 quartz tube 19 heating coil 21a, 21b AlN buffer layer 22a, 22b C-GaN epitaxial layer 24 n - -SiC layer 25 p + SiC region 26 Schottky electrode 27 ohmic electrode 28 n + -Si layer 39 and 39a, 39 b connecting portion 40 3C-SIC substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F045 AB06 AB09 AB14 AC01 AC05 AC08 AD10 AD12 AD14 AE17 AE19 AF02 AF03 AF13 BB11 BB12 DA53 DA61 DA63 DP20 DQ06 EE12 EE19 EK02 EM02 EM09 GB06 HA05 HA14  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F045 AB06 AB09 AB14 AC01 AC05 AC08 AD10 AD12 AD14 AE17 AE19 AF02 AF03 AF13 BB11 BB12 DA53 DA61 DA63 DP20 DQ06 EE12 EE19 EK02 EM02 EM09 GB06 HA05 HA14

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1及び第2主表面を有する基板の内部
に基板分離層を設ける工程と、 同一反応容器中で、前記第1主表面に前記基板とは異な
る材料からなる第1エピタキシャル成長層、前記第2主
表面に前記第1エピタキシャル成長層と同一の材料から
なる第2エピタキシャル成長層を同時に堆積する工程
と、 前記基板分離層を用いて前記基板を分離することによ
り、前記第1エピタキシャル成長層を含む第1薄膜構造
体、及び前記第2エピタキシャル成長層を含む第2薄膜
構造体を得る工程とからなることを特徴とする薄膜構造
体の製造方法。
A step of providing a substrate separation layer inside a substrate having first and second main surfaces; and a first epitaxial growth layer made of a material different from the substrate on the first main surface in the same reaction vessel. Simultaneously depositing a second epitaxial growth layer made of the same material as the first epitaxial growth layer on the second main surface; and separating the first epitaxial growth layer by separating the substrate using the substrate separation layer. Obtaining a second thin film structure including the first thin film structure including the second epitaxial growth layer.
【請求項2】 前記第1薄膜構造体に含まれる前記基板
の厚みが前記第1エピタキシャル成長層の厚みよりも小
さいことを特徴とする請求項1記載の薄膜構造体の製造
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the substrate included in the first thin film structure is smaller than the thickness of the first epitaxial growth layer.
【請求項3】 前記基板とは異なる材料は、2.2eV
よりも禁制帯の広い広禁制帯幅半導体であることを特徴
とする請求項1又は2記載の薄膜構造体の製造方法。
3. The material different from the substrate is 2.2 eV.
3. The method for manufacturing a thin film structure according to claim 1, wherein the semiconductor is a wide bandgap semiconductor having a wider forbidden band.
【請求項4】 前記広禁制帯幅半導体は、炭化珪素又は
窒化ガリウムであることを特徴とする請求項3に記載の
薄膜構造体の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein the wide bandgap semiconductor is silicon carbide or gallium nitride.
【請求項5】 前記基板分離層を設ける工程が、前記基
板にプロトンを注入する段階を含むことを特徴とする請
求項1乃至4のいずれか1項記載の薄膜構造体の製造方
法。
5. The method for manufacturing a thin film structure according to claim 1, wherein the step of providing the substrate separation layer includes a step of injecting protons into the substrate.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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